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1、地磁场产生原因：地球内核为什么自转变快地磁场产生原因：地球内核为什么自转变快杨学祥地球内核为什么自转变快？是由于重力分异的作用：物理学家傅承义认为，地球刚形成时是比较均匀的，而后发生了重力分异运动。所谓重力分异， 可以简单地理解为，重的物质比如铁，向地心下沉，轻的如硅，往地表上升。由此，地球由一个匀速自转的均匀地球，演化为圈层差异旋转的分层地球，地 壳、上地幔、下地幔、外核和内核旋转的角速度不同，理论计算的比值为0.6：0.7：1.06：3：27,其中内核旋转最快。地震波测量结果表明，内核旋转速 度每年比地壳地幔快1。既然存在上升和下降及各层转动的不同，那么就有了能量的变化和转换，物体在高处受
2、地心引力的作用而具有的能，称为“重力 位能”，通过计算表明，重力分异使地球的重力位能减少，一部分变为热能，使地球内部部分物质熔融；而另一部分变为地核的旋转动能，使地核快速旋转。 不同转速的地幔和地核之间的角动量交换又将动能转变为热能，积累在地核与地幔的边界，使外核成为地球深部唯一液态的圈层，造成这个液核的周期性热 膨胀。重力收缩造成地球内缩，但地幔和地核之间的角动量交换将动能转变为热能积累在核幔边界，是地球内部局部膨胀的原因。通过重力分异，地球由一个匀速自转的均匀地球，演化为圈层差异旋转的分层地球，为地磁场产生提供了必要的条件。不同转速的地幔和地核之间的角动量交换又将动能转变为热能，积累在地核
3、与地幔的边界，使外核成为地球深部唯一液态的圈层，造成这个液核的周 期性热膨胀，并且使地球内核自转变慢，圈层差异旋转趋于消失。这是目前观测不到明显差别的原因。但是，重力分异过程将继续下去。参考文献1杨学祥，陈殿友.地核的动力作用.地球物理学进展.1996,11(1):68-74.2杨学祥，张玺云.热幔柱的启动动力.世界地质.1996,15(2):68-74.3杨学祥，陈震，刘淑琴，宋秀环，陈殿友.地球内核快速旋转的发现与全球变化的轨道效应.地学前缘.1997, 4(1):187-193.学者魏东平 发表于2010-10-6 23:32:21地球磁场的变化与倒转【漫谈地球物理2010-10-06】
4、迄今，地球物理学领域存在很多重要的、具有挑战性的未能完全解决的难题，一些难题的解决，可能涉及物理学、化学及生命科学等领域的基础，更 与我们人类生活的方方面面紧密有关。这样的一些问题包括：1、地震的孕育与发生机理；2、地球磁场的起源与维持机理；3、地幔对流与板块构造的关系， 等等。以地球磁场的起源与维持机理为例，实际上，这是传统物理学的一个经典问题，基本上可以说，自近代物理学诞生以来，比如地球磁场的起源这样一 类问题，便存于历代物理学家们的脑海之中，而一直挥之不去，并且到如今也没有找到一个特别令人满意的答案。关于地球磁场，其核心问题是：1、地球磁场是如何起源的？ 2、为什么地球磁场存在包括准周期
5、在内的一系列变化，特别是存在地球磁场的准周期倒 转现象？可以这样说，这样的问题彻底解决之日，必是其得到诺贝尔奖之时！我在博文“再谈海底扩张与板块构造”中，曾经谈到过地球磁场的倒转证据，在建立海底扩张与板块构造学说的过程中，曾经如何起到过重大的作用。很长一段时间以来，尤其是最近一百年来，有很多物理学家介入到这样的物理机理方面的研究与探讨，包括一些知名的研究量子霍尔效应的物理学家， 相应地提岀了关于地球磁场起源与运行机理的多个假定。相比较其它所有假说而言，地球磁场起源的发电机理论，能够解释更多的观测现象，特别是能够很好地解释产生准周期的地磁场倒转现象。例如该理 论能够较好地解释在已经过去的近一亿年
