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地球是人類賴以生存的家園，通過(guò)對(duì)地磁場(chǎng)、磁偏角、磁傾角、地磁場(chǎng)倒轉(zhuǎn)及地?zé)釤嵩?、地球自轉(zhuǎn)及公轉(zhuǎn)形成機(jī)理的研究。探究這些成因和物理過(guò)程，對(duì)比觀察太陽(yáng)系中多種物理現(xiàn)象和地球上多種物理現(xiàn)象，對(duì)這些物理現(xiàn)象資料進(jìn)行整理，尋找方法，使對(duì)地球科學(xué)有更深入的認(rèn)識(shí)。

地磁場(chǎng)磁偏角磁傾角地磁場(chǎng)倒轉(zhuǎn)地?zé)釤嵩吹厍蜃赞D(zhuǎn)及公轉(zhuǎn)

1 地磁場(chǎng)的成因

地磁場(chǎng)的成因眾說(shuō)紛述,但筆者認(rèn)為地磁場(chǎng)是:海水離子流;地核(外核)電子逃逸而形成的負(fù)電層效應(yīng);地核外核自轉(zhuǎn)角速度與地核內(nèi)核自轉(zhuǎn)的線速度差異形成的發(fā)電機(jī)感應(yīng)原理綜合因素所形成。海水離子流即海水含有大量的正、負(fù)離子，在朝陽(yáng)面由于太陽(yáng)光子與正離子中和，而使負(fù)離子得到能量,大量的負(fù)離子隨著地球的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生了一個(gè)微弱的垂直于地球的原始磁場(chǎng);在地幔深層的高溫狀態(tài)下，外核鐵鎳體呈液態(tài)處于等離子狀態(tài)，按現(xiàn)代物理學(xué)研究的結(jié)果，高溫高壓中的物質(zhì)其原子的核外電子會(huì)被加速而向外逃逸，在地幔間會(huì)形成負(fù)電層,而地球自轉(zhuǎn)帶動(dòng)地幔負(fù)電層旋轉(zhuǎn),根據(jù)電動(dòng)生磁原理而產(chǎn)生磁場(chǎng);再由于負(fù)電層所處的環(huán)境是高溫與高壓，地核的外核處于超導(dǎo)狀態(tài)，電流在熔態(tài)的外核中作無(wú)衰減性流動(dòng)。由于地核外核自轉(zhuǎn)角速度與地核內(nèi)核自轉(zhuǎn)的線速度的差異，液態(tài)的外地核在最初的以上二個(gè)因素所形成的微弱磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)像磁流體發(fā)電機(jī)一樣產(chǎn)生電流，這電流的磁場(chǎng)又使原來(lái)的弱磁場(chǎng)不斷加強(qiáng)，其產(chǎn)生的磁場(chǎng)的極性與地球地理極性相反。形成了現(xiàn)在的地磁場(chǎng)。

2 地球磁偏角、傾角

關(guān)于磁偏角產(chǎn)生的原因：地磁偏角是指地球上任一處的磁北方向和正北方向之間的夾角。當(dāng)?shù)卮疟毕驅(qū)嶋H偏東時(shí)，地磁偏角為正，反之為負(fù)。。

磁傾角，地球表面任一點(diǎn)的地磁場(chǎng)總強(qiáng)度的矢量方向與水平面的夾角。將一個(gè)具有水平軸的可旋轉(zhuǎn)磁針制做得內(nèi)部質(zhì)量完全均勻?qū)ΨQ，使其在磁屏蔽空間中自然地保持水平。觀測(cè)時(shí)使其水平軸與當(dāng)?shù)卮抛游缑娲怪?，這時(shí)磁針指北極N所指的方向即為地磁場(chǎng)總強(qiáng)度的矢量方向，它與水平面的夾角即為當(dāng)?shù)氐拇艃A角。地磁場(chǎng)中某處磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量與水平面的夾角叫磁傾角。地磁赤道處的磁傾角為零度，地磁兩極處的磁傾角為90度。

