韋娟

地磁場(chǎng)是人類生命的保護(hù)傘，神秘而有趣。公元250年，人類就開始了探究，中國(guó)人發(fā)明了指南針，沈括發(fā)現(xiàn)了磁偏角。盡管人類對(duì)地磁場(chǎng)研究了幾千年，直到今天人類還沒(méi)有真正弄清地磁場(chǎng)的起源。目前人們認(rèn)為，地磁場(chǎng)產(chǎn)生的原因有永磁體理論，電荷旋轉(zhuǎn)理論，熱壓電效應(yīng)理論，溫差電效應(yīng)理論，自激發(fā)電機(jī)理論，范愛倫帶理論等。正是這些研究的深入，人們不斷地了解地球奧秘，探索未知的世界，地磁場(chǎng)和人類的生活聯(lián)系越來(lái)越多。

1 地磁場(chǎng)和導(dǎo)航

人們利用地磁場(chǎng)導(dǎo)航已經(jīng)有400年的歷史了，現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)鴿子、海鷗、蝙蝠和烏龜?shù)却罅縿?dòng)物都用地球磁場(chǎng)來(lái)導(dǎo)航。地球表面以及近地空間的地磁場(chǎng)在不同地區(qū)是不同的，這種不同性構(gòu)成了不同地區(qū)的一種典型特征。利用這種特征來(lái)確定載體所在的地理位置，就是地磁導(dǎo)航所依據(jù)的基本原理。地磁導(dǎo)航具有無(wú)源性，與其他有源制導(dǎo)和導(dǎo)航方式相比，地磁制導(dǎo)與導(dǎo)航在軍事領(lǐng)域有著無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。使用地磁制導(dǎo)的導(dǎo)彈抗干擾性能強(qiáng)，突防能力得到大大提升。近年來(lái)，地磁導(dǎo)航在工業(yè)部門、航空航天航海等諸多領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用，越來(lái)越成為學(xué)術(shù)界關(guān)注的對(duì)象。地磁導(dǎo)航在導(dǎo)航定位、地球物理武器、戰(zhàn)場(chǎng)電磁信息對(duì)抗等領(lǐng)域展現(xiàn)了巨大的軍事潛力。然而地磁場(chǎng)成因比較復(fù)雜，存在長(zhǎng)期變化和短期變化。所以只要建立適時(shí)的地磁數(shù)據(jù)庫(kù)，突破地磁異常問(wèn)題和載體磁場(chǎng)對(duì)地磁場(chǎng)測(cè)量值的干擾，運(yùn)用高效、實(shí)時(shí)地磁導(dǎo)航匹配算法，在高精度、快響應(yīng)速度、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的磁測(cè)量傳感器的測(cè)量下，就能實(shí)現(xiàn)運(yùn)用地磁場(chǎng)在全球?qū)Ш健?/p>

