地球科学概论 第7讲 地磁场RR
地磁场的作用
地磁场的作用地磁场是地球上一种广泛存在的磁场，对于地球上的生物和自然环境起着重要的作用。
地磁场不仅对于导航、定位和通信等技术应用具有重要意义，还对于生物的生长和环境的稳定具有关键作用。
本文将探讨地磁场的作用及其在不同领域的应用。
一、地磁场对生物的影响地磁场对于许多生物的导航和迁徙具有重要作用。
在动物迁徙过程中，很多物种都会借助地磁场进行导航，例如鸟类、鲸鱼和濒临灭绝的海龟等。
它们能够通过感知地球的磁场，准确地找到自己的迁徙路线和目的地。
在植物方面，地磁场也对植物的生长和方向性生长有一定的影响。
植物的根部会对地磁场产生敏感，从而调控根系的生长方向。
这种地磁感应作用可以帮助植物更好地利用土壤中的养分和水分，从而增加植物的生长速度和生长质量。
此外，地磁场对一些微生物的生长和定位也具有影响。
研究表明，一些细菌和藻类也能够感知地磁场并利用它进行定位和迁徙。
这一发现为微生物的行为和生理特性研究提供了新的思路和方法。
二、地磁场在科学研究中的应用地磁场在科学研究中有着广泛的应用。
地磁场的变化可以提供地球内部结构和地球物理过程的重要线索。
地磁场的研究可以帮助我们了解地球的地质构造、地球板块的运动以及地震和火山活动等自然现象。
地磁场还可以用于探测地下资源和环境改变。
地磁勘探技术是一种非侵入式的勘探方法，利用地磁场在地下物质中的变化来检测矿藏、水源和地下结构。
这种技术在矿产勘探、水资源管理和环境监测中有着广泛的应用。
三、地磁场在技术应用中的作用地磁场在许多技术应用中起到至关重要的作用。
地磁导航系统是现代导航和定位技术的基础，如全球定位系统（GPS）就是利用地球磁场及卫星进行导航和定位的。
地磁导航系统广泛应用于航空、航海、军事和智能交通等领域，提供了高精度的定位和导航服务。
地磁场在通信技术中也有着重要的作用。
地磁场可以用于增强无线通信系统的抗干扰能力和传输质量。
通过利用地磁场对信号进行编码和解码，可以提高通信系统的稳定性和可靠性，确保信息的准确传递。
地磁场的实验结论与心得
地磁场的实验结论与心得地磁测量的地磁场的实验结论与心得地磁场的特点：由于地球本身具有磁性，所以地球及附近的空间存在着磁场，这个磁场就是地磁场。
地磁场是地球的基本资源之一，与人类生活息息相关，它在地球科学、航空航天、资源探测、交通通讯、国防建设、地震预报等领域有着重要的应用。
正是因为地磁场有如此重要应用价值，人们对地磁场的测量又迫切的需求。
因此，磁场的测量已成为热点课题之一。
可以将地磁场近似地看作是地球中心有一个磁铁棒放，它的N极大体上对着南极，从而产生的磁场，其磁感线性状如图1.1所示。
事实上，地球磁场的产生是通过电流在导电液体核中流动的发电机效应产生磁场的。
地磁场包括基本磁场和变化磁场两个部分，它们是不同的两种磁场。
基本磁场是地磁场的主要组成部分，它源于地球的内部，相对来说比较稳定，变化缓慢。
变化磁场起源于地球外部，并且很微弱。
地磁场是一个向量场。
常用的地磁参量有7个，即地磁场总强度F，地磁场的水平强度H，垂直强度ZX和Y分别为水平强度的北向和东向分量，D和I分别为磁偏角和磁倾角。
其中以磁偏角的观测历史为最早。
在地磁场观测中，通常用三个参量来表示地磁场的方向和大小：（1）磁偏角A，即地球表面任一点的地磁场磁感应强度矢量B所在的垂直平面（地磁子午面）与地理子午面之间的夹角；（2）磁倾角①，即地磁场磁感应强度矢量B与水平面之间的夹角；（3）地磁场磁感应强度的水平分量B，即地磁场磁感应强度矢量B在水平面上的投影。
地磁场的重要应用地磁场数值较小，其强度与方向也随地点而异。
地磁场被视为地球的一种重要的天然磁源，它在国家科研中有着重要用途。
在地球科学的研究中，作为以地球系统的过程与变化及其相互作用为研究对象的基础学科，研究和掌握地磁场的固有特性及其变化规律是地球科学研究的重要内容。
在交通运输方面，可以通过检测由于车辆干扰而引起的地磁场的变化来反应车辆本身的特点及运动情况。
除此之外，地磁还可以用于石油定向斜井钻井中；在海洋中，进行地磁测量可以保证航海的安全、海洋工程建设及了解海底构造；在陆地上，人们通过大规模的地磁测量及分析地磁偏角的变化去测定强磁性铁矿床、弱磁性铁矿床以及铜、镍、铬、金刚石等各种矿石的分布；在科学研究方面，地磁测量有助于人类了解地球的成因和延边过程，掌握火山的活动规律，地震预报等都具有重要意义。
地磁场方向
地磁场方向地磁场方向地磁场是地球内部电流产生的磁场，它起到了保护地球不受太阳风暴和宇宙射线的侵害的重要作用。
地磁场的方向是指地磁场在地球上的方向分布情况。
本文将从地磁场的形成机制、方向的测量和变化等方面来探讨地磁场的方向，带您一窥地磁之谜。
地磁场的形成主要是由地球内部的热对流和自转对流形成的。
地球内部的热对流是指地球内部物质的热量不均匀分布所引起的对流运动，形成了电流。
而地球的自转对流是指地球自转引起的惯性牵引所形成的电流。
这些电流产生的磁场就是地磁场。
地磁场的方向可以通过地磁测量仪器来测量和观测。
地磁测量仪器能够测量出地磁场的强度和方向。
通过测量地磁场的方向，科学家们可以了解到地磁场的变化情况和地球内部的活动。