因?yàn)樘?yáng)風(fēng)是等離子體，當(dāng)太陽(yáng)風(fēng)粒子到達(dá)地球時(shí)，被地球磁場(chǎng)所捕獲儲(chǔ)存在范艾倫輻射帶中有高達(dá)幾兆電子伏的電子以及高達(dá)幾百兆電子伏的質(zhì)子組成，一旦帶電粒子被捕獲，洛侖茲力便控制它們?cè)诘卮艑又械倪\(yùn)動(dòng)，帶正電的粒子由西向東偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，帶負(fù)電的電子由東向西偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，這些帶電粒子的運(yùn)動(dòng)就產(chǎn)生了環(huán)繞地球的環(huán)電流，根據(jù)右手定則，其產(chǎn)生了一個(gè)與地磁場(chǎng)極性相反的磁場(chǎng)并疊加在地磁場(chǎng)上，由于兩極性相反兩磁場(chǎng)相對(duì)作用而產(chǎn)生力矩，這力矩的作用地球的磁軸并使磁軸偏離地球自轉(zhuǎn)軸,而使磁軸與自轉(zhuǎn)軸不重合，使得地磁場(chǎng)產(chǎn)生了磁偏角與磁傾角物理現(xiàn)像。極地是兩極性相反磁場(chǎng)交接處，因兩極性相反的磁場(chǎng)相抵，（在極地人們無(wú)法使用指南針）造成兩極地沒(méi)磁場(chǎng)的假像。

3 地磁場(chǎng)倒轉(zhuǎn)

地球磁場(chǎng)的倒轉(zhuǎn)原因：根據(jù)地磁場(chǎng)起源理論：所謂地磁場(chǎng)磁極發(fā)生倒轉(zhuǎn)是由地核自轉(zhuǎn)角速度發(fā)生變化而引起的。地殼和地核的自轉(zhuǎn)速度是不同步的，現(xiàn)階段地核的自轉(zhuǎn)速度大于地殼的自轉(zhuǎn)速度。其自轉(zhuǎn)速度從里到外一致。地球的自轉(zhuǎn)角速度越來(lái)越小并且向月球傳輸角動(dòng)量。同時(shí)，地球也漸漸形成了地殼、地幔和地核三層結(jié)構(gòu)。當(dāng)在地殼上出現(xiàn)地殼速度小于地核自轉(zhuǎn)速度時(shí)就可以感受到磁場(chǎng)的存在，因?yàn)榈睾艘源笥诘貧さ淖赞D(zhuǎn)速度形成了地磁場(chǎng)。由右手定則我們知道，磁場(chǎng)分為南北兩極，磁場(chǎng)的N極在地理南極附近，磁場(chǎng)的S極在地理北極附近。地殼與地核自轉(zhuǎn)角一直在發(fā)生變化，速度不同步，地球?yàn)榱烁淖冞@種趨勢(shì)，地核必然通過(guò)地幔軟流層物質(zhì)向地殼傳輸角動(dòng)量，所以結(jié)果是地核的自轉(zhuǎn)角速度逐漸減小，地殼的自轉(zhuǎn)角速度逐漸增大。最終當(dāng)?shù)貧づc地核的自轉(zhuǎn)角速度此增彼減而最終一致時(shí)，地磁場(chǎng)就會(huì)在地球表面消失。這是一個(gè)循環(huán)往復(fù)的過(guò)程，地球在此過(guò)程中一直在傳輸著角動(dòng)量來(lái)維持地殼和地核角速度的增減，改變著地球的地磁場(chǎng)。

