地磁場

基本概述

地磁場包括基本磁場和變化磁場兩個部分?；敬艌鍪堑卮艌龅闹饕糠?，起源于固體地球內(nèi)部，比較穩(wěn)定，屬于靜磁場部分。變化磁場包括地磁場的各種短期變化，主要起源于固體地球外部，相對比較微弱。地球變化磁場可分為平靜變化和干擾變化兩大類型。

行軍、航海利用地磁場對指南針的作用來定向。人們還可以根據(jù)地磁場在地面上分布的特征尋找礦藏。地磁場的變化能影響無線電波的傳播。當?shù)卮艌鍪艿教柡谧踊顒佣l(fā)生強烈擾動時，遠距離通訊將受到嚴重影響，甚至中斷。假如沒有地磁場，從太陽發(fā)出的強大的帶電粒子流（通常叫太陽風），就不會受到地磁場的作用發(fā)生偏轉(zhuǎn)，而是直射地球。在這種高能粒子的轟擊下，地球的大氣成份可能不是現(xiàn)在的樣子，生命將無法存在。所以地磁場這頂“保護傘”對我們來說至關重要。

地磁場強度大約是0.5-~0.6高斯，也就是5~6*E-5特斯拉（50~60μT）。

發(fā)現(xiàn)

中國宋代科學家沈括（1034~1094）在公元1086年寫的《夢溪筆談》中，最早記載了地磁偏角“方家（術士）以磁石磨針鋒，則能指南，然常微偏東，不全南也”。沈括是歷史上第一個從理論高度來研究磁偏現(xiàn)象的人。提出較系統(tǒng)的原始理論的是英國人吉爾伯特。他在1600年著的《磁體》一書中，把當時許多有關磁體性質(zhì)的事實都記了下來，同時創(chuàng)造性地作了劃時代的實驗，把一塊天然磁石磨制成一個大磁球，用小鐵絲制的小磁針裝在樞軸上，放到該磁球附近，在這磁球面上發(fā)現(xiàn)小磁針的各種行為與我們在地球上看到指南針的行為完全一樣。吉爾伯特用石筆把小磁針排列的指向標出一條條線，畫成許多子午圈，與地球經(jīng)線相像，也有一條赤道，小磁針在赤道上則平行于球面。因此吉爾伯特提出了一個理論，認為地球本身就是一塊巨大的磁石，磁子午線匯交于地球兩個相反的端點即磁極上。

地磁場的起源

地球存在磁場的原因還不為人所知，普遍認為是由地核內(nèi)液態(tài)鐵的流動引起的。最具代表性的假說是“發(fā)電機理論”。1945年，美國物理學家埃爾薩塞根據(jù)磁流體發(fā)電機的原理，認為當液態(tài)的外地核在最初的微弱磁場中運動，像磁流體發(fā)電機一樣產(chǎn)生電流，電流的磁場又使原來的弱磁場增強，這樣外地核物質(zhì)與磁場相互作用，使原來的弱磁場不斷加強。由于摩擦生熱的消耗，磁場增加到一定程度就穩(wěn)定下來，形成了現(xiàn)在的地磁場。

還有一種假說認為

鐵磁質(zhì)在770℃（居里溫度）的高溫中磁性會完全消失。在地層深處的高溫狀態(tài)下，鐵會達到并超過自身的熔點呈現(xiàn)液態(tài)，決不會形成地球磁場。而應用“磁現(xiàn)象的電本質(zhì)”來做解釋，認為按照物理學研究的結(jié)果，高溫、高壓中的物質(zhì)，其原子的核外電子會被加速而向外逃逸。所以，地核在6000K的高溫和360萬個大氣壓的環(huán)境中會有大量的電子逃逸出來，地幔間會形成負電層。按照麥克斯韋的電磁理論，電動生磁，磁動生電。所以，要形成地球南北極式的磁場，必然需要形成旋轉(zhuǎn)的電場，而地球自轉(zhuǎn)必然會造成地幔負電層旋轉(zhuǎn)，即旋轉(zhuǎn)的負電場，磁場由此而生。