地磁场的方向是具有一定的地理分布规律的。
在地球表面上，地磁场的方向是倾斜的。
在赤道附近，地磁场的方向基本与地球自转轴平行，在极地附近，地磁场的方向则基本垂直于地球自转轴。
在中纬度地区，地磁场的方向则呈现出斜交的倾向。
地磁场的方向也会随着时间而发生变化。
地磁场的方向会随着地球的自转和地球内部的活动而发生变化。
每隔一段时间，地磁场的方向就会发生一次翻转。
过去的地磁翻转记录表明，地磁翻转大约每几十万年至几百万年发生一次。
地磁翻转会导致地磁场的方向发生180度的变化，即南极和北极互换。
地磁场的方向对于地球上生物和人类活动都具有重大影响。
地磁场的变化会导致动物的迁徙和导航能力受到影响。
部分动物依靠地磁场的方向来进行导航，一旦地磁场方向发生变化，它们的迁徙路线可能会受到干扰。
对于人类来说，地磁场的方向也对导航、定位和通信等有重要的影响。
近年来，科学家们通过对地磁场的观测和研究，发现地磁场的方向正在发生变化。
地磁场的变化可能会对人类的生活产生一定的影响。
例如，地磁场的变化可能会导致航天器的导航和通信系统受到干扰，从而对太空探索造成一定的影响。
此外，地磁场的变化还可能会导致地球磁极的移动，进而影响到地球气候和生态系统。
地球的磁场知识点总结
地球的磁场知识点总结地球的磁场主要由地磁场和地球磁层组成。
地磁场是由地球内部的流动物质产生的，它的存在使得地球周围形成了一个保护层，可以挡住来自宇宙空间的宇宙射线和太阳风，维护了地球生物的生存环境。
地球磁层是由地磁场作用于地球外部高层大气中的电离层产生的，它可以使地球周围形成一个环绕地球的磁层。
地球的磁场对于地球科学领域有着较为重要的作用。
首先，地球的磁场是地球的一个重要特征。
通过地球磁场的变化，可以研究地球内部的流动情况，进一步地可以了解地球内部结构和活动。
其次，地球的磁场对于地球的生命环境有着较为重要的影响。
地球的磁场可以挡住来自太阳和外太空的有害射线，维护了地球生物的生存环境。
再次，地球的磁场也对于地球的导航和定位有着重要的意义。
地球的磁场可以为地球上的罗盘提供一个稳定的参照系，能够在一定程度上引导人类进行导航和定位。
除此之外，地球的磁场还对于地球外部磁层的形成和演化有着重要的影响。
地球磁层的形成与地磁场有着直接的关系，地磁场的变化能够影响到地球磁层的形成和演化过程。
因此，地球磁场的研究对于了解地球外部磁层的演化与形成过程具有着非常重要的意义。
地球的磁场是如何产生的呢？地球的磁场主要是由地球内部流动的熔融金属铁所产生的。
可以简单地认为，地球内部有一个大型的类似磁铁的物质，它的存在使得地球在空间中产生了一个类似磁铁的磁场。
地球内部的流动熔融金属铁是产生地球磁场的主要动力，通过地幔富含的铁、镍和其他金属元素会形成一个大型的磁场。
地球的磁场是如何变化的呢？地球的磁场是不断在变化的，它会随着地球内部的流动和变化而发生变化。
地球磁场的变化有周期性，约10000-100000年左右发生一次磁极颠倒的现象。
而且，地球的磁场变化也会受到太阳活动的影响，太阳活动的增加或减少都会对地球磁场产生一定影响。
地球的磁场是如何被研究的呢？地球的磁场研究主要通过地球磁场观测站和磁场卫星观测来进行。
地球磁场观测站能够对地球磁场进行实时观测和监测，能够精确地了解地球磁场的变化情况。
地球磁场简介
地球磁场简介地球磁场，是指地球固有的磁场环绕整个地球的大气层。
它是地球自身外部大气层中的一部分，具有巨大的影响力和重要的地质学意义。
本文将简要介绍地球磁场的形成原理、结构特征以及其对地球生命和导航系统的重要性。
一、地球磁场的形成原理地球磁场的形成主要与地球内部的物理过程密切相关。
目前认为，地球磁场的主要形成原理可以归结为“地球发电机效应”。
具体而言，地球内部的液态外核和固态内核之间发生的对流和自转运动，以及地球自转产生的科里奥利力，共同作用下使得地球磁场得以维持。
液态外核通过电流环流产生磁场，形成地球的主磁场，而固态内核由于其高导电性质，可产生额外的磁场增长。
二、地球磁场的结构特征地球磁场的结构呈现出复杂而多样的特征。
一般来说，地球磁场可以分为地心磁场和地壳磁场。
地心磁场主要来源于地球内部液态外核产生的磁场，具有全球性和稳定性。
而地壳磁场则是地壳中磁性物质产生的磁场，其强度和方向有较大的变化。
地壳磁场的变动往往受到地壳构造和岩石磁性特征的影响，存在较强的地域性。
三、地球磁场的重要性地球磁场对地球和人类具有重要的意义。
1. 生命起源保护：地球磁场能够很好地抵挡来自太阳的带电粒子流，形成一个磁屏障，使地球上的生命得以保护。
这种保护作用对维持地球生物多样性和镀金健康都至关重要。
2. 导航系统依赖：地球磁场为导航系统的运作提供了基础。
现代航海、航空以及卫星导航系统都依赖地球磁场的信息来确定位置和导航方向。
因此，地球磁场对于人类航行和探索具有不可替代的作用。
3. 环境变化研究：地球磁场中的变化可以反映出地球内部和外部环境变化的信息。
地球磁场可以用来研究地震、火山活动、板块运动等地球动力学过程，以及太阳活动、宇宙射线等与地球相互作用的过程。
4. 地质学探索：地球磁场的测量和研究对于地质学家来说是一种重要的工具和手段。
