馬千里

指南針是中國古代四大發(fā)明之一，它之所以能指明南北，是因?yàn)榈厍虼艌?chǎng)的存在。讓我們走進(jìn)地球磁場(chǎng)，探索它的奧秘吧！

地球磁場(chǎng)基本特征示意圖地磁南北極不是一成不變的；地球磁場(chǎng)從何而來現(xiàn)在尚無定論

地球磁場(chǎng)的存在不僅為人類指引方向，更是生靈繁衍的重要保障。雖然地球磁場(chǎng)的強(qiáng)度低至0.5～0.6高斯，即5×10-5～6×10-5特斯拉（T）（高斯與特斯拉都是描述磁場(chǎng)強(qiáng)度的單位），約等于多數(shù)家用電器1米范圍內(nèi)磁場(chǎng)強(qiáng)度的1%，但其足以使地球生物免受太陽風(fēng)（太陽發(fā)出的高速帶電粒子流）和宇宙未知射線的侵害。

另外，地球磁場(chǎng)作為地球外部的天然屏障，起到了保障大氣層穩(wěn)定的作用。若地球的磁場(chǎng)強(qiáng)度不足以維系大氣層的存在，那么極低的氣壓將會(huì)導(dǎo)致地球上液態(tài)水的逸散和蒸發(fā)，蕓蕓眾生將不復(fù)存在。

中國是對(duì)磁現(xiàn)象認(rèn)識(shí)最早的國家之一，先秦學(xué)術(shù)著作《管子》有“上有慈（通‘磁’）石者，下有銅金”的文字，這是關(guān)于磁現(xiàn)象的最早記載。

戰(zhàn)國時(shí)期發(fā)明的指南針，作為中國科學(xué)史上的璀璨明珠，代表著中國古人對(duì)地球磁場(chǎng)的應(yīng)用。

北宋科學(xué)家沈括不僅記錄了指南針的制作方法，并在其著作《夢(mèng)溪筆談》中寫道：“方家以磁石磨針鋒，則能指南，然常偏東，不全南也?！边@是對(duì)磁偏角的最早記載。

1492年，意大利探險(xiǎn)家哥倫布第一次航行美洲時(shí)才發(fā)現(xiàn)磁偏角，比沈括晚了約400年。

多數(shù)金屬礦產(chǎn)分布在地下深處，定位和開發(fā)需要進(jìn)行大量的鉆探工程。為了減少人力、物力的浪費(fèi)，找礦時(shí)要優(yōu)先圈定最有希望的區(qū)域，而這有賴于地球物理方法的幫助。

磁法勘探是地球物理勘探中最早應(yīng)用的方法，利用磁異常（類似磁鐵可以磁化鐵一樣，地球磁場(chǎng)可以磁化地殼內(nèi)不同的礦物和地質(zhì)體，形成磁異常）的原理可以指示地下不同巖石的分布。一般來說，不同的巖石具有不同的組成礦物，而不同礦物的磁性則取決于結(jié)晶程度和受地球基本磁場(chǎng)磁化的情況。通常，來自地球深部結(jié)晶的巖石，所含有的鐵、錳、鉻等元素的量越多，其具有的磁性越強(qiáng)。由此可見，磁法勘探對(duì)于找尋磁鐵礦、鉛鋅礦、銅和鎳等各種金屬礦產(chǎn)獨(dú)具威力。

早在17世紀(jì)，瑞典的礦工另辟蹊徑，用羅盤指示地下的磁鐵礦。在磁法勘探的后續(xù)發(fā)展歷程中，各類磁力儀應(yīng)運(yùn)而生，開始在更多種類的金屬礦產(chǎn)乃至油氣勘探中大顯身手。20世紀(jì)上半葉，中國開始在四川攀枝花等著名鐵礦區(qū)應(yīng)用磁法勘探，并在1949年后大規(guī)模普及。

值得一提的是，在上世紀(jì)50年代，科學(xué)家們開始將磁力儀遷移到飛機(jī)、鉆井、輪船和潛艇中，真正意義上做到了“上天、入地、下?！?，克服了地形因素，進(jìn)一步提升了探測(cè)的空間和效率。

磁法勘探結(jié)合重力和電法等不同的地球物理方法，是一種重要的油氣勘探思路。通過上述手段可以推測(cè)地下的地質(zhì)構(gòu)造特點(diǎn)，推測(cè)油氣盆地的基底起伏、斷裂和凹陷分布。在此基礎(chǔ)上劃分含油氣區(qū)的構(gòu)造單元，從而確定勘探的有利地帶。因此，地磁勘探被視為窺探地下寶貴礦產(chǎn)、油氣資源的重要窗口。

?可應(yīng)用磁法勘探的金屬礦產(chǎn)種類繁多

古地磁學(xué)是近30年來興起的地磁學(xué)的重要分支。它的原理在于：巖石在成巖過程中會(huì)被同時(shí)期的地球磁場(chǎng)磁化，形成方向一致的巖石原生剩磁。通過測(cè)量現(xiàn)今保存的巖石乃至古物（例如古陶器）原生剩磁，可以分析地質(zhì)歷史乃至人類文明史時(shí)期的古地球磁場(chǎng)方向、強(qiáng)度和演變規(guī)律。

磁法勘探的分支示意圖

古地磁學(xué)的建立，結(jié)合大洋地球物理探測(cè)的一系列成果，對(duì)于完善板塊構(gòu)造學(xué)說、回溯地球歷史有著劃時(shí)代的意義。

1912年，德國氣象學(xué)家魏格納提出了大陸漂移假說。遺憾的是，大陸漂移假說并未成為當(dāng)時(shí)學(xué)術(shù)界的主流觀點(diǎn)，也缺乏決定性證據(jù)的支持，在隨后的數(shù)十年中沉寂下來。在20世紀(jì)60年代，關(guān)于古地磁的一系列研究給該假說帶來了曙光。

首先是針對(duì)各大陸地質(zhì)歷史時(shí)期的古地磁研究表明，非洲、南美洲和澳大利亞等大陸在數(shù)億年前是緊密相連的，它們?cè)谠摃r(shí)期形成的巖石記錄具有一致的磁極移動(dòng)方向。

其次，隨著科技的進(jìn)步，人們開始探索海洋世界。1960年，美國海洋地質(zhì)學(xué)家赫斯提出了海底擴(kuò)張假說——認(rèn)為有一種對(duì)流運(yùn)動(dòng)迫使地球深部的物質(zhì)自大洋中脊軸部涌出，并向外推移，越過海底，最后消失在大陸邊緣的海溝中。

對(duì)大洋地形的地球物理勘測(cè)結(jié)果顯示，洋底存在一系列的磁異常條帶。這些條帶沿著具有頻繁巖漿活動(dòng)的山嶺（大洋中脊）平行對(duì)稱分布，而且磁性正負(fù)相間。這一現(xiàn)象不僅反映了地球曾在過去的數(shù)千萬年間發(fā)生過多次磁場(chǎng)倒轉(zhuǎn)，而且成為海底擴(kuò)張假說強(qiáng)有力的支撐。

上述的一系列研究有力地支持了大陸漂移假說，并在后期成為了板塊構(gòu)造理論的基石。

地球在過去的數(shù)億年間經(jīng)歷“滄海桑田”的變遷

洋底磁異常條帶分布和演化示意

（責(zé)任編輯 / 張麗靜 美術(shù)編輯 / 周游）