地磁場起源 origin of the main geomagnetic field。

地球物理學的基本問題之一。自1600年英國的吉伯（W.Gilbert）提出“地球是一個巨大的磁石”開始，有關地磁場起源的推測已有近400年的歷史，但至今仍未獲得圓滿解決。

簡史 地磁場的主要部分猶如一個近似沿自轉(zhuǎn)軸方向均勻磁化的球體的磁場。因此“永久磁石說”就成為地磁場成因最早和最自然的猜測。當?shù)厍蛭锢韺W家提出地核可能是由鐵、鎳等強磁性物質(zhì)組成的時候，這種猜測似乎得到了支持。然而地球內(nèi)部的溫度遠超過鐵的居里點（見巖石磁性），所以這個假說不能成立。繼而有人曾企圖借助于帶電地球的旋轉(zhuǎn)、回轉(zhuǎn)磁效應、溫差電流以及感應電流等物理效應來解釋地磁場，但其量值都遠遠不夠大。例如根據(jù)回轉(zhuǎn)磁效應，地球由于自轉(zhuǎn)獲得的磁化強度約為10~10電磁單位，比與地磁場相當?shù)木鶆虼呕蝮w的磁化強度7.2×10-2約小 9個數(shù)量級。鑒于從已有的物理規(guī)律找不到答案，有人開始探索新的規(guī)律。1947年英國物理學家布萊克特（P.M.S.Blackett）發(fā)現(xiàn)，當時測定的太陽、室女星座78號星和地球 3個天體的磁矩M和角動量P滿足關系，其中G為萬有引力常數(shù)，c為光速，β為比例常數(shù)，約為0.25。布萊克特把這個關系設想為物理學的一個新定律，作為地磁場起源的解釋，稱為“巨大轉(zhuǎn)體說”。由于有 3個天體的支持，這個假說曾一度引起廣泛的關注。為證實這一結(jié)果，布萊克特專門設計了一種測弱磁場的高靈敏度儀器，但實驗結(jié)果是否定的，所以布萊克特本人聲明放棄他的假說。2

自激發(fā)電機說

與上述各種推測同時出現(xiàn)的是“自激發(fā)電機說”。1919年拉莫爾（J.Larmor）首先提出了旋轉(zhuǎn)的導電流體維持自激發(fā)電機的可能性，這是關于地磁場起源的自激發(fā)電機說的最早概念。而較為系統(tǒng)的論述，則是40年代末和50年代初由埃爾薩塞 (W.M.Elsasser）、帕克(E.N.Parker）和布拉德(E.C.Bullard）等人完成的，稱為埃爾薩塞－帕克模型和布拉德過程。隨著大型計算機的應用，使更復雜的磁流體動力學的計算成為現(xiàn)實。60年代后期發(fā)現(xiàn)，布拉德過程是不穩(wěn)定的。這使得曾被認為極有希望的“自激發(fā)電機說”陷入了危機。直到1970年，利利（F.E.M.Lilley）修正了布拉德過程的運動模式，才使得穩(wěn)定的“自激發(fā)電機說”再度有了可能。60年代古地磁學的數(shù)據(jù)肯定了地磁場在漫長的地質(zhì)時期經(jīng)歷了多次倒轉(zhuǎn)的事實，地磁場極性的正向與反向的歷史并沒有顯示出哪種極性更具有特殊性。這是除“自激發(fā)電機說”以外，其他關于地磁成因的假說所難以解釋的。地球具有磁場在天體中并不特殊，太陽系九大行星中至少有木星、水星具有與地球磁場相類似的內(nèi)源磁場。太陽和許多恒星也具有磁場。60～70年代帕克的研究說明，地磁場起源的模式可能對其他天體也適用。據(jù)此，人們現(xiàn)在認為“自激發(fā)電機說”是解釋地磁成因的最有希望的理論。