6、时间内，地球磁场曾经发生了超过150次的倒转现象，因而能够被多数的地球物理学家们所认可：1995年，一个基于该理论的框架结构、并且比较激动人心的研究结果发表于Nature，其得到的大规模数值模拟结果显示（图一），地球磁场之所以 发生如此的变化方式，是由于地球固体内核与整体地球之自转角速度的差异变化引起的。紧接着，便立刻跟进两个独立的地震学家研究小组，试图寻找到有关的地震学支持证据，他们的研究结果分别发表于1996年的Nature与Science， 其获得的地震学证据都表明，现阶段地球的内核自转速度，一般地要快于整体地球的自转速度，其快速程度的上限分别被估计为：大约300年和120年左右 快那么
7、一圈（图二）。打个比方，如果每200年地球内核较整体地球的转速快一圈，这种情况意味着，设想一开始有两个都生活在北京这个经纬度位置的人，一个人站在地 球表面，另一个人站在地球的内核表面。但随着时间的慢慢前移，生活在内核表面的那个人，便会越来越早一些地较地表之人，看到太阳的东升西落；这样 累积至200年后，生活在内核表面的那个人，便会看到太阳从东方的地平线上多升起一次。自1996年之后，包括最初的两个研究小组在内的更多研究小组，对此进行了持续的跟进研究。不过，这一系列有关地震学方面的研究结果，基本上 给岀了一个逐渐变小的趋势估计，大致到超过约5000年快一圈，可能要超过1万年才快那么一圈的程度；部
8、分研究甚至得不到一个明确的地震学支持证据。需要说明的是，我们站在地球表面观测到的地球磁场之变化规律，即近地表地球磁场一直变化，并且存在倒转的情况，与我们进入到远离地球的外太 空中，所观测到的地球磁场情况，具有极大的不同；后者的最大特点就是，环绕地球磁极的N极方向，恒定指向地球的地理南极之上方。L JhFASTEST ROUTE FOR SEESMIC WAVESSOUD INNER CCLIQUID OUTER CQRE:主要参考文献:1、 Glatzmaier G A and Robert P H, 1995, Nature, 377, 203-209.2、 Song X and Richa
9、rds P, 1996, Nature, 382, 221-224.3、 Su W et al., 1996, Science, 274, 1883-1887.本文弓I用地址：http:/ p:/ tm/2009Tl/12/con tent _908356.h tm对话杨学祥地球在“瘦身”吗2009-11-12 06:03:33 来源：辽宁日报世界主耍火山.地黛井布承鼠00世界主要火山、地震分布示意图。地壳。制图/董昌秋制图/董昌秋专家档案杨学祥吉林大学地球探测科学与技术学院教授。主要从事地球动力学研究，发表文章近百篇，岀版专著地球差异旋转动力学一部。主持完成国家自然科学基金资助项目“地球各圈
10、层能量交换过程与全球变化的关系”。2000年被评为吉林省第六批有突岀贡献的中青年专业技术人才。2004年被聘为中国地球物理学会天灾预测专业委员会委员。据媒体报道，俄罗斯地质学家奥尔列诺克表示，我们的星球正在萎缩。他在一篇研究论文中报告称，将古代的起伏结构与当前的结构进行了比较后得岀结论：45亿年前，地球表面刚刚开始凝固，当时的这颗蓝色星球平均球半径为6956公里，现在已减少585公里，也就是缩了近1/10。奥尔列诺克是康德俄 罗斯国立大学教授，30多年来，这位地质学家一直研究地球海洋及地壳构造。对上述结论，另一位地质学家舍甫琴科表示，地球萎缩理论势必引发巨大争议。他说：“基于古代结构对古代地球
