地球磁場(chǎng)的變化過程及特征

郎彥紅

摘 要： 地球的磁場(chǎng)變化與整體地球內(nèi)部的物理過程有著極其重要的現(xiàn)實(shí)性，聯(lián)系對(duì)地質(zhì)歷史時(shí)期地磁的變化，以及相對(duì)的地面對(duì)流等諸多活動(dòng)進(jìn)行研究。并且對(duì)海洋磁場(chǎng)異常等諸多現(xiàn)象進(jìn)行探討，能夠使生物滅絕、氣候演化等諸多現(xiàn)象的內(nèi)在聯(lián)系予以進(jìn)一步探究，同時(shí)可以對(duì)地球內(nèi)部的物理過程及相應(yīng)的演化史得以進(jìn)一步的掌握。而地球磁場(chǎng)在發(fā)生變化時(shí)，所導(dǎo)致的相應(yīng)現(xiàn)象往往具有一定程度的滯后效應(yīng)。文章對(duì)地球磁場(chǎng)的變化及相應(yīng)的過程與特征進(jìn)行詳細(xì)的分析，希望能夠?qū)Φ厍虻目茖W(xué)研究工作起到一定程度的現(xiàn)實(shí)參考。

關(guān)鍵詞： 地球磁場(chǎng);變化過程;地球結(jié)構(gòu)

【中圖分類號(hào)】O441 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.31.281

1 相關(guān)問題的提出

改革開放40年來，整體自然資源環(huán)境的構(gòu)建及相應(yīng)災(zāi)害問題的發(fā)生，使地球科學(xué)的研究工作出現(xiàn)了一定程度的新型挑戰(zhàn)新時(shí)代的科學(xué)發(fā)展要求，在對(duì)地球進(jìn)行有效的科學(xué)研究的過程中，需要對(duì)其自身的演化規(guī)律及各個(gè)圈層內(nèi)所擁有的相互作用予以充分的考量，同時(shí)需要對(duì)各個(gè)圈層的作用機(jī)制予以進(jìn)一步探索。而地球自身的各個(gè)圈層，包括巖石圈，大氣圈，生物圈及水圈，而各個(gè)成圈內(nèi)部的耦合作用與整體地球磁場(chǎng)之間存在著一定程度的內(nèi)在聯(lián)系。在對(duì)地球科學(xué)進(jìn)行相應(yīng)的研究過程中，需要從三維空間及四維時(shí)空的發(fā)展予以進(jìn)一步的探討，進(jìn)而使時(shí)間維度的作用得以進(jìn)一步的凸顯。在對(duì)地球內(nèi)部深度與時(shí)間所擁有的關(guān)系進(jìn)行探討過程中，對(duì)地震及相應(yīng)的高溫高壓實(shí)驗(yàn)進(jìn)行相應(yīng)的對(duì)比與研究，將無法達(dá)到較為優(yōu)質(zhì)的研究效果，而對(duì)整體地球磁場(chǎng)進(jìn)行有效的研究，將進(jìn)一步彌補(bǔ)地震與高溫高壓實(shí)驗(yàn)研究所具有的不足點(diǎn)，地球磁場(chǎng)就其自身而言，是地球表面所擁有的優(yōu)質(zhì)物理場(chǎng)。地球磁場(chǎng)的變化能夠充分的反映外和對(duì)流以及河畔邊界的具體演化過程。其自身的產(chǎn)生主要與液態(tài)鐵的組成及外和流體力學(xué)具有一定程度的現(xiàn)實(shí)關(guān)系。同時(shí)地幔的自身運(yùn)動(dòng)會(huì)對(duì)外和核流體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行相應(yīng)的影響，進(jìn)而使整體地球磁場(chǎng)出現(xiàn)一定程度的現(xiàn)實(shí)變化。由此對(duì)外和流體運(yùn)動(dòng)，下地幔結(jié)構(gòu)，以及相應(yīng)的和幔邊界的耦合狀態(tài)進(jìn)行詳細(xì)的研究，可以對(duì)地球磁場(chǎng)自身的變化予以充分的了解。

2 對(duì)古地磁學(xué)進(jìn)行相應(yīng)的研究

在對(duì)地球演化過程及地球磁場(chǎng)變化進(jìn)行相應(yīng)的研究過程中，需要充分的對(duì)古地磁學(xué)予以進(jìn)一步的了解與應(yīng)用。通過對(duì)古老巖石板塊相對(duì)于地球旋轉(zhuǎn)軸所進(jìn)行的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而可以對(duì)古地磁的分布狀況予以充分的確定。并且對(duì)古蒂詩學(xué)的研究，能夠?qū)r石圈地幔地核之間所具有的相互互用性及相應(yīng)的演化提供有效的考量依據(jù)。此外地球在整體的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，一定會(huì)對(duì)宇宙宙演化規(guī)律予以進(jìn)一步的遵守，而各類天體事件的發(fā)生，將在不同層數(shù)上對(duì)地球的自身運(yùn)動(dòng)以及整體地表氣候與磁場(chǎng)變化等諸多問問產(chǎn)生一定程度的現(xiàn)實(shí)影響。從而使地球的空間磁場(chǎng)產(chǎn)生一系列的現(xiàn)實(shí)變化，進(jìn)而使地球的氣候變遷即同位素穩(wěn)定性與放射性同位素的含量產(chǎn)生一定程度的現(xiàn)實(shí)變化。因此在對(duì)地球磁場(chǎng)進(jìn)行相應(yīng)的研究過程中，需要充分的結(jié)合重大天天世界氣候演化以及古地磁學(xué)等諸多課題，進(jìn)而使整體地球科學(xué)的研究程度更加完善。