原理 地核內(nèi)磁流體動力學的研究思路是導電流體和磁場的相互作用如何改變原始的磁場和運動狀態(tài)，這是“自激發(fā)電機說”的基礎。

導電流體與磁場

在數(shù)學上也就是電磁場方程與流體運動方程的耦合。在磁場中運動的導電流體，根據(jù)法拉第電磁感應定律，將在隨流體運動的回路里產(chǎn)生感應電動勢。若導體是電導率為無窮大的理想導體，感應電流將為無窮大，這顯然是不可能的。如果任意運動回路中的磁通量不變，磁力線必然隨流體一起運動，猶如磁力線與流體牢固地粘在一起。這個現(xiàn)象稱為磁場的“凍結(jié)”效應，即磁場與流體完全凍結(jié)起來。這時磁場所滿足的方程稱為“凍結(jié)方程”。當流體的電導率為有限時，除不斷有焦耳熱損耗外，磁場還將不斷由強的區(qū)域向弱的區(qū)域擴散。因此在一般情況下，導電流體中的磁場既受凍結(jié)效應的控制，又將不斷擴散。這時滿足的方程稱為“擴散凍結(jié)方程”。凍結(jié)和擴散兩種效應，除與電導率（λ）有關外，還與流體的速度（v）和尺度 （電磁流體力學中，定義無量綱常數(shù)為磁粘滯系數(shù)。RM>>1時，流體中凍結(jié)效應將是主要的；RM<<1時，擴散現(xiàn)象將占優(yōu)勢。

由于磁場的存在，流體運動方程中除原有的作用力外，還將增加電磁力。運動和磁場方程相互耦合的媒介就是電磁力。

導電流體在磁場中運動，將產(chǎn)生感應電流，從而改變原有磁場。如果運動適當，有可能維持某種穩(wěn)定的磁場。這個過程如同通常的發(fā)電機，導電流體相當于發(fā)電機的線圈，因此把維持磁場的這種假說稱為“發(fā)電機說”。當然除這種簡單的相似外，兩者的過程是完全不同的。在磁流體過程中，由于運動和磁場的耦合,電磁方程和流體運動方程都將成為非線性方程。至今求解這樣復雜的非線性方程組仍然是困難的。為此通常把運動和磁場的耦合作為微擾處理，分別求解運動方程和電磁方程。這時兩個方程仍為線性方程，相應于方程的“發(fā)電機”則稱為“線性發(fā)電機”。34

壽命影響

若地核中產(chǎn)生的地磁場被激發(fā)后自由衰減，其衰減壽命約為104年。但古地磁學中已經(jīng)測到的最老的磁性巖石年齡接近109年，這說明地磁場的壽命遠遠超出它的自由衰減壽命。為維持這樣長壽命的地磁場，必須不斷提供能量以補償焦耳熱損耗。地核中的能量來源，以及提供的能量維持怎樣的運動才能獲得長時間穩(wěn)定的地磁場，是發(fā)電機說要回答的兩個基本問題。

地核的電導率是地球內(nèi)部電導率最高的，約為 3×10-6電磁單位。地磁非偶極場成分的西向漂移表明，非偶極場源有相對于地幔的運動，其速度量級為20公里每年。這要比被地質(zhì)現(xiàn)象所證實的固體地殼的運動高 5個量級，因此從焦耳熱損耗和運動量級考慮，液體地核是地磁發(fā)電機最有利的場所。

發(fā)電機的能量圖像 根據(jù)液核中磁流體動力學原理可知，發(fā)電機的能量轉(zhuǎn)換過程是運動能與磁能的轉(zhuǎn)換，其轉(zhuǎn)換媒介是電磁力。運動反抗這種電磁力做功將對系統(tǒng)提供能量，其中一部分用來補償焦耳熱損耗，剩余的用來增加系統(tǒng)的磁場能量和向核外輸送電磁能從而改變核內(nèi)與核外的磁場。

