地磁场产生原因

1、地磁场产生原因：地球内核为什么自转变快地磁场产生原因：地球内核为什么自转变快杨学祥地球内核为什么自转变快？是由于重力分异的作用：物理学家傅承义认为，地球刚形成时是比较均匀的，而后发生了重力分异运动。所谓重力分异， 可以简单地理解为，重的物质比如铁，向地心下沉，轻的如硅，往地表上升。由此，地球由一个匀速自转的均匀地球，演化为圈层差异旋转的分层地球，地 壳、上地幔、下地幔、外核和内核旋转的角速度不同，理论计算的比值为0.6：0.7：1.06：3：27,其中内核旋转最快。地震波测量结果表明，内核旋转速 度每年比地壳地幔快1。既然存在上升和下降及各层转动的不同，那么就有了能量的变化和转换，物体在高处受

2、地心引力的作用而具有的能，称为“重力 位能”，通过计算表明，重力分异使地球的重力位能减少，一部分变为热能，使地球内部部分物质熔融；而另一部分变为地核的旋转动能，使地核快速旋转。 不同转速的地幔和地核之间的角动量交换又将动能转变为热能，积累在地核与地幔的边界，使外核成为地球深部唯一液态的圈层，造成这个液核的周期性热 膨胀。重力收缩造成地球内缩，但地幔和地核之间的角动量交换将动能转变为热能积累在核幔边界，是地球内部局部膨胀的原因。通过重力分异，地球由一个匀速自转的均匀地球，演化为圈层差异旋转的分层地球，为地磁场产生提供了必要的条件。不同转速的地幔和地核之间的角动量交换又将动能转变为热能，积累在地核

3、与地幔的边界，使外核成为地球深部唯一液态的圈层，造成这个液核的周 期性热膨胀，并且使地球内核自转变慢，圈层差异旋转趋于消失。这是目前观测不到明显差别的原因。但是，重力分异过程将继续下去。参考文献1杨学祥，陈殿友.地核的动力作用.地球物理学进展.1996,11(1):68-74.2杨学祥，张玺云.热幔柱的启动动力.世界地质.1996,15(2):68-74.3杨学祥，陈震，刘淑琴，宋秀环，陈殿友.地球内核快速旋转的发现与全球变化的轨道效应.地学前缘.1997, 4(1):187-193.学者魏东平 发表于2010-10-6 23:32:21地球磁场的变化与倒转【漫谈地球物理2010-10-06】

4、迄今，地球物理学领域存在很多重要的、具有挑战性的未能完全解决的难题，一些难题的解决，可能涉及物理学、化学及生命科学等领域的基础，更 与我们人类生活的方方面面紧密有关。这样的一些问题包括：1、地震的孕育与发生机理；2、地球磁场的起源与维持机理；3、地幔对流与板块构造的关系， 等等。以地球磁场的起源与维持机理为例，实际上，这是传统物理学的一个经典问题，基本上可以说，自近代物理学诞生以来，比如地球磁场的起源这样一 类问题，便存于历代物理学家们的脑海之中，而一直挥之不去，并且到如今也没有找到一个特别令人满意的答案。关于地球磁场，其核心问题是：1、地球磁场是如何起源的？ 2、为什么地球磁场存在包括准周期

5、在内的一系列变化，特别是存在地球磁场的准周期倒 转现象？可以这样说，这样的问题彻底解决之日，必是其得到诺贝尔奖之时！我在博文“再谈海底扩张与板块构造”中，曾经谈到过地球磁场的倒转证据，在建立海底扩张与板块构造学说的过程中，曾经如何起到过重大的作用。很长一段时间以来，尤其是最近一百年来，有很多物理学家介入到这样的物理机理方面的研究与探讨，包括一些知名的研究量子霍尔效应的物理学家， 相应地提出了关于地球磁场起源与运行机理的多个假定。相比较其它所有假说而言，地球磁场起源的发电机理论，能够解释更多的观测现象，特别是能够很好地解释产生准周期的地磁场倒转现象。例如该理 论能够较好地解释在已经过去的近一亿年

6、时间内，地球磁场曾经发生了超过150次的倒转现象，因而能够被多数的地球物理学家们所认可：1995年，一个基于该理论的框架结构、并且比较激动人心的研究结果发表于Nature，其得到的大规模数值模拟结果显示（图一），地球磁场之所以 发生如此的变化方式，是由于地球固体内核与整体地球之自转角速度的差异变化引起的。紧接着，便立刻跟进两个独立的地震学家研究小组，试图寻找到有关的地震学支持证据，他们的研究结果分别发表于1996年的Nature与Science， 其获得的地震学证据都表明，现阶段地球的内核自转速度，一般地要快于整体地球的自转速度，其快速程度的上限分别被估计为：大约300年和120年左右 快那么