2 地磁場(chǎng)和地震

地磁場(chǎng)預(yù)測(cè)地震是建立在長(zhǎng)期觀測(cè)和綜合分析基礎(chǔ)上的。長(zhǎng)期觀測(cè)可以知道當(dāng)?shù)氐卮艌?chǎng)活動(dòng)的基本形態(tài)和變化規(guī)律，以及歷史記錄的地震發(fā)生之前的前兆特征。當(dāng)觀測(cè)到本地地磁場(chǎng)發(fā)生不同于以往的異常活動(dòng)，且活動(dòng)形態(tài)與歷史地震的前期征兆相似時(shí)，綜合其他前兆，考慮地震發(fā)生的可能性?？茖W(xué)家們觀察了一段時(shí)間的地磁場(chǎng)DST指數(shù)，發(fā)現(xiàn)地磁場(chǎng)DST指數(shù)與地震發(fā)生頻率有一定的關(guān)系。這里的DST指數(shù)是用來(lái)測(cè)量地磁場(chǎng)強(qiáng)度的。地震引起地磁場(chǎng)變化的原因有兩個(gè)：一是地震前巖石在地應(yīng)力作用下出現(xiàn)“壓磁效應(yīng)”，從而引起地磁場(chǎng)局部變化；二是地應(yīng)力使巖石被壓縮或拉伸，引起電阻率變化，使電磁場(chǎng)有相應(yīng)的局部變化，巖石溫度的改變也能使巖石電磁性質(zhì)改變?；谏鲜隼碛?，應(yīng)該可以利用電磁手段對(duì)地震進(jìn)行預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)。目前利用地磁預(yù)報(bào)地震的方法還在探索階段中。影響地磁變化的原因是多方面的，干擾因素也很多，比如，儀器附近放有鐵物質(zhì)或者觀測(cè)時(shí)帶有鐵磁性的東西靠近儀器，都會(huì)使磁針改變方向，發(fā)生變化。因此，當(dāng)觀測(cè)到地磁場(chǎng)異常時(shí)，首先要通過(guò)多種觀測(cè)資料加以對(duì)比分析，排除各種干擾因素，找出因地震的變化引起的異常反映。人類一定能在未來(lái)通過(guò)地磁場(chǎng)的變化準(zhǔn)確地預(yù)報(bào)地震。

3 地磁場(chǎng)和探礦

由于地磁場(chǎng)的存在，組成地殼的巖石有著不同的磁性，可以產(chǎn)生各不相同的磁場(chǎng)，它使地球磁場(chǎng)在局部地區(qū)發(fā)生變化，形成磁異常。利用儀器測(cè)定這些磁異常，研究它與地質(zhì)構(gòu)造的關(guān)系，根據(jù)磁異常特征做出關(guān)于地質(zhì)構(gòu)造及礦產(chǎn)分布的預(yù)測(cè)。磁力勘探所用的儀器就是磁力儀，它的靈敏度很高，只要約有相當(dāng)于普通小塊吸鐵石的千分之一到萬(wàn)分之一的磁性，就能被測(cè)量出來(lái)。飛機(jī)攜帶航空磁力儀，可在不同高度的飛行中測(cè)量地面磁力值的變化，大大提高了工作效率。磁力勘探包括地面磁測(cè)、航空磁測(cè)、海洋磁測(cè)和井中磁測(cè)等。據(jù)測(cè)算，地磁場(chǎng)的變化有一定的規(guī)律性。比如在我國(guó)境內(nèi)，每向北走1 km，地磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化約為一億分之幾特，而小范圍內(nèi)地磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁傾角幾乎沒(méi)有什么變化。但是，有時(shí)地磁場(chǎng)的變化非常明顯，有的地方會(huì)出現(xiàn)磁針?lè)闯，F(xiàn)象，磁針不再指向南北方向。在某些山區(qū)，磁針甚至變成直立狀態(tài)。這種電磁場(chǎng)的劇變稱作地磁異常。顯然，出現(xiàn)地磁異常的區(qū)域，地下一定蘊(yùn)藏著豐富的磁鐵礦。我們可以根據(jù)地磁異?，F(xiàn)象來(lái)探測(cè)磁鐵礦區(qū)。隨著人們對(duì)地磁場(chǎng)研究的深入，地磁探礦的應(yīng)用越來(lái)越廣。地質(zhì)學(xué)家們已能廣泛應(yīng)用地磁探礦來(lái)尋找鐵、鈷、鎳、金以及石油等地下資源了。

