秘密守护地球的“隐形护盾”

出品：科普中国

作者：数字世界

监制：中国科普博览

地球磁场是人类生活离不开的一种环境因素。它在地球演化、生物活动和人类生活等方面都起到了重大作用。地球磁场一般也简称地磁场。地磁学一般仅指关于地磁场的测量和研究，但是地球磁学就包括地磁学、岩石磁学、古地磁学和地球磁场的起源和演化。

一、地球磁场的变化和应用

长期的和世界范围的地球磁场的观测和研究表明，地球磁场是随时间和空间而变化的。因此许多地方都设立了不断观测和记录地球磁场变化的地磁观测台或地磁观测站。我国便在北京、各大行政区和一些重要省市建立有地磁观测台(站)。

地球磁场（图片来源：veer图库）

地磁场的这些变化不但提供了许多有关地球结构和活动的信息，而且还有许多重要的应用。例如，磁法探矿已成为地球物理探矿中一种重要的和常用的方法。它同其他的地球物理探矿法如重力法和电学法等各具有其特点。磁法探矿不仅可应用于铁矿的勘探，而且还应用于与铁矿相伴生的其他矿物的勘探。前者称为磁法直接探矿，如磁铁矿、磁赤铁矿、钒钛磁铁矿和金铜磁铁矿等的勘探，后者称为磁法间接探矿，如含镍、铬、钴等的金属矿床，金刚石、硼、石棉等非金属矿床以及石油矿等的普查和勘探。

地球磁场和相关地磁现象的观测研究的应用是很多的。除磁法探矿外，还有如指南针的磁定向和磁导航；由地磁场的突变(磁暴)预报太阳活动和空间天气预报；地磁扰动和磁暴会对无线电通信和气候产生影响；地球磁场的异常变化与地震和火山活动有关，因而可能作为预报地震和火山的一种因素；地磁场观测结合其他地球物理观测可进行地质调查等。

二、地球磁场的反向

现代科学研究表明，地球磁场是随着地球的形成和演化而形成和演化的。但是，怎样知道地球磁场在地球演化过程中是如何变化的？这些变化又可以得到什么地球演化的信息？

关于在几十亿年的地球演化过程中的地球磁场变化情况是得自各个地质时期的大陆岩石和海洋岩石的磁性的观测研究。

经过长期对地球上各个大陆和各个海洋的不同地质时期的强磁性岩石磁性的观测研究，即对岩石形成时的磁性保留到现在观测时的剩余磁性的观测研究，主要表明这些古岩石的剩余磁性的方向，即形成岩石时受到地球磁场磁化时的地球磁场方向，有的同现在的地球磁场方向相同(称为正向)，有的同现在的地球磁场方向相反(称为反向)。

在地球长期演化过程中，由地球磁场方向变化产生的不同地质时期形成的古岩石磁性方向(极性)的变化。另外，还可以根据古岩的剩余磁性以及古陶瓷等文物的剩余磁性等来确定古人类和古文物的年代，称为考古磁学。我国曾利用古地磁断代方法测定北京人、云南元谋猿人和四川巫山人的年代，结果同其他科学考古断代方法测定的年代是一致的。

三、地球磁场的礼物——极光

地球的极光现象是发生在地球北极和南极区域及其附近高空的美丽发光现象，其色彩鲜艳，形状多种多样，人类在几千年前就观察和记载了这一发光现象，称为北极光。但是在很长时期中都不知道发生极光的原因，更不知道极光与地球磁场的关系。直到近代科学的发展，才弄清楚极光的产生时间、表现形态和变化情况都同地球磁场密切相关。

北极光（图片来源：veer图库）

极光的形成主要是由于太阳的带电微粒发射到地球磁场的势力范围，受到地球磁场的影响，从高纬度进入地球的高空大气，激发了高层空气质粒而造成的发光现象。地球是一块巨大的磁石，而它的磁极在南北两极附近。我们知道，指南针总是指着南北方向，就是因为受了地磁场的影响。从太阳射来的带电微粒流，也要受到地磁场的影响，而且使带电微粒流聚集在磁极附近。所以极光大多在南北两极附近的上空出现。在南极发生的叫南极光，在北极发生的叫北极光。

现在，关于地球磁场的机制与反转等问题都已经成为了地球物理研究领域的前沿课题，相信科学家们将带我们进一步揭开这个隐形护盾的神秘面纱。