中文名

地球磁极

外文名

Earth's magnetic poles

表达式

表面上地磁场方向与地面垂直磁场强度最大

应用学科

物理

适用领域范围

地理

简介

在最近几百万年的时间里，地球的磁极已经发生过多次颠倒：从69万年前至今，地球的方向一直保持着相同的方向，为正向期；从235万年前至69万年前，地球磁场的方向与现在相反，为反向期；从332万年前到235万年前，地球磁场为正向期；从450万年前至332万年前，地球磁场为反向期。

磁极

把地球当成一个大的磁铁，那么磁极就是指磁铁两端的那两个点，也就是磁场线密度最大 的那个点。地球本身就像一块巨大的磁石，这块磁石有两个极，磁针向南指的位置为南磁极，向北指的位置为北磁极。但实际上地球的磁场方向并不是指向正南北的。地球的磁场并非亘古不变，它的南北磁极曾经对换过位置，即地磁的北极变化成地磁的南极，而地磁的南极变成了地磁的北极，这就是所谓的“磁极倒转”。在地球45亿年的生命史中，地磁的方向已经在南北方向上反复反转了好几百次。仅在近450万年里，就可以分出四个磁场极性不同的时期。有两次和现在基本一样的“正向期”，有两次和现在正好相反的“反向期”。而且，在每一个磁性时期里，有时还会发生短暂的磁极倒转现象。

磁极互换之谜

出现现象

人们都知道，地球是个大磁场，然而地球的磁极却非亘古不变的，自地球诞生以来，它的南北磁极曾经发生过几次转变，科学家们把这种现象称为“磁极倒转”。

倘若有人告诉你，在地球的某些角落，古老的岩层保持着与现代磁场相反的极性，使指南针到那里会发生紊乱现象，你一定会感到闻所未闻。

1906年，在对法国司巴夫中央山脉地区的熔岩进行考察时，法国科学家布容意外地发现，那里的岩石具有与现代磁场方向相反的磁性。随后，其他科学家也相继发现了许多这样的事实。于是，人们终于相信：地球磁场不是永恒不变的，整个地磁场曾经发生过颠倒，南磁极与北磁极曾经对换过位置。科学家们把这种现象称为“磁极倒转”。

通过深入研究，科学家们还发现：磁极倒转现象曾经多次发生，仅在近450万年里，就可以分出四个极性不同的时期。更详细的研究则证明，纵然在同一个时期里，地磁场方向也并非一成不变，而是发生过一些历时较短的极性变化。

在不断地探索中，科学家们又惊异地发现，地球磁场的这种极性变化，同样存在于更古老的年代里。从大约6亿年前的前寒武纪末期，到约5.4亿年前的中寒武世，是反向磁性为主的时期；从中寒武世到约3.8亿年前的中泥盆世，是正向磁性为主的时期；中泥盆世到约0.7亿年前的白垩纪末，还是以正向极性为主；白垩纪末至今，则是以反向极性为主。

原因

1967年，科学家斯蒂纳提出，地磁场极性的变化，与地球追随太阳作环绕银河系中心的运动有关。他指出，银河系中心也存在着一个磁场，它集中在银道面上，并在银道面上下呈相反的方向。当太阳在环绕银河系中心运行时，会在银道面上下作波状起伏运动。如此不断往复，在太阳绕银河系中心运行一周的2.74亿年中，大约要上下往复三次多。平均往复一次的时间为0.77亿年。

人们在对450万年前的数据进行分析时发现，地磁场极性变化中，恰有一个时间尺度约为0.8亿年的周期。这或许并非偶然。但是，斯蒂纳的观点却无法解释那些周期较0.8亿年短得多的极性变化，因而一时不能使人信服。