地球磁场可以用来探测地下矿产资源、构造演化历史、地壳变形等地质学问题，对于研究地球深部结构和地球演化过程具有重要的科学价值。
地球磁场方向
地球磁场方向地球磁场是地球周围的一个空间，其中包含了磁场强度和磁场方向这两个重要的指标。
磁场强度是指地球周围的磁场的强弱，而磁场方向是指地球磁场的指向。
本篇文章将探讨地球磁场方向的相关内容。
地球磁场是由地核中的流动熔岩所产生的。
地核是地球内部最深处的部分，由铁和镍组成。
地核的外层称为外核，外核的流动产生了磁场。
地球磁场是非常复杂的，它随着时间而变化，并且具有不同的方向。
在地球磁场中，地球南极磁场是指地球磁场指向地球南极的区域。
而地球北极磁场则是指地球磁场指向地球北极的区域。
地球磁场的方向通常用地球磁北极和地球磁南极来表示。
地球磁场的方向在地球表面上的不同位置是不同的。
在地球赤道附近，地球磁场的方向是水平的，指向地球南极。
而在地球北极附近，地球磁场的方向是垂直的，指向地球南极。
同样，在地球南极附近，地球磁场的方向也是垂直的，指向地球北极。
地球磁场的方向和强度对地球上的生物和地球物理现象有重要影响。
地球磁场对于动物的导航和迁徙具有重要作用。
例如，许多动物，如鸟类和海龟，利用地球磁场来导航自己的迁徙。
它们可以根据地球磁场的方向来确定自己的位置和航线。
地球磁场的变化也会对电磁辐射和电离层有影响。
地球磁场可以保护地球表面免受太阳风暴和宇宙射线的辐射。
在地球磁场较强的地方，辐射水平较低，而在地球磁场较弱的地方，辐射水平较高。
电离层是地球大气层的一部分，它也受到地球磁场的影响。
地球磁场的变化会对电离层的运动和特性产生影响，从而对无线通信和卫星导航等技术产生影响。
地球磁场的方向还有助于科学家们研究地球内部的结构和动态。
通过分析地球磁场的方向和强度，科学家们可以获取地球内部的信息。
地球磁场的方向变化可以揭示地球内部的流动和动力学过程，帮助我们了解地球的演化和地壳板块的移动。
总结一下，地球磁场方向是地球磁场的指向。
地球磁场的方向在地球表面上不同位置是不同的，通常用地球磁北极和地球磁南极来表示。
地球磁场的方向和强度对生物和地球物理现象有重要影响。
《地磁场》课件
卫星磁测
通过卫星轨道测量地磁场 ，具有覆盖范围广、观测 精度高的特点。
地磁场的观测设备
磁力仪
用于测量地磁场强度和方 向的仪器，分为旋转磁力 仪和质子磁力仪等类型。
磁通门磁力仪
利用磁通门技术测量地磁 场，具有高灵敏度和低噪 声的特点。
卫星磁力仪
装载在卫星上进行地磁场 测量的仪器，具有高精度 和全球覆盖的特点。
地磁场变化对人类健康的影响
生理影响
地磁场的变化可能影响人体的生 物电和生物磁，进而影响神经系
统和生理功能。
心理影响
地磁场的变化可能影响情绪和心 理状态，例如在磁暴期间人们更
容易感到焦虑和不安。
疾病风险
长期暴露于不稳定的地磁场环境 中可能增加某些疾病的风险，如
癌症和神经系统疾病。
地磁场变化与地震、火山活动的关系
地磁场的组成
总结词
地磁场由主磁场、地磁异常和磁偏角等部分组成。
详细描述
地磁场主要由主磁场、地磁异常和磁偏角等部分组成。主磁场是指地球内部金属元素所产生的磁场，是地磁场的 主要部分。地磁异常则是指地球表面某些区域的地磁场强度和方向与周围不同的现象。磁偏角则是由于地球内部 的金属元素分布不均匀，导致地磁场方向与地球地理经线不重合而产生的角度差。
地震活动
研究表明，地磁场的变化可能与地震活动有关联，可能是预测地 震的重要指标之一。
火山活动
火山喷发过程中释放的物质可能会影响地磁场，而地磁场的变化也 可能预示着火山活动的发生。
地球物理学研究
地磁场的变化是地球物理学研究的重要领域之一，对于了解地球内 部结构和地球动力学具有重要意义。
06
地磁场的未来研究与展望
03
地磁场的形成与变化
地球磁场
地球磁场目录概述形成原因发现分布与变化规律倒转原因特性地球磁场The Earth magnetic field[编辑本段]概述地球磁场言是偶极型的，近似于把一个磁铁棒放到地球中心，使它的N极大体上对着南极而产生的磁场形状。
当然，地球中心并没有磁铁棒，而是通过电流在导电液体核中流动的发电机效应产生磁场的。
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。
太阳风是从太阳日冕层向行星际空间抛射出的高温高速低密度的粒子流，主要成分是电离氢和电离氦。
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。
地球磁层位于地面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。
1967年发现，在中性片两侧约10个地球半径的范围里，充满了密度较大的等离子体，这一区域称作等离子体片。
当太阳活动剧烈时，等离子片中的高能粒子增多，并且快速地沿磁力线向地球极区沉降，于是便出现了千姿百态、绚丽多彩的极光。
由于太阳风以高速接近地球磁场的边缘，便形成了一个无碰撞的地球弓形激波的波阵面。
波阵面与磁层顶之间的过渡区叫做磁鞘，厚度为3～4个地球半径。
地球磁层是一个颇为复杂的问题，其中的物理机制有待于深入研究。
