地磁场方向与地面平行吗
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发布时间：2024-04-23 02:10
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时间：2024-07-09 10:54
地磁场长期变化（
secularvariationofgeomagneticfield）是指地磁场各种要素年均值的逐年变化。许多地磁台上各地磁要素的年均值均有缓慢而明显的逐年变化。这些要素不仅数值有变化，而且方向也有变化。这种情况反映出地磁场的长期变化不是个别台站的现象，而是全球性的。它既包含了偶极磁场的变化，也包含了非偶极磁场的变化，其起源主要在地球内部。其中非偶极磁场的变化是长期变化的主要部分。
地磁场具有长期变化,是英国吉利布兰(Gel-librand)于1634年从英国伦敦的磁偏角变化中发现并首先提出的，后来世界许多地方也先后发现了地磁场的长期变化。地磁场长期变化是一种全球性的现象。从中国佘山地磁台各个地磁要素的年均值、极大值和极小值之间相隔的时间。
从英国伦敦地磁场方向的长期变化中可以看出,地磁场方向的长期变化约具有500～600年左右的周期。一般在较短时期(十几年或几十年)内，各个地磁要素的长期变化常表现为单向的递增或递减。利用长期的地磁资料进行频谱分析，以及考古地磁学的研究，表明地磁场的长期变化可能具有 22年、50～70年、120年、180年、500～600年、1000年和 7000～8000年等周期。
世界地磁场等变线图可把一个时期的地磁场长期变化的全球性分布特征清楚地显示出来。
1975.0年世界地磁场垂直强度等变线图
等变线图的一个显著特点是等变线围绕着几个中心分布，地面被划分为几个区域，其长期变化值有的为正，有的为负。这些中心称为地磁场长期变化中心或焦点。各个地磁要素的等变线图是不同的，不过彼此之间具有一定的关系。不同年代的各地磁要素的等变线图均会发生一些变化，不仅等变线的形状、各个地点(包括长期变化中心)的年变率都发生变化，而且长期变化中心的数目和位置也发生一些变化。其中最引人注目的一个特点是，某些长期变化中心的位置在一定时期之后或多或少地向西移动。这种现象称为地磁场长期变化的西向漂移。不同年代、不同地磁要素的各个长期变化中心的西向漂移速度均不相同。平均起来,地磁场长期变化的西向漂移速度约为每年0.3°。
根据地磁场高斯理论，可以利用高斯系数把地磁场分解为偶极子磁场和非偶极子磁场两个部分。由于地磁场存在着长期变化，不同年代的高斯系数具有不同的数值。因此，利用不同年代的高斯系数可以研究偶极子磁场和非偶极子磁场的长期变化。研究结果表明，对于近代地磁场，偶极子磁场的长期变化主要表现为偶极子的磁矩约以每年减小0.05％的速率衰减，
地偶磁极矩的变化
偶极子的磁极位置每年约以0.05°的速度沿纬度圈向西移动；非偶极子磁场的长期变化主要表现为每年约以0.2°的速度沿纬度圈向西漂移,同时每年约以10纳特量级的速率增强或减弱。因此，偶极子磁矩的衰减和非偶极子磁场的西向漂移成为近代地磁场长期变化的两个基本特征。
偶极子磁矩的衰减
地球磁矩在过去4000年期间的变化
从表中还可以看出，近百年来偶极子的极角基本保持不变，而偶极子的方位角λ却逐渐向西移动，西移速度约为每年0.05°。
1693年，英国天文学家哈雷(E.Halley)首先发现地磁场的分布图像缓慢地向西移动。20世纪，尤其是50年代以来，对地磁场西向漂移进行系统研究的结果表明，西向漂移主要是非偶极子磁场的特征，并且非偶极子磁场的西向漂移是相当复杂的地磁现象。首先，各个地区的非偶极子磁场的西向漂移速度不一，有的漂移较快，有的漂移较慢，有的甚至不漂移。例如非洲磁导常漂移最快，而北美洲磁异常基本不漂移。其次，不同年代非偶极子磁场的西向漂移速度也不一致。西向漂移速度约为每年0.2°,只是一种平均结果。为了解释西向漂移速度的分散性，日本行武毅等人把非偶极子磁场分为两类：一类称为漂移磁场，磁场强度不变，而具有稳定的西向漂移；另一类称为停滞磁场，磁场强度和位置都是稳定的。由于这两类磁场叠加的结果，才把某些地区的西向漂移的规律性掩盖了。
