秘密守護(hù)地球的“隱形護(hù)盾”

出品：科普中國(guó)

作者：數(shù)字世界

監(jiān)制：中國(guó)科普博覽

地球磁場(chǎng)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(dòng)和人類生活等方面都起到了重大作用。地球磁場(chǎng)一般也簡(jiǎn)稱地磁場(chǎng)。地磁學(xué)一般僅指關(guān)于地磁場(chǎng)的測(cè)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(chǎng)的起源和演化。

一、地球磁場(chǎng)的變化和應(yīng)用

長(zhǎng)期的和世界范圍的地球磁場(chǎng)的觀測(cè)和研究表明，地球磁場(chǎng)是隨時(shí)間和空間而變化的。因此許多地方都設(shè)立了不斷觀測(cè)和記錄地球磁場(chǎng)變化的地磁觀測(cè)臺(tái)或地磁觀測(cè)站。我國(guó)便在北京、各大行政區(qū)和一些重要省市建立有地磁觀測(cè)臺(tái)(站)。

地球磁場(chǎng)（圖片來(lái)源：veer圖庫(kù)）

地磁場(chǎng)的這些變化不但提供了許多有關(guān)地球結(jié)構(gòu)和活動(dòng)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(diǎn)。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(chǎng)和相關(guān)地磁現(xiàn)象的觀測(cè)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(chǎng)的突變(磁暴)預(yù)報(bào)太陽(yáng)活動(dòng)和空間天氣預(yù)報(bào)；地磁擾動(dòng)和磁暴會(huì)對(duì)無(wú)線電通信和氣候產(chǎn)生影響；地球磁場(chǎng)的異常變化與地震和火山活動(dòng)有關(guān)，因而可能作為預(yù)報(bào)地震和火山的一種因素；地磁場(chǎng)觀測(cè)結(jié)合其他地球物理觀測(cè)可進(jìn)行地質(zhì)調(diào)查等。

二、地球磁場(chǎng)的反向

現(xiàn)代科學(xué)研究表明，地球磁場(chǎng)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(chǎng)在地球演化過(guò)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(guò)程中的地球磁場(chǎng)變化情況是得自各個(gè)地質(zhì)時(shí)期的大陸巖石和海洋巖石的磁性的觀測(cè)研究。

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期對(duì)地球上各個(gè)大陸和各個(gè)海洋的不同地質(zhì)時(shí)期的強(qiáng)磁性巖石磁性的觀測(cè)研究，即對(duì)巖石形成時(shí)的磁性保留到現(xiàn)在觀測(cè)時(shí)的剩余磁性的觀測(cè)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(shí)受到地球磁場(chǎng)磁化時(shí)的地球磁場(chǎng)方向，有的同現(xiàn)在的地球磁場(chǎng)方向相同(稱為正向)，有的同現(xiàn)在的地球磁場(chǎng)方向相反(稱為反向)。

在地球長(zhǎng)期演化過(guò)程中，由地球磁場(chǎng)方向變化產(chǎn)生的不同地質(zhì)時(shí)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(lái)確定古人類和古文物的年代，稱為考古磁學(xué)。我國(guó)曾利用古地磁斷代方法測(cè)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(cè)定的年代是一致的。

三、地球磁場(chǎng)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(zhǎng)時(shí)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(chǎng)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(shí)間、表現(xiàn)形態(tài)和變化情況都同地球磁場(chǎng)密切相關(guān)。

北極光（圖片來(lái)源：veer圖庫(kù)）

極光的形成主要是由于太陽(yáng)的帶電微粒發(fā)射到地球磁場(chǎng)的勢(shì)力范圍，受到地球磁場(chǎng)的影響，從高緯度進(jìn)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?yàn)槭芰说卮艌?chǎng)的影響。從太陽(yáng)射來(lái)的帶電微粒流，也要受到地磁場(chǎng)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(chǎng)的機(jī)制與反轉(zhuǎn)等問(wèn)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(jìn)一步揭開這個(gè)隱形護(hù)盾的神秘面紗。