地核與地殼間的角動(dòng)量傳輸在慣性的作用下一直持續(xù)，地殼的自轉(zhuǎn)角速度還在繼續(xù)增大，地核的自轉(zhuǎn)角速度繼續(xù)減小，于是出現(xiàn)了地殼自轉(zhuǎn)角速度大于地核自轉(zhuǎn)角速度的情形。這時(shí)，在地球表面就會(huì)感受到來(lái)自地核逆地球自轉(zhuǎn)方向的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量場(chǎng)效應(yīng)。按照右手定則判斷，新形成的地磁場(chǎng)的N極在地理北極附近，S極在地理南極附近。地球一直在運(yùn)轉(zhuǎn)，長(zhǎng)期來(lái)看，當(dāng)?shù)貧づc地核間的相對(duì)速度呈周期性變化的，自轉(zhuǎn)一直是減速狀態(tài)時(shí)，每隔一段時(shí)，地球磁場(chǎng)都要發(fā)生一次倒轉(zhuǎn)。當(dāng)然，在地球磁場(chǎng)倒轉(zhuǎn)之前會(huì)發(fā)生一些征兆和變化，地球磁場(chǎng)會(huì)減弱直至到零。值得說(shuō)明的是，無(wú)論地球表面測(cè)得的地磁場(chǎng)方向如何發(fā)生變化，但是，在太空中地磁場(chǎng)的方向卻始終是不變的。因?yàn)樵谔罩袦y(cè)得的地磁場(chǎng)，是整個(gè)地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量場(chǎng)效應(yīng)，并不會(huì)因?yàn)榈貧づc地核相對(duì)速度的改變而發(fā)生變化。在太空中測(cè)得的地磁場(chǎng)的N方向始終在地理南極上空。

4 地球地?zé)釤嵩?/h2>

地球內(nèi)部自身儲(chǔ)存了豐厚的熱能，當(dāng)內(nèi)部熱量無(wú)法出來(lái)的，它通過(guò)火山爆發(fā)、溫泉以及巖石的熱傳導(dǎo)等形式不斷地向地表傳送和流失，從而降低內(nèi)部溫度。

地?zé)醽?lái)源（一）地球因引力收縮而產(chǎn)生熱。

地球的形狀與起源：地球是太陽(yáng)系中一個(gè)赤道部分較為突出（半徑6378.5km），兩極部分較為扁平（半徑6357km）的近似球形的行星，它給數(shù)百萬(wàn)種生命提供了家園。今天最能接受的關(guān)于宇宙和我們這個(gè)星系起源的理論就是所謂的“大碰撞”理論：宇宙是在約100-150億年前的一次大碰撞中產(chǎn)生的，在漫長(zhǎng)的歲月里，宇宙膨脹、變稀薄而形成了無(wú)數(shù)的星系與星星，包括我們的太陽(yáng)系和地球。由于引力的作用,物質(zhì)相互吸引而不斷的收縮,在這漫長(zhǎng)收縮過(guò)程中由于密度與壓力不斷的增加從而在地球的內(nèi)部產(chǎn)生了極高的溫度,溫度將各種物質(zhì)融化，液化將物質(zhì)分層，密度大的物質(zhì)下沉，密度低的物質(zhì)上浮，形成了地殼、地幔與地核。

地?zé)醽?lái)源（二）地球兩磁場(chǎng)相對(duì)作用。

地球本身的磁場(chǎng)及太陽(yáng)風(fēng)在范艾倫輻帶由于洛倫茲力作用及地球的自轉(zhuǎn)所形成的環(huán)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)，由于兩磁場(chǎng)極性相反而均垂直疊加于地球的兩磁極并作用于內(nèi)、外核的鐵鎳合金環(huán)上，由于兩磁場(chǎng)均在不斷變化而使產(chǎn)生的電流與磁場(chǎng)也變化不定，從而這不斷變化磁場(chǎng)作用于內(nèi)、外核的鐵鎳合金環(huán)上產(chǎn)生感生電渦流，這電渦流在內(nèi)、外核的鐵鎳合金環(huán)上產(chǎn)生了熱量。

5 地球自轉(zhuǎn)

5.1 氣流的推動(dòng)