目前认为，非偶极子磁场的场源是由地球的液态外核边界的湍流所产生的自激发电机效应，而液态外核又因其内部的对流使其产生差速转动，结果导致外核的角速度比地幔的角速度低，因此，非偶极子磁场的场源相对于地幔必然向西移动，这就是非偶极子磁场产生西向漂移的原因。
由于地球磁场的复杂性，要预计它在遥远的将来会是什么样子是不可能的。地球物理学家们利用分布在世界许多地方的磁场观测点收集的数据，通过数学模型分析出磁场将如何变化。但是这些模型必须根据各个观测点收集的新数据随时加以修改。尽管地质史上曾经多次发生过磁逆转，上一次磁逆转大约发生在70万年以前，但是要预测何时将发生下一次磁逆转是不可能的。在过去的两亿年中，大约每隔50万年发生一次磁逆转，但是每次的方式都不同。一个世纪以来，地球上多数地区的磁力普遍减弱了10％左右。谁也无法肯定这种减弱属于一种波动或是最终将导致磁逆转。以往发生的每次磁逆转持续的时间大约为1万年。在每次发生磁逆转之前，地球的磁场会在短时间里完全消失。
地球的磁场形成一道屏障，使宇宙射线集中到地球的南北两个磁极。如果没有磁场保护，宇宙射线就会以非常密集的形式轰击整个地球，从而给各种生物带来危害。
地球磁极的形态是地球表面上地磁场方向与地面垂直、磁场强度最大的地方，称为地磁极。地磁极有两个(磁北极和磁南极)，其位置与地理两极接近，但不重合。现代地球的磁极其地理坐标分别是:北纬76°1′，西经100°和南纬65°8′，东经139°。不过以前是什么样子呢?一定不是现在的样子，因为地球磁极经历过翻转。而最近科学家提出一个假想，称地球磁极原来甚至不是两个极，而是多个极。
根据华盛顿卡内基科学研究所的彼得?德里斯科尔的新发现，在遥远的过去，地球磁场长着与今天迥乎不同的样子，而且那时的地球磁场具有不止两个磁极。
在最新一期的《地球物理研究快报》中，德里斯科尔研究了地核凝固对磁场的影响，他利用地球历史模型得出了一个惊人的发现：这个我们称之为“家园”的世界未必只有南北两极。
正如德里斯科尔和卡耐基研究所解释的那样，地球产生了一个从地核延伸到外太空的强大磁场。磁场可以保护地球大气，并且偏转来自太阳和太阳系其他地方的高能粒子，如果任由这些宇宙射线轰到地面的话可能会对生命体有害。
地球磁场由一种“地球发电机”的现象所缔造，这种现象包括因为热量损失导致地球外核液态铁的运动以及地球内核的凝固。然而地球内核不总是凝固的，那么问题来了：早期地球内核凝固对这个星球的磁场产生了什么效果?
德里斯科尔建立了一个可以追溯到45亿年前的地球热历史模型。他的模型表明，地核可能在6.5亿年前开始凝固，所以他进行了额外的 模拟来寻找这段时期地球磁场的变化，并且还真发现了，在10亿年前地球磁场可能从类似于现代的形态转变为另一种截然不同的形态。
现代形态的磁场有着强大的磁场和南北对立的两个磁极，但这种转变后磁场变得“衰弱”，并经历了一系列在强度和方向上的天然波动。在此期间，磁场可能源于多个不同的磁极。然后，时过境迁，地核开始凝固，根据模型的预测磁场又变回了那个“强壮”的“双磁极磁场”。
这些发现对于地球的热磁历史有着重大意义，特别是在利用地磁来重建古*运动和古气候变化的领域。德里斯科尔的模型和模拟将会与未来在磁石中收集到的数据进行比较，以此检验这个新假说的可靠性。
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