到1979年，针对恐龙灭绝原因的种种猜测，有位科学家一鸣惊人地提出：恐龙灭绝是小行星坠落的结果。这种新观点立即得到许多科学家的支持。使得一些古地磁研究者确信：与生物 灭绝同步的地磁倒转可能与巨大陨石的坠落有关。从已经鉴定的一百多个陨石坑，科学家们得出这样一个结论：在地球的存在史上确实有直径比1公里大得多的天体坠落过。巨大的撞击穿过地壳，深入地幔，从而使地幔对流和外地核物质的流动方向发生根本改变，引起地磁极倒转。遗憾的是，还没有证据表明，在已发现的一百多个陨石坑的形成期．都有地磁极倒转同步发生。

 

1989年，在美国巴尔的摩举行的全球气候变化和环境污染国际研讨会上，美国科学家缪拉发表了气候变化导致地磁极倒转的见解，却未能获得大多数研究者的赞同。人们无法否认，地磁极倒转与古气候变化之间有某种程度的联系。但是，在距今三四百万年前，正是地球气候比较温暖、比较稳定的时期，地磁极性为什么却也多次发生变化呢？

科学家们莫衷一是，于是有人提出地磁倒转是地球本身变化的结果。同样缺乏必需的证据。

历史沿述

虽然人类已经进入21世纪，科学改变了人们的生活，但科学却还没有征服自然，更多的时候它只是在记录那些不可思议的事情是如何发生的。例如，未知的地下低频辐射。科学家发现来自地下的低频辐射与一些神秘的事故存在密切关系。尚不清楚产生这种辐射的确切原因，但科学家估计可能是地壳运动的结果。当地壳剧烈运动时，电磁粒子就会从地下逃逸出来。检测显示，当这种辐射爆发时，交通事故和求医看病的人会明显增多。科学家还观察到地球磁场出现了空洞，由此推断地球磁极可能在不久的将来改变方位。事实上，现在北磁极就在向西伯利亚方向移动，南磁极则移向澳大利亚海岸。科学家推断磁极1.5万年才会移位一次，每次都造成大批动物死亡，恐龙、猛犸象很可能就因此灭亡，大西洋一些神秘沉没的海岛也可能与磁极易位有关。地球上还有不少黑暗地带，在这些区域里事故频发，人体器官也会严重受损。科学家认为这也是辐射在“搞鬼”。在地质断裂带及不同层面的地下水流交汇地区，磁场会出现异常变化，这种变化甚至对大气电流都有影响。研究显示，只有5%的人对地下辐射具有抗干扰能力。大多数人认为，指北针当然指向北方。数千年以来，水手依靠地球磁场来导航；而鸟类和其他对磁场敏感的动物已经应用这个方法有更长一段时间了。说来奇怪，地球的磁极并不是一直都指向现在的方向。

矿物可以记录过去地球磁场的方向，人们利用这一点，发现在地球45亿年的生命史中，地磁的方向已经在南北方向上反复反转了好几百次。不过，在最近的78万年内都没有发生过反转———这比地磁反转的平均间隔时间25万年要长了许多。更有甚者，地球的主要地磁场自从1830年首次测量至今，已经减弱了近10%。这比在失去能量来源的情况下磁场自然消退的速度大约快了20倍！下一次地磁反转即将来临吗，虽然各种解释都有经过验证的科学理论作为依据，但也有一些科学家对此提出了他们的疑问。希望在不久的将来，科学家能够为我们解开谜团。

磁极倒转

自地球诞生以来，地磁南极和北极已经来回倒转了很多次。其中，最近的一次大约发生在78万年前。研究地磁场的地球物理学家早就预言，地磁南北极将会再次倒转，而就最新的观测数据来看，这个过程可能比预想的要来得更快。

欧洲空间局的卫星阵列“Swarm”的观测显示，地磁场强度在10年间减弱了5%，而之前的研究预计，磁场强度减弱5%需要约100年。也就是说，地磁场强度实际的衰减速率，比预计的要快10倍。地磁场减弱的趋势，很可能暗示了磁极倒转将再次发生。目前，地磁北极已经开始朝着西伯利亚的方向移动。