這一過程可以用方程表示 ：

方程式右端為電磁力，其中j 為電流密度； （對整個液核積分）代表運動（V）反抗電磁力做功；WH為液核中的總磁能；Jσ為液核中的焦耳熱損耗率；FE為單位時間內(nèi)通過液核表面向外輸送的電磁能。對于穩(wěn)定發(fā)電機，核內(nèi)和核外磁場不隨時間變化，方程變?yōu)椋篔σ=AH

即運動反抗電磁力做功所提供的能量全部用來補償焦耳熱損耗。

運動能量提供的方式與作用力有關。產(chǎn)生運動的力除電磁力外，主要是重力與流體靜壓力，液核內(nèi)力學能量的轉(zhuǎn)換方程為：，

其中為液核總動能的減少率；FP為流體靜壓力通過液核表面向核內(nèi)的能量輸送率，重力做功在核內(nèi)和表面上都將產(chǎn)生位能的釋放；FG是在液核表面上由于質(zhì)量交換所產(chǎn)生的位能釋放率，例如地幔物質(zhì)由于重力分異落入地核產(chǎn)生的能量交換即屬此類；Gτ是由于沿著介質(zhì)運動方向密度不均勻性產(chǎn)生的位能釋放，熱對流即屬此類。發(fā)電機過程中流體運動反抗電磁力做功，或者以系統(tǒng)的動能減少為代價，或者由重力位能的釋放和表面流體靜壓力做功來提供，當然也可以是幾種因素的綜合效果。當系統(tǒng)穩(wěn)定時， FP+FG+Gτ=AH=Jσ

這時重力位能的釋放與流體靜力做功全部用來補償焦耳熱損耗。

非穩(wěn)定狀態(tài)下的能量轉(zhuǎn)換方程則是

由地核內(nèi)磁場的總能量（WH）和磁場的自由衰減時間，可以估計液核中焦耳熱損耗 （能量提供率。5

能量來源

早期埃爾薩塞和布拉德都假定，長壽命放射性元素所維持的熱對流是發(fā)電機能量的提供者。由Gτ可以估計，要提供1017爾格/秒的能量，則地核中單位質(zhì)量的生熱率需高達 100爾格/（克·秒）。而由地面總熱流計算地殼中放射性元素的生熱率僅有10-3～10-1爾格/（克·秒），兩者相差幾個量級，顯然是不合理的。有人主張內(nèi)核是由液態(tài)核凝固而成，這個過程至今還在繼續(xù)，它所放出的潛熱將維持熱核的熱對流，這同樣會遇到量級上的困難。1968年馬爾庫斯（W.V.R.Malkus）由實驗證實，在地球的進動過程中由于地幔與地核動力扁度的差異（見地球自轉(zhuǎn)），兩者將有不同的進動角速度，前者快于后者。由于地球是一個扁球體，地幔將迫使地核有相同運動的趨勢，這時地幔通過FP對地核提供能量，可以維持地磁發(fā)電機。近年也有人對此提出異議，認為其量級遠遠不夠。還有人主張若地球深部的化學分異和重力分異仍在進行，則重力位能的釋放（Gτ，F(xiàn)G）將提供能量?？梢?，地核中的各種可能的能量來源，無不涉及地球演化與地球內(nèi)部的物理狀態(tài)等地球物理基本問題，在目前要得到滿意的解答是困難的。

