地磁磁场的基本特征及应用 - 图文

地磁磁场的基本特征及应用

地球磁场：地球周围存在的磁场，包括磁层顶以下的固体地球内部和外部所有场源产生的磁场。地球磁场不是孤立的，它受到外界扰动的影响，宇宙飞船就已经探测到太阳风的存在。因为太阳风是一种等离子体，所以它也有磁场，太阳风磁场对地球磁场施加作用，好像要把地球磁场从地球上吹走似的。尽管这样，地球磁场仍有效地阻止了太阳风长驱直入。在地球磁场的反抗下，太阳风绕过地球磁场，继续向前运动，于是形成了一个被太阳风包围的、彗星状的地球磁场区域，这就是磁层。

地球磁层位于距大气层顶600～1000公里高处，磁层的外边界叫磁层顶，离地面5～7万公里。在太阳风的压缩下，地球磁力线向背着太阳一面的空间延伸得很远，形成一条长长的尾巴，称为磁尾。在磁赤道附近，有一个特殊的界面，在界面两边，磁力线突然改变方向，此界面称为中性片。中性片上的磁场强度微乎其微，厚度大约有1000公里。中性片将磁尾部分成两部分：北面的磁力线向着地球，南面的磁力线离开地球。

地磁学：是研究地磁场的时间变化、空间分布、起源及其规律的学科。固体地球物理学的一个分支。

时间范围：已可追溯到太古代（约35亿年前）——现代

空间范围：从地核至磁层边界（磁层顶），磁层离地心最近的距离： 8～ 13个地球半径组成和变化规律及应用：

磁偶极子：带等量异号磁量的两个磁荷，如果观测点距离远大于它们之间的距离，那么这两个磁荷组成的系统称为磁偶极子。 地磁场的构成

地球磁场近似于一个置于地心的同轴偶极子的磁场。这是地球磁场的基本特征。这个偶极子的磁轴和地轴斜交一个角度

，

。如图1.1所示，N、S

分别表示地磁北极和地磁南极。按磁性来说，地磁两极和磁针两极正好相反。同时，磁极的位置并不是固定的，每年会移动数英里，两个磁极的移动彼此之间是独立的，关于地磁极的概念有两种不同的思路和结果：理论的和实测的。理论的地磁极是从地球基本磁场中的偶极子磁场出发的。实测的地磁极是从全球地磁图（等偏角地磁图和等倾角地磁图）上找出的磁倾角为90°的两个小区域，这两个地点不在地球同一直径的两端，大约偏离2500千米。由

于它们是由磁倾角的实际观测决定的，故又称为地磁倾极；理论的地磁极则称为偶极子磁极。

偶极子磁极与地磁倾极并不互相重合是由于非偶极子磁场的存在。 按照地理学的习惯，近地球南极的是地磁北极，近地球北极的是地磁南极。第二次世界大战后，随着古地磁研究的迅速发展，人们获得了越来越多的地磁场倒转证据。如岩浆在冷却凝固成岩石时，会受到地磁场的磁化而保留着像磁铁一样的磁性，其磁场方向和成岩时的地磁场方向一致。科学家在研究中发现，有些岩

石的磁场方向与现代地磁场方向相同，而有些岩石的磁场方向与现代地磁场方向正好相反。科学工作者通过陆上岩石和海底沉积物的磁力测定，及洋底磁异常条带的分析终于发现，在过去的7600万年间，地球曾发生过171次磁极倒转。距

今最近的一次发生在70万年前。

地磁场是一个弱磁场，在最强的两极其强度不到10-4(T),在地面上的平均磁感应强度约为0.6x10-4(T)（特斯拉）。在地磁学中，通常采用nT作为单位，1nT=

.

地磁场T是由各种不同来源的磁场叠加起来构成的。按其来源和变化规律不同，可将磁场分为两部分：一是来源于固体地球内部的稳定磁场Ts；二是主要起因于固体地球外部的变化磁场

具体如下 内源场 主磁场 地球外核 50000~70000nT 偶极子场为主 局部场 居里点以上地壳 100~10000nT 不规则 感应场 地壳、上地幔和海洋 下述四种变化场的1/2 一般具全球性 。因而，地磁场可以表示为

外源场 规则磁暴场 磁层 150~500nT 近似均匀的外场，持续4-10h，恢复2-3天 不规则磁暴场和亚暴场 电离层和磁层 100-200nT 全球场，极光带最强，5-100min 日变化 电离层 50-200nT，全球场，24、12、8h周期 脉动 磁层 10-100nT，准全球场，1~300s（准周期）

1885年由A?施密特利用总磁场的球谐分析方法和面积方法，把稳定磁场和变化磁场分解为起源于地球内、外的两部分，故有：

其中，

是起因于地球内部的稳定磁场，占稳定磁场总量的是起因于地球外部的稳定磁场，仅占

以下；

以上；

是变化磁场的外源场，约占变化磁场总量的2/3，实际上是有外

部电流感应而引起的;

为内源场约占其总量的1/3；

通常所指的地球稳定磁场主要是内源稳定场，它由以下三个部分组成：

其中为中心偶极子磁场；

为非偶极子磁场，也称为大地磁场或世界异

常；这两部分的磁场之和又称为地球基本磁场。是地壳内的岩石矿物及地质体在基本磁场磁化作用下所产生的磁场，称为地壳磁场，又称为异常场或磁异常。其分布范围一般子在数千米或数十千米者，称为局部异常（千千米者，称为区域磁场（

）。

），达到数百或数

综上所述，地球磁的构成可用下式表示：

+

+

式中的外源稳定磁场

地磁要素

，因数量级极小，通常可被忽略。

地面上任意一点的磁场总强度适量T通常

O X D I Z T H 可

Y y x 的

用直角坐标来描述。T在直角坐标系内三个轴上的投影分量分别为X，Y，Z。T在XOY水平面内投影称为水平分量（H），其指向为磁北方向。T水平面之间的夹角称为T的倾斜角（I），当T倾时为正，反之为负。通过该点H方向的铅直方平面为磁子午面，它与地理子午面的夹角称为磁

的和下

z 向偏

角，以D表示。磁北自地理北向东偏D为正，西偏则为正。T、X、Y、Z、H、D及I的各个分量都是表示该点地磁场大小和方向特征的物理量，称为地磁要素。

如图不难看出他们的几何关系：

地磁要素是随时空变化的，要了解其分布特征，必须把不同时刻所观测的数值都归算到某一特定日期，国际上将此日期一般选在1月1日零点零分，这个步骤称之为通化。将通化后的某一地磁要素值按各个测点的经纬度坐标标在地图上，再把数值相等的各点用光滑的曲线连接起来，编绘程某个地磁要素的等值线图，便成为地磁图。

地磁场的分布

1)

世界地磁图分布

世界地磁图基本上反映了来自地球核部场源的各地磁要素随地理分布的基本特征。

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