地磁场的起源

发布网友发布时间：2022-04-23 15:44

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热心网友时间：2023-10-17 23:16

地球磁场的起源问题至今仍是地球科学界研究的重要问题之一。

过去对地磁场的成因曾经提出过许多假设，随着科学的发展，有些假设已被否定，有些假设仍有一定的科学意义。近代比较有希望的假说是自激发电机效应假说。这个假说需具备的前提条件是：①地核是一个导电的流体；②地核中原来存在着微弱的磁场；③在地核流体中持续发生着差异运动或对流，并产生新的磁场，从而增强了原来的磁场。由于地核电流体持续运动而不断提供能量，因而引起一种自激发电机效应。由于能量的不断消耗和供应，磁场增强到一定程度就稳定下来，形成现在的地球基本磁场。

最有希望的自激发电机模型，是法拉第圆盘发电机（图6-14)。一个圆盘状的导体围绕固定旋转轴，靠近圆盘的边缘，在它的下方有一个固定的磁棒（图6-14a），当圆盘导体在磁棒的磁场中旋转时，圆盘产生感应电流。若圆盘下方的磁棒换成一个有电流通过的线圈（图6-14b），则圆盘中感应电流的情况便与图6-14a完全一样。若把圆盘中的感应电流回输到线圈里来，这样便成为自激发电机，只要圆盘继续旋转，电流系统便能持续工作，该电流且会进一步激发出磁场。在地球体内，外核是良导体，其中磁流体由于热对流及内核—外核—地幔耦合作用，而产生一些小涡流，这些小涡流由于地球自转而形成环状电流，进而激发出平行于自转轴的磁场强度（H₀)；由于地球旋转，H₀又能激发出电流，这样大量的激发电流在旋转地球体内激发出强度更大的地球磁场强度H₀。

上述单圆盘发电机模型虽然能说明有一个稳定的地磁场，但难以解释地磁场的长期变化与磁极性反转。为此力武常次（1958)提出了双圆盘发电机理论。图6-15绘出了双圆盘发电机示意图。两个圆盘之间存在着非线性电磁耦合作用，圆盘角速度ω将受到扰动。与此相应，系统电流也发生变化。当电流扰动加大到一定程度时，系统电流反向，并有可能围绕新的反向后的平衡位置摆动，结果磁场发生倒转。由于双圆盘发电机模型解释了地磁场长期变化和地磁场方向反转的事实，增强了人们对发电机理论的信念，但这种理论与地核内部可能发生的真实过程相差很远。

图6-14 地磁场成因的法拉第圆盘发电机模型

图6-15 双圆盘发电机示意图

目前，绝大部分学者都接受这种地球基本磁场的发电机成因模式，并据地球内部结构与物性特点探讨了更复杂的旋转球体产生偶极子磁场的机制。里希塔克和艾兰（T.Rikiake，1958；DW.Allan，1958）通过计算分析，提出了有一系列发电机耦合所组成的发电机组形成地磁场并导致磁极反转的复杂成因模式。但由于磁流体动力学分析与计算复杂性，而且人类对核幔之间过渡层的结构与物性尚缺乏非常可靠的探测资料，使地磁场成因的磁流体发电机模型至今尚未能完善。