地球物理学家尚未完全理解地磁场倒转的过程，但他们都认可偶极磁铁的地磁场模型。地核的主要成分是铁，它由固态内核和液态外核共同构成，其中液态外核可以有效传导磁场。外核的液态铁处于漂浮状态，当它靠近内核时被加热，从而浮到外层，浮到外层后，它又逐渐冷却，重新沉下去。与此同时，地球的自转会带动液态铁绕核运动，从而产生一个能稳定维持的磁场。

液态外核的流动总会不时受到局部的扰动，使得流动部分地反转。这种扰动产生的机制尚不明确。它们似乎是自然混沌系统的必然结果。除了在自然界真实存在，上述现象在相关问题的计算机模拟中也经常出现。加里·A·格拉茨梅尔（Gary A Glatzmaier）是加利福尼亚大学圣克鲁兹分校的地球物理学家，他告诉我们：“就算完全理解了流动反转的物理机制，我们也无法预测它发生的确切时间和位置，这一点和飓风十分相似。”一般来说，局部的流动反转持续1 000年后会逐渐减弱，但有时反转的趋势也会逐渐占据主导，使得整体的流动完全逆转。磁极倒转过程所持续的时间变化很大，快则1000年，慢则20000年，一般来说需要5000年。

格拉茨梅尔也注意到，地质史上出现过多次暂时性的磁场减弱。因此，“Swarm”卫星阵列观测到的磁场减弱，很可能并不会造成最终的磁极倒转。其次，虽然磁场水平处于一种下降的态势，但其数值依然与近100万年间的平均水平相当。按照目前的磁场衰减速率，至少还需要200年，磁极倒转才会真正开始。

磁极倒转对现代社会将产生何种影响还很难说，但它似乎不太可能成为灭顶之灾。地磁场是屏蔽宇宙射线的基本屏障，但化石记录并未在磁极倒转的时期，显现出大量生物灭绝的迹象。然而在过去，外界的磁场扰动曾烧坏变压器并导致大面积停电。鉴于此，磁极倒转可能会对电网和通讯系统造成干扰。但格拉茨梅尔对此不以为意：“或许那时，我们都不用电缆输送电力了。一千年后的科技，将足以应对磁场倒转产生的影响。”

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中文名

北磁极

概    念

地磁的北极

位    于

北极点的附近

特    点

位置在不断移动

北磁极

地磁的北极。北极点的附近。其位置在不断移动。1975年位置约当西经100°、北纬76°06′，即离北极点约1600公里的加拿大北部帕里群岛中的巴瑟斯特岛附近。原来每天以20.5米的速度向北移动，现在由于环境污染每天移动21.3米，估计到公元2460年，将移到俄罗斯西伯利亚泰梅尔半岛。

地球北磁极正在移向西伯利亚

地球北磁极移动的速度之快，有可能50年里阿拉斯加的极光就会消失。同时在西伯利亚下和欧洲可能看见北极光。

地球的磁极——地球磁场的一部分，磁场是由游离态的铁组成的地核产生的。磁极与我们通常的地理上划分的两极是不一样的。两极是在地球表面，地球沿着穿过两极的轴自转。科学家很久前就知道地球磁极是移动的，在个别情况下会改变位置。具体的原因还是个谜。

先前的研究表明，在近150年间，地球磁场力削弱了10%。在这期间北磁极移动了1100公里。同400年前相比，在现在100年里北磁极移动的速度快了许多。如果按目前的速度，北磁极从加拿大北部移到西伯利亚。

相关信息

在《大英百科全书》中有插图说明地磁南极和地磁北极的位置分别位于地理南极和地理北极附近（英文1985年版见17卷540页、中文版见584页）；在《大美百科全书》中，也明确指出地磁南极和地磁北极的 位置分别位于地理南极和地理北极附近（英文版见18卷101页、中文版见58页）；1980年时地磁北极约在北纬76度54分、西经101度42分附近，地磁南极在南纬65度30分、东经13