7、一圈（图二）。打个比方，如果每200年地球内核较整体地球的转速快一圈，这种情况意味着，设想一开始有两个都生活在北京这个经纬度位置的人，一个人站在地 球表面，另一个人站在地球的内核表面。但随着时间的慢慢前移，生活在内核表面的那个人，便会越来越早一些地较地表之人，看到太阳的东升西落；这样 累积至200年后，生活在内核表面的那个人，便会看到太阳从东方的地平线上多升起一次。自1996年之后，包括最初的两个研究小组在内的更多研究小组，对此进行了持续的跟进研究。不过，这一系列有关地震学方面的研究结果，基本上 给出了一个逐渐变小的趋势估计，大致到超过约5000年快一圈，可能要超过1万年才快那么一圈的程度；部

8、分研究甚至得不到一个明确的地震学支持证据。需要说明的是，我们站在地球表面观测到的地球磁场之变化规律，即近地表地球磁场一直变化，并且存在倒转的情况，与我们进入到远离地球的外太 空中，所观测到的地球磁场情况，具有极大的不同；后者的最大特点就是，环绕地球磁极的N极方向，恒定指向地球的地理南极之上方。CRUSTFASTEST ROUTE FOR SEESMIC WAVESLIQUID OUTER CORE主要参考文献:1、Glatzmaier G A and Robert P H, 1995, Nature, 377, 203-209.2、Song X and Richards P, 1996, Na

9、ture, 382, 221-224.3、Su W et al., 1996, Science, 274, 1883-1887.本文弓I用地址： HYPERLINK /m/user_content.aspx?id=370386 /m/user_content.aspx?id=370386 HYPERLINK /htm/2009-11/12/content_908356.htm /htm/2009-11/12/content_908356.htm对话杨学祥地球在“瘦身”吗2009-11-12 06:03:33 来源：辽宁日报世界主要火山、地震分布示意图。地壳。口制图/董昌秋口制图/董昌秋专家档案

10、杨学祥吉林大学地球探测科学与技术学院教授。主要从事地球动力学研究，发表文章近百篇，出版专著地球差异旋转动力学一部。主持完成国家自 然科学基金资助项目“地球各圈层能量交换过程与全球变化的关系”。2000年被评为吉林省第六批有突出贡献的中青年专业技术人才。2004年被聘为中国 地球物理学会天灾预测专业委员会委员。据媒体报道，俄罗斯地质学家奥尔列诺克表示，我们的星球正在萎缩。他在一篇研究论文中报告称，将古代的起伏结构与当前的结构进行了比较后得出结论：45亿年前，地球表面刚刚开始凝固，当时的这颗蓝色星球平均球半径为6956公里，现在已减少585公里，也就是缩了近1/10。奥尔列诺克是康德俄 罗斯国立大

11、学教授，30多年来，这位地质学家一直研究地球海洋及地壳构造。对上述结论，另一位地质学家舍甫琴科表示，地球萎缩理论势必引发巨大争议。他说：“基于古代结构对古代地球半径进行准确计算是不可能的，除了 地球萎缩理论外，有人同样提出了膨胀或振动理论。”那么，地球到底是膨胀还是缩小了呢？它的收缩或膨胀对自然界、对我们人类的生活到底会有怎样的影响？它与地球气温变暖之间又存在着怎样的联系 呢？地球表面的张裂和褶皱同时存在，单纯的地球“收缩说”和“膨胀说”都站不住脚辽宁日报：杨教授，近日，各大网站科技新闻上出现了这样一则报道：“俄罗斯地质学家维亚切斯拉夫奥尔列诺克表示，我们的星球正在萎缩。自诞 生之初以来，地球

12、的平均球半径已减少了 585公里。”缩小了 585公里可不是一个小数字，我们知道，地球的平均半径目前为6371公里，也就是说，缩了 近1/10，如果按表面积来算的话，地球表面积的缩小是十分巨大的，您怎样看待这个结论？杨学祥：这一结论的得出确实有值得商榷的地方。虽然没有看到原文，但根据地球物理学的基本知识及前沿成果来看，这个结论的最大问题是关于远古 时期地球半径的估计，特别是十几亿年前的地球半径我们现在还无法确切地得到，也就是说，他的地球之初的半径估计缺乏足够的证据，这篇报道的最后也 谈到另一位俄罗斯地质学家的质疑：“基于古代结构对古代地球半径进行准确计算是不可能的。”仅仅凭借古代的地球表面的起