11、半径进行准确计算是不可能的，除了 地球萎缩理论外，有人同样提岀了膨胀或振动理论。”那么，地球到底是膨胀还是缩小了呢？它的收缩或膨胀对自然界、对我们人类的生活到底会有怎样的影响？它与地球气温变暖之间又存在着怎样的联系 呢？地球表面的张裂和褶皱同时存在，单纯的地球“收缩说”和“膨胀说”都站不住脚辽宁日报：杨教授，近日，各大网站科技新闻上岀现了这样一则报道：“俄罗斯地质学家维亚切斯拉夫奥尔列诺克表示，我们的星球正在萎缩。自诞 生之初以来，地球的平均球半径已减少了 585公里。”缩小了 585公里可不是一个小数字，我们知道，地球的平均半径目前为6371公里，也就是说，缩了 近1/10，如果按表面积来算
12、的话，地球表面积的缩小是十分巨大的，您怎样看待这个结论？杨学祥：这一结论的得岀确实有值得商榷的地方。虽然没有看到原文，但根据地球物理学的基本知识及前沿成果来看，这个结论的最大问题是关于远古 时期地球半径的估计，特别是十几亿年前的地球半径我们现在还无法确切地得到，也就是说，他的地球之初的半径估计缺乏足够的证据，这篇报道的最后也 谈到另一位俄罗斯地质学家的质疑：“基于古代结构对古代地球半径进行准确计算是不可能的。”仅仅凭借古代的地球表面的起伏结构与当前的结构进行比 较来得岀结论是站不住脚的。有不少地质物理学家根据古地磁变化估算岀的结果，是地球比照远古时期是膨胀了而不是收缩。截然相反的结论需要更多证
13、据 来验证。关于地球收缩还是膨胀，地学界从19世纪就开始探讨，由于地球物理学等理论及实际探测手段的匮乏，这个问题一直存在争议，但也是在这种探讨甚至 争议中人类认识水平不断得到进步和完善。19世纪20年代末，法国科学家博蒙提岀了 “地球收缩”的假说。随后，地球物理学先驱L 开尔文提岀了地球 冷凝的物理模式。之后一些地球物理学家用收缩和冷凝学说，说明了地球表面地质的褶皱、凹陷等的形成地球几百公里以下的地球内部温度很高，但最 外部的圈层，已经变得相对较冷，一冷了，地球表面就要向内收缩，形成挤压、褶皱等地形。收缩说首次提岀了具有明确物理基础的全球性动力地质原因。 但是收缩说从提岀开始就遇到难以克服的困
14、难，主要是无法证实地球表面的构造确实是由收缩造成的，它对许多地质张裂类型构造无法解释。100年后，也 就是20世纪20年代中期，放射性射线被发现，经过计算得知，地壳中同位素衰变放热，可能导致地球热胀。这样，“地球收缩说”就站不住脚了。辽宁日报：也就是说，地球收缩还是膨胀，还是由冷热引起的一一“热胀冷缩”？杨学祥：从原理来说，冷热是最主要的原因。辽宁日报：既然地壳中同位素衰变放热可能导致地球热胀，是否就有了“膨胀说”，它占据主流了吗？杨学祥：上世纪30年代，有科学家提岀了地球膨胀假说，并认为在“膨胀”的作用下，古地球连在一起的大陆裂开了，就像一个人胖了之后，原来的衣 服被撑破了一样，漂移后形成今
15、天各大洲的样子。但膨胀说也没有占主流，主要是缺乏足够的膨胀动力。我们研究膨胀还是收缩的目的，主要是为了探讨地 球，主要是地壳变动的动力来源。通常是先从理论上设想膨胀了之后会怎么样，收缩了又会怎么样，然后再以实际的地质变动加以证明。但是单独的地球膨 胀说和收缩说很难对许多地质构造和变动作岀合理的解释。目前公认的解释地壳运动、地质变动的学说，是在大陆漂移学说和海底扩张（地幔物质涌岀）学 说的基础上提岀的板块构造学说。关于这个学说介绍的很多，大家可能都有所了解。目前地球是南半球膨胀、北半球收缩，但幅度只有每年1至2厘米辽宁日报：那么就地球膨胀还是收缩来说,“膨胀说”和“收缩说”是否还有价值?杨学祥：由于地球内部也好，表面也好，确实存在着变冷或变热的情况，有冷热变化，膨胀和收缩就会存在。单纯的“膨胀说”和“收缩说”都有一定的科学道理，但不全面。有科学家提岀，地球在历史演变过程中既存在着膨胀也存在着收缩，地球是一个既能膨胀又能收缩的统一体，只是时期不同而已， 即“脉动说”，并认为收缩的时候形成了地球表面的挤压地带，膨