維持地磁場的物理模式

不管地核內(nèi)的動力來源如何，只要液核內(nèi)存在徑向運動，由于處于深層的物質(zhì)具有較小的角動量，內(nèi)外層物質(zhì)交換的結(jié)果，角動量守恒將使得外層轉(zhuǎn)動角速度變慢而內(nèi)層變快。從與地球一起轉(zhuǎn)動的坐標系看，徑向運動受到科里奧利力的作用。這個力矩在自轉(zhuǎn)軸方向的分量是使內(nèi)層和外層轉(zhuǎn)動速度發(fā)生變化的動力。為考察沿徑向的角速度差異的磁流體力學效應，將連續(xù)分布的角速度差異簡化為具有不同角速度的A和B兩層，外層A角速度為ωA，內(nèi)層B角速度為ωB。設ωB>；ωA，這稱為剛體液核模型。設液核中有原始的微弱磁場?？紤]到星際磁場彌漫于整個星際空間，這種原始磁場的存在是有可能的。由于磁場的凍結(jié)效應，磁力線將隨地核一起運動。如圖1所示，原始磁場的磁力線將由于A、B兩層的差速轉(zhuǎn)動而被拉伸，形成沿繞緯圈方向的磁場。圖1a為相對運動從開始經(jīng)過半周[[Image:]]到一周[[Image: ]]時磁力線被拉伸的過程。自然，隨著磁力線的伸長，磁力線反抗這種拉伸的張力也不斷增加。這種過程一再反復，直到磁力線張力所產(chǎn)生的恢復力矩與由于對流所產(chǎn)生的機械力矩（科里奧利力）相對平衡時，磁場成為如圖1b所示的形態(tài)，相對角速度也將維持一個穩(wěn)定的常數(shù)。液核內(nèi)形成如圖1b所示的磁場沒有徑向分量，磁力線完全位于同一個球面上，這種場稱為環(huán)型場。圖1b所示的環(huán)型場在南北半球方向相反。由上述兩個力矩的平衡可估計這種環(huán)型場的量級?？紤]到磁場的凍結(jié)效應，傳統(tǒng)看法都認為核內(nèi)將有很強的環(huán)型場，布拉德計算得到的環(huán)型場可高達500高斯。最近也有人對這種高強度的環(huán)型場的存在提出異議。由于環(huán)型場沒有徑向分量，不管它強度多大，對于我們感興趣的徑向分量很強的核外偶極場都不會有所貢獻。上述過程對外沒有電磁能的輸送。以上僅考慮了與徑向運動相應的差速轉(zhuǎn)動所產(chǎn)生的磁效應，而沒有考慮徑向運動本身的磁效應。與差速轉(zhuǎn)動相似，由于凍結(jié)效應，徑向運動與環(huán)型場相互作用又將環(huán)型場拖起或拉彎，形成如圖2所示的磁力線環(huán)。上述科里奧利力V=2r×（V×w），除有沿地球轉(zhuǎn)軸方向的力矩外（使得液核角速度改變），還將有同轉(zhuǎn)軸方向垂直的分量，這個力矩將把磁力線環(huán)從緯度方向（圖1）扭轉(zhuǎn)到子午面內(nèi)。對向上、向下的運動，所受力矩方向相反；同樣在南半球與北半球，這個力矩方向也相反。因此盡管對應于上、下運動的磁力線環(huán)方向相反，南北半球的線環(huán)方向也不同，但在這一力矩的作用下，子午面內(nèi)的磁環(huán)將是同序的逆時針方向（圖3）。與環(huán)型場不同，被扭曲的磁場已經(jīng)有了與初始微弱磁場同向的分量，這樣的元過程遍布液核各處，統(tǒng)計結(jié)果，有可能加強原始微弱磁場。上述過程稱為埃爾薩塞－帕克模型。除這個模型外，還有著名的布拉德-格爾曼-利利過程，它與埃爾薩塞模型有相似的物理圖像。無論是埃爾薩塞或布拉德模型都可通過求解線性磁流體力學方程，從數(shù)學理論上證明穩(wěn)定發(fā)電機的存在。由此可知，即使是大大地簡化了的物理圖像，也涉及到地核中很復雜的過程。一般發(fā)電機過程將涉及地核中更為復雜的湍流運動，因此有人稱它為“湍流發(fā)電機”。

地磁場的倒轉(zhuǎn)