4 地磁場(chǎng)和考古

通過(guò)測(cè)定巖石和某些古物的天然剩余磁性，分析它們的磁化歷史，研究導(dǎo)致它們磁化的地磁場(chǎng)的特征是20世紀(jì)后半期新興的利用磁學(xué)的方法進(jìn)行考古斷代的技術(shù)和方法，后來(lái)形成了考古磁學(xué)這一學(xué)科。考古磁學(xué)主要用于研究古代遺址和古代文物的年代。還可以對(duì)古陶制造原料的來(lái)源、陶器燒結(jié)溫度，甚至對(duì)古代環(huán)境的研究提供資料。陶器等類器物在制作時(shí)含有少量的磁性礦物，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)，陶坯中原有的磁性會(huì)全部消失，然后在地磁場(chǎng)中緩慢冷卻下來(lái)時(shí)，陶器中的磁性物質(zhì)又會(huì)重新獲得一種與當(dāng)?shù)氐卮欧较蛞恢碌挠谰么判?。這種現(xiàn)象叫熱剩磁。熱剩磁的磁化強(qiáng)度與地球磁場(chǎng)強(qiáng)度成正比，它忠實(shí)地記錄了當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)氐牡卮艌?chǎng)。所以，只要知道地球磁場(chǎng)的強(qiáng)度、方向的變化規(guī)律，通過(guò)測(cè)量熱剩磁與磁性變化曲線相比較就可得出陶器的年代。地球本身是個(gè)大磁場(chǎng)，可南、北兩極并非永恒不變，而是不斷的在偏移，甚至每過(guò)幾十萬(wàn)年，就可能發(fā)生一次南北極倒轉(zhuǎn)，而地球上河流湖泊的形成、火山的噴發(fā)過(guò)程，都能記錄當(dāng)時(shí)地球的磁性狀態(tài)。通過(guò)這些研究，就可以測(cè)定出土的一些遺跡與遺物的年代。隨著時(shí)代的發(fā)展，通過(guò)地磁考古已經(jīng)成了考古專業(yè)一個(gè)不可缺少的重要方法。

5 地磁場(chǎng)和生命

遙遠(yuǎn)的太空到處都充斥著高能帶電粒子流，而地磁場(chǎng)阻擋著這些高能帶電粒子流。這些粒子是帶電的，當(dāng)他們進(jìn)入磁場(chǎng)的時(shí)候，會(huì)受到洛倫茲力的作用使粒子偏轉(zhuǎn)，而地磁場(chǎng)在兩極附近最強(qiáng)，赤道最弱。但是赤道處的地磁場(chǎng)幾乎是平行于地面的，射向地面的帶電粒子剛好被偏轉(zhuǎn)了，因此難以到達(dá)地面。實(shí)際上，有很多帶電粒子是沿著磁力線從赤道跑到兩極去了。到兩極時(shí)由于磁場(chǎng)變強(qiáng)，使得離子產(chǎn)生了加速度。這些運(yùn)動(dòng)的高能粒子撞擊高層大氣中的原子，它們與氧和氮的原子碰撞，擊走電子，使之成為激發(fā)態(tài)的離子。這些離子發(fā)射不同波長(zhǎng)的輻射，產(chǎn)生出紅、綠或藍(lán)等色的極光特征色彩，這就產(chǎn)生了極光。地球上生命的存在，依賴于地磁場(chǎng)形成的保護(hù)層。正是在這個(gè)保護(hù)層下，人類避免了這些高能粒子帶來(lái)的輻射，得以安然無(wú)恙地衍生繁殖。

地磁場(chǎng)的奧秘是無(wú)窮無(wú)盡的，直到今天人們還在孜孜不倦的研究著，期待能用地磁場(chǎng)發(fā)電；研究地磁場(chǎng)和人的生理磁場(chǎng)的關(guān)系，通過(guò)心磁圖和腦磁圖觀測(cè)，希望能用來(lái)改進(jìn)人的大腦，為人類服務(wù)。然而人類才建立了400年的地磁場(chǎng)數(shù)據(jù)，還有更多的規(guī)律期待人們?nèi)パ芯?，為什么今天的地磁?chǎng)在慢慢消失？為什么地磁的南北極每過(guò)一段時(shí)間要翻轉(zhuǎn)？如果真的有一天地磁場(chǎng)消失了，人類又何去何從？也許在不遠(yuǎn)的將來(lái)那一層層神秘的面紗就會(huì)掀開，事實(shí)全部展現(xiàn)在人們的面前。