地磁形成原因

  地球本身具有很大的磁場,會影響在磁場範圍內所有具有磁性之物質,

使其靜止時,皆受此磁力的作用而指向南極或指向北極。 

               

一.地球磁場形成的原因:



       1.地球磁場形成的原因在理論上和定性上已經透過地磁學的電機

           原理(dynamo theory)得到了解釋。在地球炙熱外核(outer

           core)液態的鐵、鎳及其氧化物不斷的流動,且以約每秒0.5

           毫米的速度向外部較低的邊緣部份流動,如同在一條電纜線內

           部一樣,在地心熔岩,金屬層中,也會被原有的地球磁場感應

           出一股電流,這種感應電流又製造出一個新的磁場。根據這種

           ”自激磁學說”(Self-excitingdynamo)所產生的循環,同

           樣進行在每座發電機中。也經由電腦模擬測試,予這種原理有

           力的論證。

      

    2.地球磁場形成的另一種理論,是美國喬治亞大學的化學教授查

          理.麥爾敦和地質學教授吉亞迪尼。他們推測:月球萬有引力

          對地球中心固態的部份有一種持續的牽引作用,因此被熔融液

          態金屬圍繞的地核會由於其位移而產生持續的磨擦,在赤道上

          造成一千萬千瓦的熱效應和一兆安培的電流。因此流動於其間

          的電流產生磁場,同時也是造成高溫地熱的放射性蛻變的原因

          。並以太陽系中其他行星所作的觀察來支持他們的理論;如水

          星沒有衛星就沒有顯著的磁場被發現。 






關於古地磁和磁極的證據


 

    到了1950年代,有兩種新學科的研究領域的發展,對大陸漂移說的發

展造成一個轉捩點,這就是古地磁(Paleomagnetism )和海底地質和地形

的研究。有許多岩石在形成時帶有弱磁性,岩石和礦物的具有磁性來自地

球的磁場(Magnetic field)。地球的磁場可以假設地球中心有一塊磁鐵,

具有一個磁軸(Magnetic Axis)和兩個磁極(Magnetic Pole),一為指

向北的磁北極,一為指向南的磁南極。地球的磁軸並不和它的地理軸或自

轉軸一致,兩者約成11度的交角。地球磁場的真正產生原因還不十分明瞭

,一般書上都根據自發的電磁波發電機(Self-exciting Dynamo)的原理

來說明之,這是美國的埃耳賽(Walter Elsasser)和英國的布拉德(Ed-

ward Bullard)所創立的。在火力發電廠中,蒸汽推動一個導電體,再在

一個磁場中轉動,就可以產生電流。地球內部的外核是產生地球磁場的主

要可能場所,因為外核是流體組成,其鐵質的成分又是良導體。這個具有

導電性能的外核對著包圍在外面的地函發生轉動,在原有的小型磁場中就

可以產生電流,由這個電流可以產生地球的磁場。因為這個電流造成其本

身的磁場,所以名之為自發發電機。這個作用的發生需要一種或多種的能

源使具有導電性的鐵質流動性外核發生對流性的轉動或運動,由此產生電

流,增加磁場的強度,再進而增加電流的強度。如此交替進行,最後可以

使對流運動、電流和磁場達到平衡的狀態,這就是自發的發電機原理。一

般認為地核中放射性元素的蛻變可能是主要的熱源。地球的自轉對地球磁

場的產生有重要關係,所以磁軸和地球自轉軸的位置很接近。



  大陸漂移說的復活得力於古地磁(Paleomagnetism)研究所提供量的方

面的證據。古地磁研究保留在磁性岩石或礦物中的地球古地磁場,所以也

名為化石磁性(Fossil Magnetism )。當岩漿冷凝結晶到某一礦物的居里

點溫度以下時,這個礦物就開始具有磁性,名叫自然存磁性(NRM,Natur-

al Remanent Magnetism)。在這礦物中南北磁極的排列方向和當時地球磁

場的南北磁極排列方向相同。在沈積岩造成時,其中所含的磁性礦物也可

以產生存磁性,其磁極的排列也和當時地球磁場的南北磁極排列方向相同

。在1950到1960年間,地球科學家在各地採集岩石標本,決定其地質年齡

和存磁性,以重建以往地球磁場的演變史,這就是古地磁的研究,由此研

究可以得到三項重要發現:

 



   1.磁極的移動(Polar Wandering),   

   

   2.地球磁場磁極的倒轉( Magnetic Polarity Reversal), 

   

   3.海底地磁異常帶的對稱性排列。





  根據岩石中存磁性方向的測定可以決定這個岩石造成時地球磁極排列

的方向和緯度的位置,這是由岩石中古地磁的磁偏角(Magnetic Declina-

tion)和磁傾角(Magnetic Inclination)以及磁場的強度來測定的。由古

地磁研究所測得若干大陸在不同地質時間的磁極位置,結果發現所測不同

地質時間所成磁性岩石的磁極排列和位置並不相同。如果把某一大陸的磁

極位置按其時代順序相連,就得到一條連續路線,最後的終點就是現在的

磁極位置。這條連線名叫磁極移動路線(Polar Wandering Path),解釋磁

極的移動可以有兩種說法:一是地球的磁性在不同的時間有不同的位置這

就名叫磁極的移動。一是磁極不動,而是大陸對著磁極而言,有相對的移

動。雖然磁極可以移動,但是規模極小,可以說磁極和地理極的相對位置

是仍舊一致的。所以另一個容易接受的學說:是表面上看來似乎是磁極的

移動,實際上市由於大陸的移動所造成的。北美洲的磁極移動路線和歐亞

大陸的磁極移動路線並不一致,如果磁極曾在移動,則各大洲在每一個地

質時代所示的磁極應在同一位置,但是實際的測量,這個個磁極在不同的

大陸上有不同的位置,因之證明只有大陸可以相對運動,地球上的磁極不

可能作有規則的移動而最後聚合在一點。因之一種合理的動力學上的解釋

是磁極是不動的,而真正在移動的是含有這些磁性岩石的大陸,所以大陸

漂移說得到第一次的量的證實而復活了。在侏儸紀以前的北美洲和歐亞大

陸的磁極移動路線的曲線外型大致相似,如果把北美洲的路線向歐亞大陸

移動約三十度,兩條路線就可以彼此相合,這是大陸未漂移以前的情形。

到了侏儸紀以後,因為大陸漂移開始,大西洋開始生長,以後這兩個大陸

的磁極移動路線就不能再一致了。此後在南半球的研究也得到相同的磁極

移動的證據,不過不同的大陸有不同的移動路線。

           

              


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