磁层这一概念近来已从地球扩展到其他行星。
甚至有人认为中子星和活动星系核也具有磁层特征。
地球磁场航线解析PPT课件
地球磁场 （Geomagnetic Field）
• 磁北极(74.9ºN,101ºW) • 磁南极(67.1ºS,142.7ºE) • 地球磁极由东向西有规律的缓慢的移
动。
第1页/共24页
1.地球磁场的构成(三要素 ）
§1.1地球知识
（ 一 ） 磁 差 （VAR/MV—Mag netic Variation ） 1、真经线:指向地理南北的方向线
磁针北端与水平面的交角，通常以磁针 北端向下为正值，向上为负值
范围：0°～90°
（三）磁感应强度
即某地点的磁力大小的绝对值，是一个 具有方向（磁力线方向）和大小的矢量。
第6页/共24页
第7页/共24页
返回
2.地磁要素的变化
地球表面的磁场受到各种因素的影响而随时间发生变化。地 磁要素长期有规律的变化称为世纪变化，其中磁差变化对空中导航的精 确性产生较大影响。磁差世纪变化的年平均值称为磁差年变率。磁差年 变率在航图或磁差图中予以标明，空中导航实施当中应当根据航图或磁 差图上注明的磁差年份和磁差年变率予以修正。
返回
D：NM
第21页/共24页
t anTC
ln
(2
t an (4 5
1) 2
/
2)
D 60(2 1)secTC (2 1) cos均 secTC
第22页/共24页Fra bibliotek返回第23页/共24页
返回
感谢您的观看！
第24页/共24页
思考：航图上标注的为真航向角还是 磁航向角？
NM NT
△M
TC MC
第14页/共24页
返回
2、航线距离
航线起点到终点间的地面长度称为航线距离，等于各航段长 度之和
地磁场强度
地磁场强度地磁场是地球固有的磁场，由地球内部的运动导致。
它在地球表面和大气层中形成一个保护层，起到屏蔽和减轻来自太阳风暴和宇宙辐射的影响的作用。
地磁场强度是对地磁场的衡量，它取决于地球内部的地磁活动和地球表面的地理位置。
地磁场强度通常通过地球的磁场强度单位来衡量，单位为特斯拉(T)。
地磁场强度在地球不同的位置和不同的时间可能会有所变化。
例如，在地球的赤道附近，地磁场强度约为25到65微特斯拉。
而在地球的极地附近，磁场强度会更高，可以达到60至70微特斯拉。
地磁场强度的变化还可能受到太阳活动的影响，太阳活动的增加可能导致地磁场强度的减弱。
地磁场强度的测量对于地球科学的研究非常重要。
科学家利用地磁场强度的测量数据来了解地球内部的结构和地磁活动的变化。
这些数据还被用于制定地球物理和天文学的数学模型，以便更好地解释和预测地球的磁场变化。
地磁场强度的测量通常通过地磁观测站进行。
地磁观测站是专门用于测量地磁场的设备，通常由地磁仪和数据记录仪组成。
地磁仪是一种专门测量地磁场的仪器，它通常由一个或多个磁力计组成，可以测量地磁场的水平和垂直组分。
数据记录仪则是用于记录地磁场测量数据的设备，它通常通过磁带、硬盘或电子存储器将数据存储起来。
在地磁观测站中，地磁仪被放置在一个相对稳定的地面上，离任何有可能影响到地磁场测量的物体或设备远离。
地磁仪通过精确测量磁场的变化来确定地磁场强度。
这些测量数据然后被记录在数据记录仪中，并定期发送到地磁观测站所在机构的中央数据库进行分析。
地磁场强度的测量数据可用于多个领域的研究。
例如，在地球物理学中，地磁场强度的测量数据可以帮助科学家了解地球内部的物质运动和地幔对地磁场的影响。
在地质学中，地磁场强度的测量数据可以帮助研究地球表面的地壳演化和板块运动。
而在导航和定位领域，地磁场强度的测量数据可以用于改进地球磁导航系统的精度。
总之，地磁场强度是对地球磁场的衡量，它是地球科学研究中的重要参数。
地球磁场变化
地球磁场变化地球磁场是由地球内部产生的一种保护层，它对地球上的生命起着至关重要的作用。
然而，近年来科学家们发现地球磁场出现了明显的变化，这引发了人们对于地球未来的担忧和思考。
在本文中，我们将探讨地球磁场变化的原因和可能的影响。
一、地球磁场的形成地球磁场是由地球内外部的磁场相互作用而形成的。
地球内部核心是由液态的外核和固态的内核组成，外核的运动形成了一个巨大的电流环流。
这种环流产生的磁场称为地磁场。
而地球外部是太阳的带电粒子流，也会产生额外的磁场。
这两者相互作用形成了地球的整体磁场。
二、地球磁场变化的原因1. 地核运动变化：地核的运动变化是导致地球磁场变化的主要原因之一。
地核内部的液态外核是通过自转和对流来产生巨大的电流环流，这种环流会产生巨大的磁场。
而地核的运动会受到地球自转和地震等因素的影响，导致环流的形状和强度发生变化，从而影响地球磁场的稳定性。
2. 地物活动：地球上的地壳运动也可能导致磁场的变化。
地震、火山喷发等地质活动都会产生剧烈的能量释放，这些能量可能会对地核产生影响，进而影响地球磁场的强度和方向。
3. 太阳活动：太阳活动对地球磁场同样有重要的影响。
太阳发出的带电粒子流会与地磁场相互作用，形成一种称为磁暴的现象。
磁暴会导致地球磁场发生短时间的剧烈变化，对地球上的电气设备和通信系统产生不利影响。
三、地球磁场变化的影响地球磁场的变化可能对地球生物和环境产生重大影响。
