地磁場有什么好處
地磁場有什么好處
地球磁場即把地球視為一個(gè)磁偶極子，其中一極位于地理北極附近，另一極位于地理南極附近，這兩極所產(chǎn)生的球體磁場，其形成過程是如何的呢?一起和學(xué)習(xí)啦小編來看看地磁場是如何形成的吧!
地磁場的形成
2010年，一項(xiàng)研究顯示，地球磁場形成于34.5億年前。地球磁場形成的時(shí)間與地球上最初生命的形成時(shí)間相符，地球磁場的形成有效的避免了地球上最初的生命形態(tài)遭受太陽磁輻射的破壞。
有電荷在運(yùn)動(dòng)才會(huì)產(chǎn)生磁場，因此地球的磁場應(yīng)該與地球內(nèi)部的帶電結(jié)構(gòu)有關(guān)。通常物質(zhì)所帶的正電和負(fù)電是相等數(shù)量的，但由于地球核心物質(zhì)受到的壓力較大，溫度也較高，約6000°C，內(nèi)部有大量的鐵磁質(zhì)元素，物質(zhì)變成帶電量不等的離子體，即原子中的電子克服原子核的引力，變成自由電子，加上由于地核中物質(zhì)受著巨大的壓力作用，自由電子趨于朝向壓力較低的地幔，使地核處于帶正電狀態(tài)，地幔附近處于帶負(fù)電狀態(tài)，情況就象是一個(gè)巨大的“原子”。
科學(xué)家相信，由于地核的體積極大，溫度和壓力又相對(duì)較高，地層的導(dǎo)電率極高，使得電流就如同存在于沒有電阻的線圈中，可以永不消失地在其中流動(dòng)，這使地球形成了一個(gè)磁場強(qiáng)度較穩(wěn)定的南北磁極。
另外，電子的分布位置并不是固定不變的，會(huì)因許多的因素影響下會(huì)發(fā)生變化，再加上太陽和月亮的引力作用，地核的自轉(zhuǎn)與地殼和地幔并不同步，這會(huì)產(chǎn)生一強(qiáng)大的交變電磁場，地球磁場的南北磁極因而發(fā)生一種低速運(yùn)動(dòng)，造成地球的南北磁極翻轉(zhuǎn)。
地磁場的簡介
在地球上任何地方放一個(gè)小磁針，讓其自由旋轉(zhuǎn)，當(dāng)其靜止時(shí)，磁針的北極(N極)總指向地理北極，這是由于地球周圍存在著地球磁場。地球磁場有大小和方向，所以是矢量場。地球磁場分布廣泛，從地核到空間磁層邊緣處處存在。
地球磁場隨時(shí)間變化的場，內(nèi)源場引起的變化稱為長期變化，主要有磁場倒轉(zhuǎn)和地球磁場向西飄移。地球磁場每5000~50000年倒轉(zhuǎn)一次，與現(xiàn)今磁場方向相同的磁場稱為正常磁場(磁場從南極附近出來，回到北極)，與現(xiàn)在磁場方向相反的稱為倒轉(zhuǎn)磁場，地質(zhì)時(shí)期上出現(xiàn)過四個(gè)較大的倒轉(zhuǎn)期，現(xiàn)今為布容正向期，歷史上有松山反向期，高斯正向期和吉爾伯特反向期。
固體地球外部的各種電流體系引起的地球磁場變化稱為短期變化，特點(diǎn)是變化快，時(shí)間短。短期變化又分為平靜變化和擾動(dòng)變化，其中平靜變化包括太陽靜日變化和太陰日變化，擾動(dòng)變化包括磁暴、亞暴、鉤擾、灣擾和地磁脈動(dòng)。磁暴、鉤擾、灣擾的發(fā)生與太陽活動(dòng)有關(guān)，太陽活動(dòng)頻繁的時(shí)期，這些短期變化頻繁發(fā)生，而且強(qiáng)度很大，變化劇烈。亞暴與極光有關(guān)。
地磁場的起源
歷史上，第一個(gè)提出地球磁場理論概念的是英國人吉爾伯特。他在1600年提出一種論點(diǎn)，認(rèn)為地球自身就是一個(gè)巨大的磁體，它的兩極和地理兩極相重合。這一理論確立了地球磁場與地球的關(guān)系，指出地球磁場的起因不應(yīng)該在地球之外，而應(yīng)在地球內(nèi)部。
1839年，數(shù)學(xué)家高斯在他的著作《地磁力的絕對(duì)強(qiáng)度》中，從地磁成因于地球內(nèi)部這一假設(shè)出發(fā)，創(chuàng)立了描繪地球磁場的數(shù)學(xué)方法，從而使地球磁場的測量和起源研究都可以用數(shù)學(xué)理論來表示。但這僅僅是一種形式上的理論，并沒有從本質(zhì)上闡明地球磁場的起源。
現(xiàn)在科學(xué)家們已基本掌握了地球磁場的分布與變化規(guī)律，但是，對(duì)于地球磁場的起源問題，學(xué)術(shù)界卻一直沒有找到一個(gè)令人滿意的答案。關(guān)于地球磁場的起源，歷史上曾有來自北極星的傳說，但是到公元17世紀(jì)初就已經(jīng)認(rèn)識(shí)到地球本身就是一個(gè)巨大的磁體，不過當(dāng)時(shí)仍不清楚地球磁場是怎樣產(chǎn)生的。
地磁場的好處
地球磁場跟地球引力場一樣，是一個(gè)地球物理場，它是由基本磁場與變化磁場兩部分組成的.基本磁場是地磁場的主要部分，起源于地球內(nèi)部，比較穩(wěn)定，變化非常緩慢.變化磁場包括地磁場的各種短期變化，與電離層的變化和太陽活動(dòng)等 有關(guān)，并且很微弱.
