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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】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 Richards P, 1996, Nature, 382, 221-224.3、 Su W et al., 1996, Science, 274, 1883-1887.本文弓I用地址:http:/www.sciencenet.cn/m/user_content.aspx?id=370386VL4trhtt p:/news.lnd.com.cn/h 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
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