1. 生物方面：地球磁场对许多生物有导航和定位的作用，包括候鸟、鲨鱼等动物的迁徙行为。
如果磁场发生较大变化，这些生物的迁徙行为可能受到影响，进而对生态系统产生不利影响。
2. 人类方面：地球磁场的变化也可能对人类产生一定的影响。
研究表明，地球磁场与人类大脑的电活动有关，磁场的变化可能对人类的生理和心理健康产生影响，包括睡眠质量、情绪和认知功能等方面。
3. 环境方面：地球磁场的变化还可能导致环境问题的出现。
研究发现，地磁场的变化可能对大气层稳定性产生影响，进而导致天气和气候的变化。
地球磁场及常用坐标
电流系在电离层 95—120 公里 的高度，即在电离层的 E 层高 度。
SqP 电流系示意图
应用偶极子场模型，可以使许多空间物理问题的处理简 化，图象更清晰。 不过，由于地壳中铁质矿物分布不均匀，在地表附近， 偶极子场与实际地磁场偏差较大；另外，由于在空间存 电流系，并且太阳风对地磁场的作用使地磁场变形，在 4 个 RE 以外，偶极子场与实际地磁场偏差也较大。在这两 个区域，有时不能使用偶极子场近似。 一般情况下， 2 至 4 个 RE 范围内偶极子场与地磁场的偏差 仅 1％，是很好的近似。
各地磁要素之间的关系如下：
F2 X2 Y 2 Z2 H2 X2 Y 2 Y H sin D Z H tan I tan I Z / H tan D Y / X
地磁场方向角的单位是度分秒；国际通用的磁通量密度单位是 nT，更经常用 表示，有时也用高斯作单位。单位间的关系是： 1T(tesla) = 10 nT = 10 gauss， 1nT = 1 = 10 gauss。
偶极坐标系（Dipole coordinates）
它是以地心为原点的球面极坐标系，以过地球中心的偶极轴为极轴，与地球自旋轴的夹角 为 11.2。有时把偶极坐标系也称为地磁坐标系。该坐标系涉及到的一些概念定义如下： 偶极赤道：与中心偶极子垂直的大圆； 偶极子午面：通过偶极子两极的大圆； 偶极经度h：过地球表面一点的偶极子午面与过地理极的偶极子午面之间的夹角； 偶极纬度m：该点与地心连线与偶极赤道的夹角； 偶极地方时：地面一点的偶极经度与当时日下点的偶极经度，单位为小时； 偶极正午：与日下点偶极经度相同，该点此刻为偶极正午； 偶极子夜：与日下点的偶极经度相差 180。 由于这一坐标系是以地磁场为基础的坐标系，所以地磁坐标常专指偶极坐标系，偶极经 度、偶极纬度、偶极赤道、偶极时又称地磁经度、地磁纬度、地磁赤道和磁地方时。
地磁场 亚磁场-概述说明以及解释
地磁场亚磁场-概述说明以及解释1.引言1.1 概述地磁场是地球周围由地球内部特定的电流系统所产生的磁场。
它是地球磁层的一部分，主要由地球内部的磁场产生。
地磁场的存在对地球的生物圈和人类的生活有着重要影响。
地磁场的主要作用是保护地球上的生物免受太阳风暴和宇宙射线的危害。
它充当了一个巨大的护盾，将宇宙射线和高能粒子引导到地球的极地区域，在这些区域被地磁场的磁力线所捕获并形成了美丽的极光。
除了保护地球的大气层和生物圈，地磁场还在导航、航空航天等领域中发挥着关键作用。
许多导航系统和卫星都依赖于地磁场的信息来确定位置和方向。
此外，地磁场还有助于研究地球内部的结构和物理过程，对于地球科学的研究也具有重要意义。
与地磁场相对应的亚磁场是地磁场的一个子集，它具有比整个地磁场更弱的磁场强度和更短的时间尺度。
亚磁场通常是由地球内部的局部磁性异常所引起的。
通过研究亚磁场，我们可以了解地球内部的微小变化，帮助我们深入研究地球的内部结构和演化过程。
亚磁场的研究也有助于我们了解地球的磁性特征与地质活动之间的关系。
通过监测亚磁场的变化，我们可以预测地震和火山喷发等地质灾害的发生，从而为相关的应急措施提供重要依据。
总之，地磁场和亚磁场在地球科学研究和人类生活中具有重要作用。
对地磁场和亚磁场的深入认识和研究，将不仅有助于我们对地球的了解，也对人类社会的发展产生积极而深远的影响。
1.2 文章结构本文将分为三个部分来介绍地磁场和亚磁场的相关内容。
首先，在引言部分，我们将对地磁场和亚磁场进行概述，介绍文章的结构以及文章的目的。
接下来，正文部分将被划分为两个小节，分别涵盖地磁场和亚磁场的相关知识。
在2.1节，我们将详细介绍什么是地磁场，包括地球内部产生地磁场的原因和机制。
此外，我们还会探讨地磁场对地球表面的作用和影响，涉及导航、地质勘探、生物导航等方面。
在2.2节，我们将介绍亚磁场的概念和特征，以及亚磁场领域的研究进展。
亚磁场是地球磁场的微弱变化，具有很高的精度要求和广泛的应用前景。
地球磁场分层
地球磁场分层地球磁场可以分为内磁层、外磁层和磁尾三个部分。
其中，内磁层主要是指地球表面以下的磁场，它受到地球内部的电流和地球自转的影响；外磁层则是指地球表面以上的磁场，它受到太阳风和宇宙射线的影响；磁尾则是指地球磁场的尾部，它延伸到了太空中。
地球磁场一直处在变化之中，不管是磁场强度还是位置，都出现了一定的波动。
最近，科学家观测到了地球磁场“凹陷”的变化——从南大西洋到南美地区（从非洲的津巴布韦延伸到智利）的地球磁场变得十分薄弱，被称为“南大西洋磁异常区（SAA）”。
