解码地理：地磁极为何游荡不定？

作者简介：赵才欣上海市教委教学研究室顾问，著名教育专家、特级教师、原上海市教委教研室副主任，华东师范大学继续...

地学工作者与罗盘有着不解之缘，因为罗盘的指针顺着磁力线总是指向二个地磁极，用以定向，所以航行与地学野外工作都离不开罗盘。

但是，如果地磁极本身没有固定的位置，那么精确的定向也就成了一件麻烦的事了。事实真是这样，地磁极是游荡不定的。近年，它正在向西北“漂移”，而在不远的地质年代中，它更出现过百多次的极性倒转的现象。有人预测到公元4000年，地磁极又将倒转。地磁极为何会移动甚至倒转？多少年来，这个问题一直使许多地学研究者感到迷惑不解。

现在，磁极的游荡普遍被认为与地磁场的起源有关。根据测量，地球的基本磁场主要来源于地球本身。问题是，关于地磁场的起因，从1600年英国的吉伯提出“地球是一个巨大的磁石”开始，至今还未获得圆满的解决。1947年，地磁成因曾被美国地学权威亚当斯列为六大问题之一。在所有的地磁成因假说中，最早和最自然的猜测就是“永久磁石说”。当地核作为铁镍模型被提出以后，这种假说似乎极具生命力。但是如果真是如此，那么地磁场的历史，从强度到磁极理应是固定的。然而观测的结果不是这样。日本学者注意到，在近300年的仪器测量地磁的记录中，东京150年前的磁偏角与现在相差就达9度之多。尤其在居里发现磁石经加温到“居里点温度”时，原来的磁性将消失这一规律后，鉴于地核处于高温态，“永久磁石说”更彻底被否定了。

继而有人曾企图借助于带电地球的旋转、回转磁效应、温差电流以及感应电流等物理效应来解释地磁场的形成。但经过仔细计算后，发现其量值都远远不够大到实际的强度。在现成的物理定律中显然找不到令人满意的答案，新的探索不得不开始。

40年代末，英国著名物理学家布莱克特在研究地球及另外两个天体的基础上，提出了“巨大转体说”，指出“象地球这样的庞大物体若进行自转，势必会变成一个磁石。”并强调这是一个新发现的物理定律。这个假说也曾一度引起广泛的关注。布莱克特作为一个治学极为严谨的学者，还为之设计了一个惊人的精密磁力计用以投入实验。然而不幸得很，实验结果却只能否定设计者原来的假说。布莱克特本人最后也发表论文，声明放弃他原先的理论。

许多学说就是这样在产生后不久就又被否定了。现在唯一最有希望的学说就是“自激发电机说”。这个学说认为：地球不是永久磁石，而是电磁石，即由于内部有电流流动，而产生了周围的磁场。因为它可以从以下两个前提出发：地核是一个导电体又同时是流体；地核中原来存在着微弱的磁场。那么，地核物质与原弱磁场相互作用，引起一种“自激发电机”式的效应，产生的电流又反过来使弱磁场得到加强。由于内部相互作用又相互制约，最终形成目前的偶极磁场。

这个学说同时解释了这样一个地磁场长期变化的特性：全部地磁场的形态都在改变，尤其是在几个地点变化最大，而这些地点（又称为焦点）又不是固定的，在缓慢地向西移动。这是因为地球自转时，流体的地核比固体的地幔在速度上略有滞后所造成的。即地幔与地壳向东自转比地核要快些，焦点就相对西移。如果真是这样，由于地轴与磁轴不重合，磁极的游荡似乎也得到了一定的解释。另外，“自激发电机说”倡导者之一的帕克还解释了磁极倒转的机制：流体地核与大气一样受地转偏向力作用，而产生对流湍流运动。当湍流在南北纬25度之间普遍消失，则可引起磁极倒转。据某些科学家预测：目前湍流正在弱化，照此下去，磁极又会倒转。这被称为是一种非稳态的“发电机过程”。

“自激发电机说”给解开地磁极游荡之谜带来了希望。但是关于地核运动的能量来源尚未解决，磁极游移的解释也无法作关键性的实验或得到明确的观测资料。目前争论还是不少，学说还是未离开纸上谈兵式的“假说”阶段。

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