9度12分附近（见《大美百科全书》英文版22卷324页、中文版248页）。在版本更新的英文微软百科全书（1997年）中，对地磁南极和地磁北极也有明确的定义和插图说明。又在因特网上进行查询，键入“magnetic north”，查到了许多与地磁北极有关的网页和网站。当然答案也是明确的：“magnetic north”（地磁北极）在加拿大！又到位于浦东金桥的中国极地研究所请教有关专家。据中国极地研究所极区高空大气科学研究室胡红桥博士提供的剑桥大学出版社1997年出版的《Introduction to Geomagnetic Fields》（《地磁场导引》）介绍：1996年，地磁北极在北纬79．3度、西经71．5度，地磁南极在南纬79．3度、东经108．5度（见33页）。在胡红桥博士提供的英文《PHYSICS OF THE UPPER POLAR ATMOSPHERE》（《极地高空大气物理学》）的130－131页，也有图片和文字说明地磁极和地磁轴、地磁极和指南针之间的关系。

据胡红桥博士介绍，他们在极地考察工作中还要应用国际上统一的地磁经纬网来给地球物理现象定位，规定以地磁赤道为零纬度，以北称为地磁北纬，以南称为地磁南纬，地磁北极就是北纬90度，地磁南极就是南纬90度。根据以上资料可以看出：地磁北极（magnetic north）、地磁南极（magneticsouth）是地磁轴和地球表面的交点（如同南极和北极是地轴和地球表面的交点一样），它们是具有确切地理位置的地球表面的两个点。

争论

而位于地球内部的地磁体的N极和S极，它们标注在北半球还是南半球，几本书上又有不同，似乎各有各的理由。

辞书定义

但地磁北极和北极都位于北半球，地磁南极和南极都位于南半球。这是没有异议的。查1979年版《辞海》的《理科》分册未见磁北极和磁南极的条目。又查1989年版《辞海》未见磁北极和磁南极的条目。

后在《中国大百科全书物理学》由潘孝硕先生撰写的“指南针和地磁场”条目中查到：在静止位置，指南针北端的磁极称为“指北极”，简称“北极”，南端的为“指南极”，简称“南极”。按这定名法，在地理北极附近的地磁极是磁南极，而在地理南极附近的地磁极是磁北极（见《中国大百科全书物理学》光盘1.1版）。

潘孝硕先生定义

也许潘孝硕先生定义的“磁北极” 和“磁南极”是指地球磁体的N端和S端（而不是指地磁轴与地球表面的 两个交点），因而得出“在地理北极附近的地磁极是磁南极，而在地理南极附近的地磁极是磁北极”的结论。换言之，潘孝硕先生定义的“磁北极” 和“磁南极”不是国际公认的“磁北极” 和“磁南极”，或者说不是国际公认的“地磁北极” 和“地磁南极”（地球的 magnetic north 等同于 geomagnetic north, magnetic south 等同于geomagnetic south;即“磁北极”、“磁南极”等同于“地磁北极”、“地磁南极”）。但是有些问题是否应该讨论并得到共识：“北”和“南”这类明确定义的、得到公认的地理方位概念是否可以颠倒（正如数学上阿拉伯数字1和2的概念是否可以改变一样）？指南针北端的磁极称为“指北极”、指南针南端的磁极称为“指南极”，但是否可以简称为“北极”和“南极”？根据指南针的“定名法”推论地球的“磁北极” 和“磁南极”的位置是否妥当？对地磁北极和地磁南极的“定位”应该是国际统一的，中国和外国是否应该各说各话？

大挪移

1975年位置约当西经100°、北纬76°06′，即离北极点约1，600公里的加拿大北部帕里群岛中的巴瑟斯特岛附近。现每天以20.5米的速度向北移动。估计到公元2460年，将移到俄罗斯西伯利亚泰梅尔半岛。

美国俄勒冈州立大学的约瑟夫·斯托纳最近在旧金山召开的美国地球物理学会会议上报告说，他和同事们经研究发现，过去150年间，地球磁场北极移动了1100公里，这比之前400年的移动速度有所提高。按目前速度计算，50年后地磁北极将从加拿大北部挪到西伯利亚。

研究人员发现，过去1000年中，地球磁场北极发生过显著的移动，一般在加拿大北部和西伯利亚之间“摇摆”，但偶尔也曾移向其他方向。