其实，“南大西洋磁异常区（SAA）”已经存在了几十年了，在过去的时间里，该区域磁场强度持续减弱，范围也在向西扩展，现在凹陷已经分裂成了两半。
据悉，其中心每年向西移动0.3经度，如果“南大西洋磁异常区（SAA）”继续以这样的速度扩大，到了2240年，磁场异常范围将涵盖南半球的一半区域。
至今，科学家也还无法得知地球磁场出现“南大西洋磁异常区（SAA）”的原因。
有不少地质学家认为这种变化，很有可能和磁极移动有很大的关系，因为地球的地核处于不断的运动当中，而这种运动往往也是最影响磁场的，磁场也会根据这种运动而发生改变，其中地球的磁极也会发生移动，甚至是反转。
根据地质学家的研究结果显示，认为磁场的这种变化是合理的，事实上，地球的南北磁极每隔50万年的时间，就会发生一次反转，而现在便处于磁极反转的一个时期当中，根据对于地球磁场的监测显示，在过去数百年的时间当中，地球北极磁极已经从格陵兰岛转移到了西伯利亚，而且还会持续南移，和南极磁极完成最终的反转。
事实上，这种南北移动的速度，在过去的半个世纪当中，一直都在加快，甚至增加数倍不止，而这种磁极的反转移动，也会对地球磁场产生很大的影响，比如削弱地球磁场，而且这个过程将不断持续，地质学家们猜测，只有当南北磁极完成彻底反转，地球磁场才会慢慢的正常起来，而这种变化，很有可能还会持续上百年的时间。
对于地球来说，磁场的变化绝对不是一件好事，从短期来看，人类的任何通讯系统都会受到一定的影响，而从长期来看，如果地球磁场并没有像地质学家们说的那样恢复正常，那么对于人类和所有的地球生物来说，无疑是致命的，而地球也很有可能变成如今火星的模样，不再适合生物的居住和繁衍。
地球的地磁场和极移现象
地球的地磁场地球的地磁场是指地球周围所产生的一个磁场，它起源于地球内部的物理过程。
地磁场在地球表面和周围空间中具有重要的作用和特征。
定义地磁场是指地球周围所形成的一个磁场，它是由地球内部的运动产生的。
地球的地磁场可以被看作是一个类似于巨大磁铁的磁场，它具有磁场强度和磁场方向两个基本特征。
特征1.磁场强度：地球的地磁场强度不均匀，最强的地磁场位于地球内核和外核之间的“地核边界”。
这个区域的磁场强度远远超过地球表面的磁场强度，约为25到65微特斯拉。
地磁场的强度随着距离地核边界的增加而逐渐减弱。
2.磁场方向：地球的地磁场方向在不同地点和不同时间会发生变化，这是由于地磁场的动态性导致的。
在地球表面，地磁场的方向通常与地理北极和地理南极之间的连线有一定的夹角，这被称为磁偏角。
磁偏角的数值和方向在不同地点会有所不同。
3.地磁场的形状：地球的地磁场并不完全像一个理想的磁偶极子，而是呈现出复杂的形状。
它被认为由于地球内部的物理过程，特别是液态外核中的热对流所引起的。
作用地球的地磁场对地球和人类有着重要的作用，包括：•导航和定位：地磁场可以用作导航和定位系统的基础，如罗盘和磁力计。
通过测量地磁场的方向和强度，人们可以确定自己的方位和位置。
•保护地球生命：地磁场对地球上的生命形成和演化起着重要的保护作用。
它能够屏蔽来自太阳的带电粒子和高能辐射，形成一个保护层，防止它们直接接触到地球表面。
•极光的形成：地球的地磁场与太阳风相互作用，导致了极光的形成。
太阳风中的带电粒子进入地球的磁场并与大气层中的分子发生碰撞，激发出美丽的光辉现象。
•地球科学研究：通过研究地球的地磁场变化，科学家可以了解地球内部的物理过程和动态。
地磁场的变化可以提供关于地核、外核和地球内部热对流的重要信息。
地球的地磁场是地球与宇宙之间的一道重要连接，它不仅影响着地球上的生命和环境，也为地球科学研究提供了宝贵的线索。
地磁场的形成地球的地磁场是由地球内部的物理过程所形成的。
什么是地磁场
什么是地磁场
地磁场是地球周围存在的一种磁场，由地球内部的运动导致的电流产生。
地磁场的存在对于地球的生物和技术系统都具有重要的影响。
地球内部的地核主要由铁和镍组成，而这些物质在地球自转的作用下，形成了一个大规模的液态电流。
这液态电流产生的磁场被称为地球的地磁场。
地磁场有以下主要特征：
1. 磁极：地磁场的磁力线从地球内部穿过地球表面，形成磁南极和磁北极。
这些磁极并不与地球的旋转轴对齐，且它们的位置会随时间而变化。
2. 地磁赤道：地磁场在地球表面上的中心线形成地磁赤道，该赤道的位置也并不与地球的地理赤道完全对齐。
3. 地磁倾角：地磁场在地球表面上的倾角是指地磁场与地球表面的夹角，这一角度在不同地点有所不同。
地磁场对于导航、动物迁徙和科学研究等方面具有重要影响。
许多生物体，特别是迁徙的鸟类和海洋生物，可以利用地磁场来导航。
在科技方面，地磁场也对航空、航海和磁导航等产生影响。
此外，地磁场还为科学家提供了了解地球内部结构和动态的重要信息。
1/ 1。
地磁场分布特征
地磁场分布特征地磁场是指地球表面某一点上的磁场强度和方向。
地磁场是地球内部运动所产生的，它是地球内部物理过程的一种反映。
地磁场分布特征主要体现在以下几个方面。
地磁场的强度和方向在不同地点有所不同。
地球表面上的地磁场并不均匀，存在着一定的空间差异。
例如，在地球的磁南极附近，磁场强度相对较弱；而在地球的磁北极附近，磁场强度相对较强。
此外，地磁场的方向也会随着地点的不同而变化。