13、伏结构与当前的结构进行比 较来得出结论是站不住脚的。有不少地质物理学家根据古地磁变化估算出的结果，是地球比照远古时期是膨胀了而不是收缩。截然相反的结论需要更多证据 来验证。关于地球收缩还是膨胀，地学界从19世纪就开始探讨，由于地球物理学等理论及实际探测手段的匮乏，这个问题一直存在争议，但也是在这种探讨甚至 争议中人类认识水平不断得到进步和完善。19世纪20年代末，法国科学家博蒙提出了 “地球收缩”的假说。随后，地球物理学先驱L 开尔文提出了地球 冷凝的物理模式。之后一些地球物理学家用收缩和冷凝学说，说明了地球表面地质的褶皱、凹陷等的形成地球几百公里以下的地球内部温度很高，但最 外部的圈层，已经

14、变得相对较冷，一冷了，地球表面就要向内收缩，形成挤压、褶皱等地形。收缩说首次提出了具有明确物理基础的全球性动力地质原因。 但是收缩说从提出开始就遇到难以克服的困难，主要是无法证实地球表面的构造确实是由收缩造成的，它对许多地质张裂类型构造无法解释。100年后，也 就是20世纪20年代中期，放射性射线被发现，经过计算得知，地壳中同位素衰变放热，可能导致地球热胀。这样，“地球收缩说”就站不住脚了。辽宁日报：也就是说，地球收缩还是膨胀，还是由冷热引起的一一“热胀冷缩”？杨学祥：从原理来说，冷热是最主要的原因。辽宁日报：既然地壳中同位素衰变放热可能导致地球热胀，是否就有了 “膨胀说”，它占据主流了吗？杨

15、学祥：上世纪30年代，有科学家提出了地球膨胀假说，并认为在“膨胀”的作用下，古地球连在一起的大陆裂开了，就像一个人胖了之后，原来的衣 服被撑破了一样，漂移后形成今天各大洲的样子。但膨胀说也没有占主流，主要是缺乏足够的膨胀动力。我们研究膨胀还是收缩的目的，主要是为了探讨地 球，主要是地壳变动的动力来源。通常是先从理论上设想膨胀了之后会怎么样，收缩了又会怎么样，然后再以实际的地质变动加以证明。但是单独的地球膨 胀说和收缩说很难对许多地质构造和变动作出合理的解释。目前公认的解释地壳运动、地质变动的学说，是在大陆漂移学说和海底扩张（地幔物质涌出）学 说的基础上提出的板块构造学说。关于这个学说介绍的很多

16、，大家可能都有所了解。目前地球是南半球膨胀、北半球收缩，但幅度只有每年1至2厘米辽宁日报：那么就地球膨胀还是收缩来说，“膨胀说”和“收缩说”是否还有价值?杨学祥：由于地球内部也好，表面也好，确实存在着变冷或变热的情况，有冷热变化，膨胀和收缩就会存在。单纯的“膨胀说”和“收缩说”都有一定的科学道理，但不全面。有科学家提出，地球在历史演变过程中既存在着膨胀也存在着收缩，地球是一个既能膨胀又能收缩的统一体，只是时期不同而已，即“脉动说”，并认为收缩的时候形成了地球表面的挤压地带，膨胀的时候形成了张裂地带。这一学说的重要证据，就是冰期和间冰期的发现和证实，表明 地球表面可变冷也可变热。同时有科学家把大

17、陆漂移、海底扩张以及大陆内部各级构造运动都归于地球的膨胀。他们各从不同的角度看到了事物的一面，都 有一定的科学价值。简单的肯定和否定都是不科学的，需要综合研究。辽宁日报：目前的情况是怎样的，地球是胀还是缩？用什么办法能够准确地测量地球的大小？杨学祥：自从有了卫星后，对地球半径、大小的实时测量就比较准确了。就近些年来说，地球的北半球是造山带集中且不断收缩挤压的冷半球，半径变 短；南半球则不断扩张开裂，在膨胀，半径变长。通过卫星测量与计算，证明每年北半球半径收缩1-2厘米，南半球半径的扩大为1-2厘米，大约每年变化 的数值不超过2厘米，即地球正在不对称膨胀和收缩。我国地球物理学专家傅容珊认为，在过