屬于非穩(wěn)態(tài)發(fā)電機的內(nèi)容，至今還沒有如上述穩(wěn)態(tài)發(fā)電機那樣全過程的描述。若液核中的對流渦旋運動受到擾動將有可能使磁場極性反轉(zhuǎn)。例如帕克曾證明，若液核中南北緯度25°之間的渦旋運動普遍消失，則地磁場將倒轉(zhuǎn)。也有人主張地磁場倒轉(zhuǎn)是非線性發(fā)電機過程的固有性質(zhì)，即磁場和運動相互耦合，到一定程度線性發(fā)電機不再維持，非線性作用將有可能使地磁場倒轉(zhuǎn)。

無論穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)發(fā)電機過程學說，目前都很不完善。關于地磁場起源問題仍處于研究階段

磁場生物

磁場強度

像海龜、鯨魚、候鳥等眾多遷徙動物均能走南闖北，每年可旅行幾千公里，中途往往還要經(jīng)過汪洋大海，但是還能測定精確的位置。科學家們發(fā)現(xiàn)，海龜能通過地球磁場和太陽及其他星體的位置來辨別方向。但對于遷徙中的海龜來說，僅有“方向感”是不夠的，它們可能還有一張“地圖”，用于明確自己的地理位置，最終到達某個特定的目的地。美國北卡羅來納大學查珀爾希爾分校的肯洛曼研究小組發(fā)現(xiàn)，綠海龜對不同地理位置間的地磁場強度、方向的差別十分“敏感”，它們能通過地磁場為自己繪制一張地圖。6

地理子午線

信鴿能在遙遠的地方飛回而不迷失方向，也是由于地磁的幫助

地磁場的強弱叫地磁感（應）強度，地磁場的磁子午線與地理子午線間的夾角叫磁偏角，地球上某處地磁場方向與地面水平方向間的夾角叫磁傾角，這三個物理量稱為“地磁三要素”。但是從地球的一個地方到鄰近的另一個地方，地磁要素的變化一般都十分微小。

地磁場圖記錄了地球表面各點的地磁場的基本數(shù)據(jù)和它們的變化規(guī)律，它是航海、航空、軍事以及地質(zhì)工作不可缺少的工具。船舶和飛機航行時，用磁羅盤測得的是地磁方位角，因此只有知道了當時當?shù)氐拇牌菙?shù)值，才能確定地理方位和航行路線。

磁暴

一般來說，地磁要素的變化是很小的，但是跟太陽活動有密切聯(lián)系的磁暴現(xiàn)象，卻發(fā)生得十分突然。這是因為太陽黑子活動劇烈的時候，放出的能量相當于幾十萬顆氫彈爆炸的威力，同時噴射出大量帶電粒子。這些帶電粒子射到地球上形成的強大磁場迭加到地磁場上，使正常情況下的地磁要素發(fā)生急劇變化，引起“磁暴”。發(fā)生磁暴時，地球上會發(fā)生許多奇異的現(xiàn)象。在漆黑的北極上空會出現(xiàn)美麗的極光。指南針會搖擺不定，無線電短波廣播突然中斷，依靠地磁場“導航”的鴿子也會迷失方向，四處亂飛。地磁場能阻擋宇宙射線和來自太陽的高能帶電粒子，是生物體免遭危害的天然保護傘。

所以這個“超巨”的地磁場，對地球形成了一個“保護盾”，減少了來自太空的宇宙射線的侵襲，地球上生物才得以生存滋長。如果沒有了這個保護盾，外來的宇宙射線，會將最初出現(xiàn)在地球上的生命幼苗全部殺死，根本無法在地球上滋生。7

地下資源

地球上某些地區(qū)的巖石和礦物具有磁性，地磁場在這些埋藏礦物的區(qū)域會發(fā)生劇變，利用這種地磁異?？商綔y礦藏，尋找鐵、鎳、鉻、金以及石油等地下資源。

