秘密守護地球的“隱形護盾”

出品：科普中國

作者：數(shù)字世界

監(jiān)制：中國科普博覽

地球磁場是人類生活離不開的一種環(huán)境因素。它在地球演化、生物活動和人類生活等方面都起到了重大作用。地球磁場一般也簡稱地磁場。地磁學(xué)一般僅指關(guān)于地磁場的測量和研究，但是地球磁學(xué)就包括地磁學(xué)、巖石磁學(xué)、古地磁學(xué)和地球磁場的起源和演化。

一、地球磁場的變化和應(yīng)用

長期的和世界范圍的地球磁場的觀測和研究表明，地球磁場是隨時間和空間而變化的。因此許多地方都設(shè)立了不斷觀測和記錄地球磁場變化的地磁觀測臺或地磁觀測站。我國便在北京、各大行政區(qū)和一些重要省市建立有地磁觀測臺(站)。

地球磁場（圖片來源：veer圖庫）

地磁場的這些變化不但提供了許多有關(guān)地球結(jié)構(gòu)和活動的信息，而且還有許多重要的應(yīng)用。例如，磁法探礦已成為地球物理探礦中一種重要的和常用的方法。它同其他的地球物理探礦法如重力法和電學(xué)法等各具有其特點。磁法探礦不僅可應(yīng)用于鐵礦的勘探，而且還應(yīng)用于與鐵礦相伴生的其他礦物的勘探。前者稱為磁法直接探礦，如磁鐵礦、磁赤鐵礦、釩鈦磁鐵礦和金銅磁鐵礦等的勘探，后者稱為磁法間接探礦，如含鎳、鉻、鈷等的金屬礦床，金剛石、硼、石棉等非金屬礦床以及石油礦等的普查和勘探。

地球磁場和相關(guān)地磁現(xiàn)象的觀測研究的應(yīng)用是很多的。除磁法探礦外，還有如指南針的磁定向和磁導(dǎo)航；由地磁場的突變(磁暴)預(yù)報太陽活動和空間天氣預(yù)報；地磁擾動和磁暴會對無線電通信和氣候產(chǎn)生影響；地球磁場的異常變化與地震和火山活動有關(guān)，因而可能作為預(yù)報地震和火山的一種因素；地磁場觀測結(jié)合其他地球物理觀測可進行地質(zhì)調(diào)查等。

二、地球磁場的反向

現(xiàn)代科學(xué)研究表明，地球磁場是隨著地球的形成和演化而形成和演化的。但是，怎樣知道地球磁場在地球演化過程中是如何變化的？這些變化又可以得到什么地球演化的信息？

關(guān)于在幾十億年的地球演化過程中的地球磁場變化情況是得自各個地質(zhì)時期的大陸巖石和海洋巖石的磁性的觀測研究。

經(jīng)過長期對地球上各個大陸和各個海洋的不同地質(zhì)時期的強磁性巖石磁性的觀測研究，即對巖石形成時的磁性保留到現(xiàn)在觀測時的剩余磁性的觀測研究，主要表明這些古巖石的剩余磁性的方向，即形成巖石時受到地球磁場磁化時的地球磁場方向，有的同現(xiàn)在的地球磁場方向相同(稱為正向)，有的同現(xiàn)在的地球磁場方向相反(稱為反向)。

在地球長期演化過程中，由地球磁場方向變化產(chǎn)生的不同地質(zhì)時期形成的古巖石磁性方向(極性)的變化。另外，還可以根據(jù)古巖的剩余磁性以及古陶瓷等文物的剩余磁性等來確定古人類和古文物的年代，稱為考古磁學(xué)。我國曾利用古地磁斷代方法測定北京人、云南元謀猿人和四川巫山人的年代，結(jié)果同其他科學(xué)考古斷代方法測定的年代是一致的。

三、地球磁場的禮物——極光

地球的極光現(xiàn)象是發(fā)生在地球北極和南極區(qū)域及其附近高空的美麗發(fā)光現(xiàn)象，其色彩鮮艷，形狀多種多樣，人類在幾千年前就觀察和記載了這一發(fā)光現(xiàn)象，稱為北極光。但是在很長時期中都不知道發(fā)生極光的原因，更不知道極光與地球磁場的關(guān)系。直到近代科學(xué)的發(fā)展，才弄清楚極光的產(chǎn)生時間、表現(xiàn)形態(tài)和變化情況都同地球磁場密切相關(guān)。

北極光（圖片來源：veer圖庫）

極光的形成主要是由于太陽的帶電微粒發(fā)射到地球磁場的勢力范圍，受到地球磁場的影響，從高緯度進入地球的高空大氣，激發(fā)了高層空氣質(zhì)粒而造成的發(fā)光現(xiàn)象。地球是一塊巨大的磁石，而它的磁極在南北兩極附近。我們知道，指南針總是指著南北方向，就是因為受了地磁場的影響。從太陽射來的帶電微粒流，也要受到地磁場的影響，而且使帶電微粒流聚集在磁極附近。所以極光大多在南北兩極附近的上空出現(xiàn)。在南極發(fā)生的叫南極光，在北極發(fā)生的叫北極光。

現(xiàn)在，關(guān)于地球磁場的機制與反轉(zhuǎn)等問題都已經(jīng)成為了地球物理研究領(lǐng)域的前沿課題，相信科學(xué)家們將帶我們進一步揭開這個隱形護盾的神秘面紗。