在地球的磁北极附近，磁场指向地球的南极；而在地球的磁南极附近，磁场指向地球的北极。
地磁场的强度和方向会随着时间的推移而变化。
地磁场并不是一个静态的磁场，而是一个动态变化的磁场。
长期以来，科学家们通过观测和研究发现，地磁场会发生周期性的变化。
这种变化可以是周期性的，也可以是非周期性的。
例如，地磁场的磁北极和磁南极位置会随着时间的推移而发生变化，这种变化被称为地磁极漂移。
地磁场还受到地球内部和外部因素的影响而发生变化。
地球内部的物质运动是地磁场产生和变化的主要原因。
地球内部的液态外核和固态内核的运动产生了地磁场。
而地球外部的太阳活动和地球磁层与太阳风的相互作用也会对地磁场产生影响。
太阳活动的周期性变化会引起地磁场的短期变化，如磁暴和磁风暴。
地磁场还具有一定的空间分布特征。
地球的磁场呈现出一种特殊的结构，被分为磁赤道、磁子午线和磁极三个区域。
磁赤道是指地球表面上磁场强度最强的地区，它呈赤道环状分布。
磁子午线是指地球表面上磁场方向与地球自转轴平行的区域，它与经线相交成正角。
磁极是指地球表面上磁场强度最强的两个点，即磁北极和磁南极。
地磁场分布特征主要包括强度和方向的空间差异、时间变化、受到内部和外部因素的影响以及具有特殊的空间分布结构等方面。
通过对地磁场的研究，可以更好地了解地球内部的物理过程以及地球与太阳的相互作用，对于地球科学和空间天气预测具有重要意义。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
27
28
6.地磁场的成因
地磁极倒转问题讨论：
（1）为何会倒转？【推理？】
a)极性逐渐消失，另一个方向逐渐增长；将对 动物（人类）产生不可估量的影响； b)；
b) 磁极缓慢迁移，直至倒转
29
6.地磁场的成因
地磁极倒转问题讨论：
（2）恐叠纪中晚期）,灭绝于6500万年前
n=1的项，占全部磁场的80-85%，代表了地磁场空间分布的 主要特征。它相当于一个在地心按一定方位放置、磁矩为M 的偶极子所产生的磁场，称该偶极子为“中心偶极子”。 n>1的项，称为非偶极子部分
25
n
5.地磁场的特征
磁极倒转
磁极倒转的发现：
磁石磁性的测定发现许多岩石有与现今地磁场相反方向的 磁化。【思考题：岩石磁化的原因？】
由于地核基本上是由铁磁体（铁和镍）所组成的， 基本依据就是地核的这种特有成分及其球状对称的 形态。按照此假说，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 。
地核内的平均温度很高，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。
4
地球周围存在着磁场，称地磁场 （Geomagnetic field）
1.引言
地磁场的形式
长期观测证实，地磁极围绕 地理极附近作缓慢的迁移， 例如 1961 年磁北极的位置为 北纬74.9°，西经101.0°； 到 1975 年 已 漂 移 到 北 纬 76.1°，西经100.00°。
磁场的表现形式为起止于地 球体的磁力线，磁力线的方 向表示磁场的方向，其密集 程度表示磁场强度大小。
变化磁场来源于地球外部（太阳），占地磁场的百分之几 到万分之几。
35
6.地磁场的成因
所有的地磁成因理论都必须要
一、能解释前述的地磁场特征才能认为是成功的
二、与地面观测一致
地磁场起源的成因假说
铁磁体假说 热电假说 双圆盘发电机假说
36
6.地磁场的成因
铁磁体假说（解释偶极性）
1.引言
地磁场研究历史
1870年，发明了磁探矿仪
1950 年，剩余磁化理论和古地磁学得到了极大 发展
磁 场 探 测 卫 星 ： POGO （ 1965 年 － ） ， MAGSET(1979 年 ) ， Oersted(1999 年 ) ， CHAMP(2000 年 ) ， SAC-C(2000 年 ) ， SWARM(2013)
37
6.地磁场的成因
热电假说（解释长期变化）
热电假说提出地磁场具有电性。并通过计算得出， 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，也 就是“热电效应”。
热电假说克服了居里点造成的困难，却产生了新的 问题，那就是这种机制难以形成具有偶极特征的磁 场，并且这种机制是否能产生足够强大的电流以形 成地磁场，也没有得到确切的证实。
第 7 讲
地磁场
申文斌 邓洪涛 罗佳 徐新禹
2014.5.16
1
提纲
引言
地磁要素
地磁场的组成
地磁场的空间形态
地磁场的特征
地磁场成因
地磁场的测量
地磁场应用
2
地磁场示意图
3
1.引言
地磁场的形式
近似一个放在地心的磁棒所 产生的磁偶极子磁场。有两 个磁极，地磁场S极位于地理 北极附近，地磁场 N 极位于 地理南极附近，但均不重合 。两磁极的连线称为磁轴， 与地球自转轴的夹角约为 11.5°。以地磁极和地磁轴 作为参考系定出的南北极、 赤道及子午线称为磁南极、 磁北极、磁赤道和磁子午线 。
5
1.引言
地磁场的形式
长期观测结果
（）
6
1.引言
磁现象？ 地球是一个巨大的电介质体，在其自身内部和周 围空间产生磁场。
何以产生？【电流+自转】
7
1.引言