在發(fā)生強烈地震之前，地磁的三要素也都會發(fā)生改變，造成地磁局部異常的“震磁效應”。這是由于地殼中的巖石，有許多是具有磁性的，當這些巖石受力變形時，它們的磁性也要跟著變化，從而可以較正確地作出“震前預報”。

多次翻轉(zhuǎn)

小指南針

科學家們通過對海底熔巖的研究發(fā)現(xiàn)，地球的磁場曾經(jīng)發(fā)生過多次翻轉(zhuǎn)。眾所周知，熾熱的巖漿中含有數(shù)以萬計的礦物質(zhì)，就好像一個個“小指南針”。當巖漿冷卻下來后，這些“指南針”也被固定住不再發(fā)生變化。這樣，其“南北極”的指向就記錄了當時地球磁場的方向。研究表明，地球磁場平均每50萬年翻轉(zhuǎn)一次，而最近一次的翻轉(zhuǎn)發(fā)生在78萬年前。由于一百多年來磁場不斷減弱，人們不禁擔心，地球磁場的又一次“大變臉”是否即將來臨？

熔融體

科學家指出，存在于地核周圍的鐵流體（熔融體）好像一部“發(fā)動機”，不停地將巨大的機械能轉(zhuǎn)化成為電磁能，從而形成了地磁場。而鐵流體有時會形成巨大的漩渦，迫使自己的流向發(fā)生變化，這就引起了地球磁場的改變。地磁場的兩極倒轉(zhuǎn)是一個極其漫長的過程，大約需要5000到7000年才能完成。本來，這不是什么可怕的事，但是，在此過程中，保護人類免受強烈電離輻射的地球磁場將會完全消失，這就將造成極其嚴重的后果。

磁極變換

對于人類和所有生物來說，地磁變換是災難性的。地磁消失后，宇宙中的各種射線都會直達地表，地球上生活的生物將失去“保護傘”，受到強烈輻射的傷害。還有科學家認為，地磁場改變導致染色體畸變，會使動植物發(fā)生變異生長，還會使一些被壓制的地殼運動提前。因此，地球磁極的變換是人類面臨的最大的威脅。地磁真的會消失嗎？

地球磁場真的需要逆轉(zhuǎn)嗎？不！

地電學

我們腳下的大地有電流在流動，這一現(xiàn)象是不爭的事實。因為我們知道，在太陽風強烈時大地里的電流可以燒壞供電設備和各類的通信設備，有時甚至可以燒毀輸油管道。地學類的本科大學生所學的《地球物理學基礎》里也有“地電學”這門學科的分支。

有人說：大地里的電流我們既看不見，也無法測量。所以我們很難對它們進行探討。可是我們從現(xiàn)代學科的《電磁學》里知道：“流動的電流會產(chǎn)生磁場，變動的磁場會生出電流?！币来?，我們可以認定：大地電流在地面以上的表現(xiàn)就是地球磁場。由于地球磁場是已知的，我們可以假設一些邊界條件；這樣就能進行理論試算得到：大地電流的大致狀況。電場、磁場相輔相成，在地球上的也不例外。

以上所說，大地電流地磁場說應該就是地球磁場的成因。有人會問，地球磁場理論，近代科學界普遍認為是：地核相對自轉(zhuǎn)發(fā)電機理論。實際上地核發(fā)電機磁場理論是一個非常不切實際的想法。有現(xiàn)代科學知識的人應該知道：在無外界干擾的獨自自轉(zhuǎn)的行星級天體，無論你怎樣設計它的結(jié)構(gòu)，它是不可能發(fā)出電來而形成廣大磁場的，因為它本身不具有能量來源。