3 對(duì)地球磁場(chǎng)矢量場(chǎng)的研究

就地球磁場(chǎng)自身特性而言屬于矢量場(chǎng)。并且對(duì)矢量場(chǎng)的強(qiáng)度進(jìn)行研究是地球磁場(chǎng)研究的要素之一。近些年地球磁場(chǎng)強(qiáng)度與地球自身演變所存在的諸多現(xiàn)實(shí)關(guān)系，對(duì)固體地球科學(xué)產(chǎn)生了一定程度的現(xiàn)實(shí)影響。然而由于目前科技下對(duì)地球磁場(chǎng)的鼓強(qiáng)度進(jìn)行有效測(cè)定的方式及理論具有著較為多元化的復(fù)雜性。進(jìn)而使相應(yīng)的研究者無法對(duì)整體地球在歷史時(shí)期的磁場(chǎng)變化予以全面的了解。傳統(tǒng)的古地磁研究其研究范圍，往往僅對(duì)磁場(chǎng)的方向變化予以相應(yīng)的分析。進(jìn)而不能對(duì)地球磁場(chǎng)的相對(duì)強(qiáng)度，以絕對(duì)強(qiáng)度進(jìn)行詳細(xì)的探究，從而使地球磁場(chǎng)的了解全面性，受到了一定程度的阻礙，而近些年由于時(shí)代的發(fā)展以及相應(yīng)科技的進(jìn)步，并且具有可靠性與高度研究價(jià)值的理論得以不斷的完善，進(jìn)而使通過相應(yīng)的技術(shù)方法對(duì)地球磁場(chǎng)的絕對(duì)強(qiáng)度數(shù)據(jù)進(jìn)行有效分析的時(shí)機(jī)逐步成熟。并且被業(yè)界所廣泛的關(guān)注。

4 改革開放以來的地球磁場(chǎng)研究

在改革開放近40年的時(shí)間內(nèi)。地球科學(xué)研究者已經(jīng)能夠?qū)?億年前至今的地球磁場(chǎng)及倒轉(zhuǎn)序列進(jìn)行詳細(xì)的研究，并且通過相應(yīng)的數(shù)字化統(tǒng)計(jì)模型對(duì)地球磁場(chǎng)倒轉(zhuǎn)的頻率進(jìn)行了相應(yīng)的分析。但盡管如此，相應(yīng)的科研人員依舊對(duì)整體磁性倒轉(zhuǎn)期間，地球磁場(chǎng)所具有的變化規(guī)律無法得以進(jìn)一步的掌握，因此在目前的地磁學(xué)研究過程中。地球磁場(chǎng)磁性倒轉(zhuǎn)的相關(guān)內(nèi)容，仍然是整體研究范圍較為關(guān)注的熱點(diǎn)問題之一。尤其對(duì)地級(jí)轉(zhuǎn)換期間，整體地球磁場(chǎng)的時(shí)空變化以及相應(yīng)的特征與地球起源，地面結(jié)構(gòu)等諸多研究理論的關(guān)聯(lián)性，是目前第4科學(xué)在發(fā)展過程中所主要的研究課題之一。我國相應(yīng)的科研人員于上世紀(jì)60年代便開始始詞性轉(zhuǎn)換過程中，整體地球磁場(chǎng)所出現(xiàn)的現(xiàn)實(shí)狀態(tài)進(jìn)行詳細(xì)的探究，但由于整體磁場(chǎng)在轉(zhuǎn)換期間，其時(shí)間維維相對(duì)較長，可達(dá)上千年之久，并且由于古地磁測(cè)量技術(shù)的不健全性，進(jìn)而使相應(yīng)研究的進(jìn)展速度相對(duì)緩慢。直到本世紀(jì)初整體古地磁測(cè)量技術(shù)得到了較為優(yōu)質(zhì)的發(fā)展，進(jìn)而使地球磁場(chǎng)轉(zhuǎn)換期間，地球磁場(chǎng)的相應(yīng)強(qiáng)度研究得以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。

當(dāng)?shù)厍虼艌?chǎng)發(fā)生相應(yīng)的轉(zhuǎn)換過程時(shí)，如果極性轉(zhuǎn)換，只有非偶極子場(chǎng)存在，則在任意精度上均會(huì)散布虛地磁極。在對(duì)地球磁極與磁場(chǎng)轉(zhuǎn)換進(jìn)行相應(yīng)的研究過程中，相應(yīng)的科研人員充分對(duì)黃土沉積物進(jìn)行了詳細(xì)的研究，進(jìn)而得出一定程度的研究結(jié)果。當(dāng)?shù)厍虼艠O發(fā)生轉(zhuǎn)換時(shí)，整體轉(zhuǎn)化過程中的磁力強(qiáng)度將下降五成以上，而整體磁極倒轉(zhuǎn)過程往往由多次快速的倒轉(zhuǎn)而進(jìn)一步形成快速倒轉(zhuǎn)的過程，往往需要經(jīng)過100年以上的時(shí)間尺度予以完成。而有時(shí)這一倒轉(zhuǎn)過程存在一定程度的突變性特征。此外在地球磁極進(jìn)行轉(zhuǎn)換的過程當(dāng)中，整體地球磁場(chǎng)的強(qiáng)度出現(xiàn)大幅度的衰減，將預(yù)示著整體磁場(chǎng)的倒轉(zhuǎn)，其變化的主要原因，可能由于地球磁場(chǎng)發(fā)生了強(qiáng)度性的變化。目前地球磁場(chǎng)的外在特征為偶極子場(chǎng)，而偶極子的衰減將進(jìn)一步導(dǎo)致整體地球磁場(chǎng)強(qiáng)度的衰弱。進(jìn)而使整體的地球磁場(chǎng)變化得以進(jìn)一步的發(fā)生。

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