极光现象【论证：强烈碰撞，受激辐射；氧：绿】
8
1.引言
地磁场研究历史
古代中国（ BC约 300 年）：指南针 【四大发明 之一。四大发明：造纸（公元 105 ）；印刷（约 1000）；火药（约750）；指南针（403-201BC
12
2.地磁要素
定义
磁场强度：地表某点的地磁场强度 是个矢量，用矢量 T 表示。矢量 T 在 座标系的 xoy 水平面上及沿各座标 轴的投影H、X、Y和Z分别称为水平 分量、北分量、东分量和垂直分量 。
矢量T在水平面的投影H与x轴的夹角 (即T的方位角)，称为偏磁角(D) 矢量T的倾角，称为磁倾角(I) 常用组合：(H,D,Z),(X,Y,Z),(T,D,I)
磁极倒转的过程：【思考题：磁极倒转过程是瞬时 完成的吗？】
磁极倒转的原因：【思考题：世界性难题】
26
5.地磁场的特征
磁极倒转
通常把保持一定的地磁极性的大阶段(大约相隔100 万年以上)称为极性期，把每个极性期内的短期转向 时间称为极性事件。如果根据不同时期岩石磁化的 方向排列出地磁场转向的先后顺序，并利用岩石同 位素年龄测定方法测出各个极性期和极性事件的延 续时间，就可以建立古地磁场转向年代表。
39
6.地磁场的成因
双圆盘发电机假说
单盘发电盘模型。
40
6.地磁场的成因
Glatzmaiers(1995)黄线：向外，蓝线：向内。 a模拟结束之前9000年；b模拟结束前4000年，从 地球表面看上去的地磁极倒转中间过程；c倒转后
42
7.地磁场的测量
地磁测量：应用地磁仪器观测某一测点独立的地磁 三要素 地磁台：在测点能连续记录地磁场随时间变化 野外测磁点：间断进行地磁要素测量。 卫星或者航空测量：CHAMP（ 2000）、 SAC-C（ 2000）、SWARM（2013年）
24
5.地磁场的特征
主磁场主要来自于一个等效的中心偶极子磁场
来源于地球内部，基本上稳定，只随时间非常缓慢变化的 成分，是地磁场的主要部分，也称为地球的基本磁场。
R n V (r , , ) ( ) (anm cos m bnm sin m )Pnm (cos ) n 1 m 0 r
；汉朝202BC-220）。第五发明：算盘（101个
世界发明之一）】
沈括(1090年):指南针的指向并不是正
南方，而是和正南方有个向东偏的夹角。
1.引言
地磁场研究历史
Gilbert(1600年)：地磁起源理论 奥斯特（Oersted1820）：电流的磁效应 法拉第(Faraday1821-31): 磁力线变化可产生电 Gauss(1839年)：地磁场球谐分析方法 麦克斯韦 (Maxwell 1865) ：麦克斯韦方程组， 预言光是一种电磁波【建立了完整的电磁理论体系 】
垂直分量：35461.3nT;
水平分量34272.7nT。
15
3.地磁场的组成
地球空间磁场由两部分构成，包括源于地球内 部的内源场和源于地球上空电流体系的外源场。 （徐文耀，地磁学）
内源场是地球空间磁场的主要部分，占地磁场 99% 以 上，这部分磁场很稳定，只有缓慢的长期变化，进一 步分为地核场和地壳场。 地核场又称为主磁场，占 95% 以上，目前认为主要由 地球内部熔化了的金属核流动引起。地壳场又称为局 部磁异常场，由地壳磁性岩石产生，约占4%。 内源场还应包括外部变化磁场在地球内部的感应场。
22
4.地磁场的空间形态
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。
23
4.地磁场的空间形态
由于太阳风以高速接近地球磁场的边缘，便形成了一 个无碰撞的地球弓形激波的波阵面。波阵面与磁层顶 之间的过渡区叫做磁鞘，厚度为3～4个地球半径。
SWARM:三颗卫星， 2颗在460KM，1颗在 530KM
43
7.地磁场的测量
磁力仪 磁变仪
45
地磁经纬仪
8.地磁应用
导航 【信鸽】
保护层 【人类】
地磁勘探 【探矿】 地球内部物理 【研究内部参数】 短临地震预报 【压电效应】 古地磁学 【大陆漂移】
【思考题：衰减的原因？难题】
32
5.地磁场的特征
（1）主磁场的长期变化
非偶极子磁场的西向漂移
E.Halley 在 17 世纪分析地磁偏角发现，地磁场分布图，有 缓慢向西移动现象。 n>1以上的部分每年向西漂移0.2度。 有的地方在向西漂移，有的地方没有漂移。 【思考题：非偶极子磁场的西向漂移是否具有全球特征？】
33
5.地磁场的特征
（1）主磁场的长期变化
主地磁场的jerk
地磁场的长期变化的突然变化
图形上，地磁场的长期变化被jerk“分成几段”，而 在每一段内地磁场长期变化成线性变化趋势。
34
5.地磁场的特征
（2）变化磁场（短期变化）
除稳定的基本磁场及其缓慢的长期变化，地磁场还存在各 种类型的短期变化，叫做变化磁场。
【参考系问题？】
13
2.地磁要素
磁场强度单位：
1T（特斯拉：teslas）
=10000 G（高斯） =109 nT uT，mT
地磁场强度大约是0.5-0.6高斯
14
2.地磁要素
武汉地磁各地磁要素如下：
地磁总强度：49316.5nT;
磁偏角：-3.73°; 磁倾角：45.98°; 北向分量：34200.2nT; 东向分量：2227.9nT;