磁傾角的上翹

上個世紀初，人們意識到：各類巖石的剩余磁性記載著當時形成巖石時的磁場特性。在半個多世紀里，人們測遍了所有的能找得到的各種石頭。測量的結(jié)果令人震驚：大多數(shù)巖石的剩余磁場方向和當?shù)卮艌龇较蛘孟喾?，而且反向剩磁的磁傾角不再是下垂，它變成為上翹（緯度越高上翹的值越大）。為了解釋巖石剩余磁場的反向，1928年，日本的松山基范說：是當時的地球磁場翻轉(zhuǎn)了。因為沒有人能提出更好的解釋，地磁場翻轉(zhuǎn)說就成為學界的當然解釋。反向剩磁磁傾角的上翹的現(xiàn)象至今卻沒有人能夠給出解釋，而且地學界甚至都不敢提及。

依據(jù)地磁場的形態(tài)，大地電流應該是一個在地殼中沿緯度方向流動的，很薄的地球?qū)芋w。它在赤道附近的電流最大，在兩極處的電流很小。該電流層并不是固定在地殼某位置上不變的，地球的演化使電流層在地殼中上下波動。地球演變中，在地電流層之上冷卻的巖石是正向剩磁，磁傾角向下。在地電流層以下形成的巖石，它獲得的剩磁就是反向磁性，磁傾角上翹。在大地電流層中間形成的巖石無剩磁。用大地電流層解釋巖石剩磁反向，其可以和實際情況符合的很好。這種解釋應該就是實際發(fā)生的情況。地磁場在地球的演化過程中，不需要翻轉(zhuǎn)，也沒有翻轉(zhuǎn)機制和其他生物學表現(xiàn)。

太陽黑子

曾經(jīng)的瑪雅人預言2012年人類或許有大的變故。正好依據(jù)太陽的活動周期2012年也是太陽黑子活動高峰年。先是俄羅斯科學家，然后是印度的和其他國家的科學家認為，地球磁場正在減弱的過程當中，如果地球磁場要翻轉(zhuǎn)，那么就要翻轉(zhuǎn)了。如此，人類和地球生物將面臨巨大的災難。中國科學家則認為，說這些話的人都是業(yè)余科學家，其結(jié)論的可信度不高。

試驗方法

關于地球磁場近年來為何在減弱，大地電流的能量來源等問題，我在《地球磁場》一書中有著詳細地討論。希望大家有興趣。該書由中國新聞聯(lián)合出版社出版，簡介如下：令人驚奇的司南現(xiàn)象，讓人心驚膽戰(zhàn)的電閃雷鳴，使人無法理解的厄爾尼諾現(xiàn)象，還有神奇的百慕大三角海區(qū)失蹤事件。它們都曾經(jīng)給人以無窮的遐想。實際上它們都是磁場作用在地球表面而產(chǎn)生的自然現(xiàn)象。書中給出這些自然現(xiàn)象的理論解釋及其試驗方法。

地磁人體

對人體神經(jīng)系統(tǒng)的影響：在磁場的作用下，刺激分泌物的合成與釋放增加，一些研究表明，低磁場往往使動物的活性增加，興奮性增高；而較強的磁場常常使生物體的活動減少，興奮性降低，呈現(xiàn)抑制反應。此外，磁場對植物神經(jīng)亦有作用，對于心跳、血壓、呼吸有一定的影響。

對細胞膜結(jié)構(gòu)及特性的作用：Grandolfo等在研究后提出磁場可以影響細胞靜態(tài)及動態(tài)膜特性；另一方面，低頻磁場在影響細胞膜基本結(jié)構(gòu)的同時，還能通過增加脂質(zhì)的擴散率，進而影響細胞膜的通透性；

促進骨質(zhì)增長：磁場作用能夠促進成骨細胞的增值，一定強度的靜磁場作用能使成骨細胞中的鈣離子濃度增加，而且一定強度的靜磁場作用能夠促進成骨細胞的增值和分化，其可能的原因是在靜磁場作用下，細胞膜鈣離子通道開啟，胞外大量鈣離子進入胞內(nèi)或可能是胞內(nèi)“鈣庫”大量釋放的結(jié)果