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，一項研究顯示，地球磁場形成于34.5億年前。地球磁場形成的時間與地球上最初生命的形成時間相符，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。
有電荷在運動才會產(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)，地幔附近處于帶負電狀態(tài)，情況就象是一個巨大的“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，這使地球形成了一個磁場強度較穩(wěn)定的南北磁極。
另外，電子的分布位置并不是固定不變的，會因許多的因素影響下會發(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，這會產(chǎn)生一強大的交變電磁場，地球磁場的南北磁極因而發(fā)生一種低速運動，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小磁針，讓其自由旋轉(zhuǎn)，當(dāng)其靜止時，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)時期上出現(xiàn)過四個較大的倒轉(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，特點是變化快，時間短。短期變化又分為平靜變化和擾動變化，其中平靜變化包括太陽靜日變化和太陰日變化，擾動變化包括磁暴、亞暴、鉤擾、灣擾和地磁脈動。磁暴、鉤擾、灣擾的發(fā)生與太陽活動有關(guān)，太陽活動頻繁的時期，這些短期變化頻繁發(fā)生，而且強度很大，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，認為地球自身就是一個巨大的磁體，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《地磁力的絕對強度》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，對于地球磁場的起源問題，學(xué)術(shù)界卻一直沒有找到一個令人滿意的答案。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世紀初就已經(jīng)認識到地球本身就是一個巨大的磁體，不過當(dāng)時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等 有關(guān)，并且很微弱.
地磁場也是一個向量場.描述空間某一點地磁場的強度和方向，需要3個獨立的地磁要素.常用的地磁要素有7個，即地磁場總強度F，水平強度H，垂直強度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年給出一個世界地磁參考場(IGRF).
全球地磁場模型：
在球極坐標系中，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為沒有"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)的動力學(xué)過程的重要手段.
地磁場模型的科學(xué)價值：
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：
通過實驗，科研人員得出結(jié)論，磁場變化的速度而不是磁場的絕對量影響染色體畸變的頻率和細胞分裂過程中物質(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胞有序化，產(chǎn)生生物磁化效應(yīng)，使生物電得到加強，器官機能得到調(diào)整和增進，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，夜間常會出現(xiàn)燦爛美麗的光輝.有時它像一條彩帶，有時它像一團火焰，有時它又像一張五光十色的巨大銀幕.它輕盈地飄蕩，同時忽暗忽明，發(fā)出紅的，藍的，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地球附近時，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,綠或藍等色的極光特征色彩.
在太陽活動盛期，極光有時會延伸到中緯度地帶，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，有時能存留幾個小時而看不出明顯變化.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).造成極光動態(tài)變化的機制尚示完全明了.
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，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)計它在遙遠的將來會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，它受到外界擾動的影響，地球磁層是一個頗為復(fù)雜的問題，其中的物理機制有待于深入研究。
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