地球磁场的极性倒转

Question

如题所述

Answer 1

极性倒转是时间尺度更大的一种长期变化。所谓极性倒转是指磁北极和磁南极的方向发生180°的改变。地磁场的倒转对研究地史期间的含磁性物质的地质体形成、演化和构造运动＋分重要，通过大量的岩石磁性测量和岩石年龄测定，建立起地磁极性倒转——地磁年表。这一地磁年表可用以进行岩石与地层时代对比，为磁性地层学的基础。

根据岩石磁性测量，做出近450Ma以来地磁场方向及其相应的地质年龄（Cox，1969；Opdyke，1972），即地磁极性年表（图719）。

图7-19 地磁极性年表

可将磁极性期划分为：

（1）自现今至0.69Ma期间称为第一（正）磁极期，又称布容（Brunches）正常时。

（2）0.69～2.43Ma为第二（反）磁极性期，又称松山（Matuyama）倒转时。

（3）2.43～3.32Ma为第三（正）磁极性期，又称高斯（Gauss）正常时。

（4）3.32～5.10Ma为第四（反）磁极性期，又称吉尔卡特（Gilkert）倒转时。

（5）5～10Ma以前为包括第五（正）磁极性期在内的多期极性期。

在第（1）、（3）三极性期，正常方向的地磁场是主要的；而第（2）、（4）极性期中以反向地磁场为主。在每一个磁极期间中又有更短周期的（10⁴～10⁵a）磁极性变异，称其为亚期，如图7-19中第一磁极性期中的拉尚（Lashamp）磁变期可能不是真正的地磁场倒转，因为并非所有地磁要素均倒转。

在新生代早期与白垩纪、侏罗纪也都发现类似的磁极反转现象，并建立了相应的地磁极性年表。图7-20为依据三种不同时间尺度及海洋磁异常所得白垩纪和侏罗纪的地磁年表。在地质年代中存在两个明显的平静期，即白垩纪（81～110Ma）和石炭- 二叠纪（205～220Ma），前者为正磁场，后者为负磁场。

对地磁场极性反转过程的认识，目前尚有分歧。但有充分的观测资料证明，不同时期地磁场极性倒转时间间隔平均2×10⁵～3×10⁵a，变化范围在3×10⁴～3×10⁷a之间。磁场方向的改变时间大约为1×10⁴a；地磁场倒转的突变期，磁场强度减弱约1/10。关于地质历史时期磁极倒转的详细过程与机制，还有待于更详细、更高分辨率地层岩石磁学的研究及资料的积累。

图7-20 根据海洋地磁异常所得白垩纪和侏罗纪的地磁年表

Answer 2

科学家们花了400年时间寻求答案，然后发现地球居然是个大型发电机。以及，如果地磁场南北极倒转，会引发怎样的后果？

Answer 3

岩石剩磁场方向为什么都倒转
王金甲先生在“科学智慧火花”栏目发表的《探索“地球磁场逆转”的真相》一文网友讨论3楼中说：“笔者向107钻井队姓侯的同志了解到，钻探的岩心（岩石）大部的磁场不同年代只有几度到几十度的角度差异，能达到180度的角度微乎其微。不知松山基范的磁场逆转理论如何解释几度到几十度的角度差异的岩心？”
我们从上述“钻探的岩心（岩石）大部的磁场不同年代只有几度到几十度的角度差异，能达到180度的角度微乎其微。”可以看出，岩石剩磁场方向都倒转，只是角度不同而已。
岩石剩磁场方向都倒转呢？地球膨裂说认为，要想搞清这一问题必须首先搞清什么是“地球磁场逆转”。1906年，法国科学家布容在考察法国司马夫中央山脉地区的火山岩时，意外地发现那里的岩石具有与现代磁场方向相反的磁性。之后，此类现象发现得越来越多。随后在1928年，日本地质学家“松山基范”对日本200万年以来的火山岩进行了类似的测量也发现了反向的天然剩磁。反向磁性都出现在一组较老的玄武岩中，而较年轻样品的磁性方向却都与现代地磁场方向一致，当时“大陆漂移”处于低谷，而“地球固定论”盛行，没有别的更好方法解释火成岩和沉积岩感应剩磁场的反向现象，于是松山断言“地球磁场逆转”。
美国佛罗里达国际大学地质学家克莱门特通过研究发现，地球磁场两极逆转所需时间大约为7000年，这说明地球磁场两极并不经常发生逆转。因此，如果岩石剩磁场方向逆转是地球磁极倒转形成的，那么岩石剩磁场方向应该不都倒转。
岩石剩磁场方向为什么都倒转呢？要想搞清这一问题必须首先搞清地球磁场的起源。地球膨裂说认为，地球的磁场是岩石圈形成的。46亿年前太阳因内部的核聚变而发生爆炸，飞出许多熔融的火球，地球就是其中之一。40亿年前，由于地球气温的不断下降，地球的岩石圈形成。岩石圈的温度低于居里温度（400——700摄氏度），岩石圈又含有铁磁性物质，所以具有磁性。岩石圈下部是熔融的物质，温度高于居里温度，因此不具有磁性。因为太阳的磁场遍布整个太阳系，太阳的磁S极位于太阳的地理南极，地球又是由铁磁性物质形成的，所以地球岩石圈在太阳磁场的磁化下，在地球的地理南极，形成了和太阳磁S极相反的磁N极
40亿年前因为岩石圈封闭了地球，地球内部放射性物质衰变释放出的热量散发不出来，造成岩石圈内部的温度增高，压力逐渐增大，岩石圈开始膨裂。
我们可以把从磁学角度来说类似于一个空心铁球的地球，看成由许多相同磁极朝一个方向，弯成半圆形的条形磁铁弯朝外围成的空心铁球。如果其中的一块条形磁铁发生断裂，在该条形磁铁断裂处就会形成新的南、北磁极。该条形磁铁断裂处的磁极就会发生倒转，磁场强度就会增加10倍。
因为地震和火山喷发是地球膨裂的表现形式，所以当地震和火山喷发时，地球的岩石圈发生膨裂，造成地震和火山喷发处的磁极发生倒转，磁场强度增加10倍。
科学家们认为，整个地球的磁极发生过倒转，证据是陆上熔岩、海底磁异常条带、深海岩芯中测出的剩余磁场方向，磁极确实发生过倒转。然而这些证据只能说明地球上某些地区的不同时间的磁极发生过倒转，并不是整个地球的磁极发生了倒转。目前还没有整个地球南北磁极倒转的证据。
那么岩石剩磁场方向为什么都倒转呢？地球膨裂说认为，如果岩心的磁场方向是地球南北磁极发生倒转形成的，因为地球南北磁极并不经常发生倒转，所以岩心的磁场方向应不都倒转。地球膨裂说认为，因为岩石剩磁场方向是地球岩石圈膨裂部分地区的磁场形成的，地球岩石圈膨裂部分地区的磁场方向都倒转，所以岩石剩磁场方向都倒转。因此，岩石剩磁场方向都倒转，这是岩石剩磁场方向倒转不是整个地球磁极倒转形成的，而是地球岩石圈膨裂形成的，地球南北磁极从来就没发生过倒转的有力证据。
作者：赖柏林