地磁場也是一個(gè)向量場.描述空間某一點(diǎn)地磁場的強(qiáng)度和方向，需要3個(gè)獨(dú)立的地磁要素.常用的地磁要素有7個(gè)，即地磁場總強(qiáng)度F，水平強(qiáng)度H，垂直強(qiáng)度Z,X和Y分別為H的北向和東向分量，D和I分別為磁偏角和磁傾角.
自從高斯(Gauss)把球諧分析方法引進(jìn)地磁學(xué)，建立地磁場的數(shù)學(xué)描述以來，地磁學(xué)得到了極大的發(fā)展。地磁模型包括全球的和局部地區(qū)的兩種.
它就是到目前為止IAGA的有關(guān)小組每5年給出一個(gè)世界地磁參考場(IGRF).
全球地磁場模型：
在球極坐標(biāo)系中，拉普拉斯方程的通解為： _
在高斯分析中是根據(jù)內(nèi)邊界上的函數(shù)值及其法向變化率來確定高斯系數(shù)(g,h)的.
局部磁場模型
局部地區(qū)的地磁場模型方面的學(xué)術(shù)問題與全球的有所不同，局部地區(qū)的地磁場模型不能采用球諧分析方法因?yàn)闆]有"三維"意義
地磁場模型與地磁圖是了解研究地磁場空間分布與時(shí)間變化規(guī)律，及其源的特征與變化的基礎(chǔ).因此，也是了解我們地球及有關(guān)的動(dòng)力學(xué)過程的重要手段.
地磁場模型的科學(xué)價(jià)值：
經(jīng)過多年研究分析，俄羅斯科學(xué)院醫(yī)學(xué)基因研究中心地磁，電離層和無線電波擴(kuò)散研究所的科研人員提出，地磁場的變化可導(dǎo)致人體淋巴染色體的畸變，使畸變的頻率提高兩倍.
地磁場的其他應(yīng)用：
通過實(shí)驗(yàn)，科研人員得出結(jié)論，磁場變化的速度而不是磁場的絕對(duì)量影響染色體畸變的頻率和細(xì)胞分裂過程中物質(zhì)的交換，在一定范圍內(nèi)，地磁場的變化甚至影響DNA的合成.
據(jù)現(xiàn)代科學(xué)證明，地磁(氣場)對(duì)人體有很大的影響：
如果人體長期順著地磁的南北方向可使人體器官細(xì)胞有序化，產(chǎn)生生物磁化效應(yīng)，使生物電得到加強(qiáng)，器官機(jī)能得到調(diào)整和增進(jìn)，從而起到了良好的作用.
在地球南北兩極附近地區(qū)的高空，夜間常會(huì)出現(xiàn)燦爛美麗的光輝.有時(shí)它像一條彩帶，有時(shí)它像一團(tuán)火焰，有時(shí)它又像一張五光十色的巨大銀幕.它輕盈地飄蕩，同時(shí)忽暗忽明，發(fā)出紅的，藍(lán)的，綠的，紫的光芒.靜寂的極地由于它的出現(xiàn)驟然顯得富有生氣.這種壯麗動(dòng)人的景象就叫做極光.
產(chǎn)生極光的原因是來自大氣外的高能粒子(電子和質(zhì)子)撞擊高層大氣中的原子的作用.這種相互作用常發(fā)生在地球磁極周圍區(qū)域.所知，作為太陽風(fēng)的一部分荷電粒子在到達(dá)地球附近時(shí)，被地球磁場俘獲，并使其朝向磁極下落.它們與氧和氮的原子碰撞，擊走電子，使之成為激發(fā)態(tài)的離子，這些離子發(fā)射不同波長的輻射，產(chǎn)生出紅,綠或藍(lán)等色的極光特征色彩.
在太陽活動(dòng)盛期，極光有時(shí)會(huì)延伸到中緯度地帶，極光有發(fā)光的帷幕狀，弧狀，帶狀和射線狀等多種形狀.發(fā)光均勻的弧狀極光是最穩(wěn)定的外形，有時(shí)能存留幾個(gè)小時(shí)而看不出明顯變化.然而，大多數(shù)其他形狀的極光通?？偸浅尸F(xiàn)出快速的變化.弧狀的和折疊狀的極光的下邊緣輪廓通常都比上端更明顯.極光最后都朝地極方向退去，輝光射線逐漸消失在彌漫的白光天區(qū).造成極光動(dòng)態(tài)變化的機(jī)制尚示完全明了.
在太陽創(chuàng)造的諸如光和熱等形式的能量中，有一種能量被稱為"太陽風(fēng)".這是一束可以覆蓋地球的強(qiáng)大的帶電亞原子顆粒流，該太陽風(fēng)在地球上空環(huán)繞地球流動(dòng)，以大約每秒400公里的速度撞擊地球磁場，磁場使該顆粒流偏向地磁極，從而導(dǎo)致帶電顆粒與地球上層大氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成極光.
地球的磁場還在不斷發(fā)生變化，其變化方式也在發(fā)生變化.不同地方的磁場方向和強(qiáng)度均以不同的方式發(fā)生變化，可能變小，也可能南北極發(fā)生大翻轉(zhuǎn) .由于地球磁場的復(fù)雜性，要預(yù)計(jì)它在遙遠(yuǎn)的將來會(huì)是什么樣子是不可能的.地球物理學(xué)家們利用分布在世界許多地方的磁場觀測點(diǎn)收集的數(shù)據(jù)，通過數(shù)學(xué)模型分析出磁場將如何變化.
地球磁場不是孤立的，它受到外界擾動(dòng)的影響，地球磁層是一個(gè)頗為復(fù)雜的問題，其中的物理機(jī)制有待于深入研究。
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