4．2地磁场起源的成因假说

    地球磁场的成因至今还没有定论。在地球科学上，产生过各种猜测和假说，其中较重要的有三种：铁磁体假说、热电假说和双圆盘发电机假说。

     铁磁体假说 由于地核基本上是由铁磁体（铁和镍）所组成的，地核的这种特有成分及其球状对称的形态是铁磁体假说的基本依据。按照这一假说，地核因其组成而自然成为一个磁化体，由此也就决定了地球具有偶极特征的磁场。但这一假说面临着一个无法解释的困难，即地核内的平均温度远远超过了任一种铁磁性物体的居里点，所有的铁磁性体都将在这一温度下转变成顺磁性体，从而丧失其磁性。因此由于地核的金属成分而自然形成地磁场的可能性是不成立的。

     热电假说 这一假说首先考虑到地磁要素具有快速变化的特点（比如向西漂移的周期不超过2000年），肯定了地磁场与地壳和地幔无关的推断。这是因为，地壳和地幔主要呈固态的特征决定了其中的各种过程具有漫长的地质时间尺度，不可能出现几十或几百年尺度的明显变化。但外地核处于液态，它所具有的流动特征使之能够快速反应外部的激励和变化，从而能够和地磁场的短尺度变化相吻合。从这一点出发，热电假说提出地磁场具有电性。但要形成今天的地磁场，需要约109A的电流强度。而要在地核中形成电流，必须借助于热电效应，即：由于外核物质的热对流而在边界处产生电流，并进而因此产生磁场。这样热电假说虽然克服了居里点造成的困难，却产生了新的问题，即这种机制难以形成具有偶极特征的磁场，并且也未能确切地证实这种机制是否能产生足够强大的电流以形成地磁场。

     双圆盘发电机假说 是目前为止获得最多支持的假说。其主要原理如图3-15所示。

    当两个圆盘在弱的外部磁场中旋转时，与轴和外缘相交的两根导线的回路中产生方向相反的两种电流I1和I2。这两种电流形成磁场而极性相反，其强度会明显地超过外部附加的初始磁场的强度。圆盘旋转频率的差异造成具有一种极性的场占优势；当频率比值改变时，便出现磁场反转。根据这种双圆盘发电机假说，在地核中这两种方向相反的电流，可由液态的外核物质的热对流（混合作用）产生，这种对流可以引起液态地核表层旋转出现某种减慢（相对于地幔底面而言），引起外核表层减慢的层位中产生的磁场异常向西位移。这为地磁场的西向漂移提供了动力学解释。

    发电机模式的作用原理是以自激为前提的，即液态外核表面上的对流流动，导致封闭的螺旋式环形电场的形成。尽管它可以一般地解释至今所知的地球磁场的各种特点。但这并不意味着地磁场的成因问题已经彻底解决了。问题出在发电机假说是以假设外地核中有热对流存在为基础的，后者又基于地核对地震横波的屏蔽能力——外核呈液态——的推断。但无论是外核的液态还是其中的热对流，至今都不是科学上经过证实的事实。此外，问题不仅涉及到地磁场的成因，也涉及到磁铁相互作用的理论。因此，严格地说，最后解决地磁场的起因问题还需进一步努力。
　　本文标题：地球的磁场-地球的物理性质和圈层结构(2)
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