地球內(nèi)部溫度非常的高，原始地球根本不會(huì)自轉(zhuǎn)，地表與地心均衡的冷熱自吸力以及地表外圍的冷熱作用促使她轉(zhuǎn)動(dòng)。冷熱有天性的自吸力，是產(chǎn)生引力的必須造物。白晝的半球溫度高，黑夜的半球氣溫低。白晝和黑夜將熱氣流一直交換傳遞著，使氣流一直在轉(zhuǎn)動(dòng)循環(huán)推動(dòng)著地球的自轉(zhuǎn)，所以說(shuō)地球的自轉(zhuǎn)而是來(lái)自氣流。在太空中，地球的重力是微不足道的，追逐的氣流足以輕松的推動(dòng)地球的轉(zhuǎn)動(dòng)。有資料證明外作用力能改變地球自轉(zhuǎn)的速度。智利2010年2月27日發(fā)生的里氏8.8級(jí)強(qiáng)地震，使得地球自轉(zhuǎn)一周時(shí)間變短1.26微秒，人造衛(wèi)星上天給地球產(chǎn)生的反沖力，也能使地球自轉(zhuǎn)發(fā)生變化。

5.2 地球內(nèi)外核的電渦流磁場(chǎng)與地球磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)力矩

地球兩極性相反且相互疊加而又不斷變化的磁場(chǎng)，作用于地球內(nèi)外核上，根據(jù)左手定則，其產(chǎn)生的電渦流與地球磁場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，從而推動(dòng)地球的自轉(zhuǎn)。這種現(xiàn)象可在其它行星上得到驗(yàn)證：行星—金星與月球。由于金星和月球上沒(méi)有鐵鎳的內(nèi)核，僅有點(diǎn)很小微弱的磁性，故、金星和月球的自轉(zhuǎn)均很慢。木星上磁場(chǎng)比地磁場(chǎng)強(qiáng)，木星的自轉(zhuǎn)速度就比地球快了好幾倍。

6 地球的公轉(zhuǎn)

地球的公轉(zhuǎn)是地球運(yùn)動(dòng)的離心力與太陽(yáng)引力(向心力)及虛擬的共同質(zhì)量中心相互作用之結(jié)果

地球像一個(gè)旋轉(zhuǎn)的陀螺高速的轉(zhuǎn)動(dòng),如沒(méi)有太陽(yáng)引力(向心力)的作用,地球會(huì)因自身運(yùn)動(dòng)的離心力的作用,地球會(huì)在運(yùn)動(dòng)的拋物線軌道的切線方向飛去而逃逸太陽(yáng)系,但由于太陽(yáng)引力(向心力)的作用，迫使地球只能沿轉(zhuǎn)動(dòng)的拋物線軌道方向移動(dòng),故其公轉(zhuǎn)的方向與地球自轉(zhuǎn)的方向一致，呈逆時(shí)針?lè)较蛞苿?dòng)，并環(huán)繞太陽(yáng)作橢圓形的圓周運(yùn)動(dòng)。但需要指出的是，地球公轉(zhuǎn)所環(huán)繞的并不是以太陽(yáng)為中心，而是環(huán)繞一個(gè)虛擬的太陽(yáng)與地球的共同質(zhì)量中心。地球的公轉(zhuǎn)并不是單方面運(yùn)轉(zhuǎn)，即地球繞共同質(zhì)心運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，太陽(yáng)也在轉(zhuǎn)動(dòng),并始終處于共同質(zhì)心的相反兩側(cè)。故由于這虛擬的共同質(zhì)心的作用，使地球的運(yùn)動(dòng)的離心力與太陽(yáng)引力（向心力）得到平衡，迫使地球及其它太陽(yáng)系行星遵循開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)三定律的奧秘之所在,以至于地球公轉(zhuǎn)至近日點(diǎn)時(shí)不為太陽(yáng)引力吸引而吞噬,而按部就班周而復(fù)始運(yùn)行至今。

地磁場(chǎng)、磁偏角、磁傾角、地磁場(chǎng)倒轉(zhuǎn)及地?zé)釤嵩?、地球自轉(zhuǎn)及公轉(zhuǎn)形成機(jī)理的研究

■楊益文

P318[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-10-238-1