18、去的几个百万年的时间内，地球总体仅有轻微的扩张，其半径 扩张率每百万年小于200米。这一速率远低于以前一些地球膨胀说的估计。地球内部的能量转换产生的冷热变化，导致地球内部既收缩又膨胀辽宁日报：是什么原因造成了北半球缩、北半径减的情况？杨学祥：物理学家傅承义认为，地球刚形成时是比较均匀的，而后发生了重力分异运动。所谓重力分异，可以简单地理解为，重的物质比如铁，向地心 下沉，轻的如硅，往地表上升。由此，地球由一个匀速自转的均匀地球，演化为圈层差异旋转的分层地球，地壳、上地幔、下地幔、外核和内核旋转的角速 度不同，理论计算的比值为0.6：0.7：1.06：3：27,其中内核旋转最快。地震波测量结果表

19、明，内核旋转速度每年比地壳地幔快1。既然存在上升和下降 及各层转动的不同，那么就有了能量的变化和转换，物体在高处受地心引力的作用而具有的能，称为“重力位能”，通过计算表明，重力分异使地球的重力 位能减少，一部分变为热能，使地球内部部分物质熔融；而另一部分变为地核的旋转动能，使地核快速旋转。不同转速的地幔和地核之间的角动量交换又将 动能转变为热能，积累在地核与地幔的边界，使外核成为地球深部唯一液态的圈层，造成这个液核的周期性热膨胀。重力收缩造成地球内缩，但地幔和地核 之间的角动量交换将动能转变为热能积累在核幔边界，是地球内部局部膨胀的原因。辽宁日报：就是说，从地球内部来看，确实是既收缩，又膨胀？

20、杨学祥：是的，但就对自然界的影响来说，热膨胀的影响要大于地球内部的收缩。热膨胀使地核、地幔边界的热物质涌动，往地表上升，称为热幔柱， 在地壳薄弱的地方喷涌而出，就形成了众所周知的火山爆发，并带来金、铁、铜等重金属矿藏。辽宁日报：火山喷发对自然界的改变，特别是对气候、气温会产生很大影响。杨学祥：在距今1.455亿年前到6500万年的中生代的白垩纪，热膨胀使地球的火山活动特别剧烈，那时的气温比现在高10C至15C，海洋底层温度比 现在高15C，这与大规模的海底火山活动相对应。辽宁日报：白垩纪以后，好像气温又降低了，是什么原因？杨学祥：刚才提到各圈层转动差异产生能量交换，但能量交换一段时期后的结果，

21、是各圈层转动差异减少直到消失，各圈层转动速度趋于一致，即动能 向热能的转换消失，核幔边界积累的热能因热幔柱喷发而减少，热源的消失使收缩作用占了主导地位。随之而来的就是近1亿年以来，火山活动的减弱， 地球进入第四纪大冰期。但地球内部的位能和动能、动能和热能的能量交换是交替进行的，可以用此起彼伏来理解，所以，即使在第四纪大冰期中，又有10 万年的亚冰期和亚间冰期的周期转换。最近的一次亚间冰期（全球气温较高的时期）起始于1万年前，气温升高、全球变暖使海平面升高130米。同时我们 也知道，地球表面2 /3的面积为海洋，1 /3的面积为大陆，而65%的大陆集中在北半球，并向北极圈一面集中，形成陆半球；南

22、半球为水半球。据测量和 计算，北半球的冰盖和大陆冰川在这一时期大部分融化，海平面升高，导致作为“水半球”的南半球膨胀、北半球收缩。同时，地球的重心向南半球偏移， 地核向南半球偏移又导致热能在南半球的释放，使膨胀的海洋南半球和收缩的陆地北半球更加明显。地球的收缩、膨胀导致的地壳运动有可能给人类带来强震频发等一系列灾害链，这一点在未来十几年显现出来的可能性更大辽宁日报:“南胀北缩”原来是这么形成的！它将会对我们当今的人类生活产生什么影响？杨学祥：比较重要的及大家最关心的影响，可能就是地质构造活动对气候变化的影响，特别是地质灾害及其引发的气象灾害。大家都知道现在是全球变 暖，这有人类排放二氧化碳增多的因素，但从自然方面来说，我们目前正处于亚间冰期，气温本身也是较高的，促使南北极的冰盖融化，海水增减产生了大 洋地壳水均衡作用，这也是地表最显著的物质和能量的转移运动。当某地域洋壳由于海水增加、压力加大而下降，会压迫洋壳下软流物质向大陆运动，使大 陆边缘上升；反之，当某地洋壳由于海水减少而上升时，大陆下软流物质向洋壳运动，使陆缘下降。这是全球变暖使海平面上升后全球强震和火山活动异常 强烈的原因。辽宁日报：听了您刚才的讲解，给我的总的印象就是地球的膨胀和收缩是导致气候变暖或变冷的重要原因之一，反