地磁場成因新論

摘要：文章通過對地球結構的研究分析，利用所學的地質學知識和高等物理學知識，推理得知“地核與地幔間巨大溫差產生的‘湯姆遜效應使核幔間產生了熱電壓和熱電荷，熱電荷隨地球旋轉產生了運移電流，運移電流產生了感應磁場，感應磁場使‘巖漿冷卻形成地殼巖石時帶上了剩余磁場，地殼巖石的剩余磁場疊加形成了強大的地磁場”。

關鍵詞：地磁場成因新論；熱電效應；換相界面；運移電流；居里球面；剩余磁 文獻標識碼：A

中圖分類號：P318 文章編號：1009-2374（2015）23-0023-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.23.013

1 概述

地磁場強度約為5×10-5～6×10-5特斯拉，N極的地理位置位于南極東經140°2′、南緯65°18′（1986年測定）；S極位于北極西經139°24′、北緯65°48′（1980年測定）。關于地磁場的成因有多種假說：1900年提出“地球表面和內部分別分布著數量相等、符號相反的電荷隨地球旋轉形成閉合電流并產生磁場假說”，后來被放棄；1939年提出地球內部的放射性物質產生熱量，使熔融物質發生連續的對流，這樣產生溫差電動勢和溫差電流，電流產生磁場的“溫差電效應說”；1945年物理學家埃爾薩塞根據磁流體發電機的原理，建立了“地核發電機磁場說”，該學說違背了能量守恒原理，被人們放棄；1947年英國物理學家布萊克特提出了“巨大轉體說”，布萊克特專門設計了一種“測弱磁場的高靈敏度儀器”，實驗結果的量值遠遠低于實際量值；拉莫爾首先提出和后來埃爾薩塞、帕克和布拉德等人完善的“自激發電機說”，通過大型計算機模擬計算，產生的數值非常微小；1954年提出“霍爾效應”說，地球內部由于溫度不均勻產生的溫差電流和原始微弱磁場，霍爾電流產生地磁場；近幾年有人提出“地幔對流及地核發電學說”，由于存在“黏滯性流體流阻能量消耗補充的問題、發電原始磁場提供來源問題和感生電流與感應磁場方向與地磁場實際方向不符問題”，該學說也被

推翻。

2 地磁場成因新觀點

地核的最高溫度在5900℃左右；地殼與地幔交界處的溫度在690℃左右；地表溫度在20℃左右，地核→地幔→地殼存在巨大的溫差。高溫巖漿是導體或半導體，巖漿的溫差就可產生溫差電壓和溫差電場，這是“湯姆遜效應”所決定的。地核的溫度很高，高溫原子能產生高能輻射波。熱電壓與高能熱輻射共同作用就會產生熱輻射電效應（原理同光電效應），釋放出熱電子。熱電子在單向熱電場的作用下，由地核流向地殼。在地球演化過程中，巖漿冷卻結晶形成了地殼，結晶的巖石是弱導電體，沒結晶的地幔巖漿是強導電體，這樣就在巖殼與巖漿的球形換相界面處形成了一個類似于二極管中P-N結的分界層，在巖石一側帶上負電子，在巖漿一側帶上空穴正電荷。由于地核與地幔間有熱電場，在熱電場作用下，地核中的熱電子大量運移到地幔內與正電空穴中和，結果在地核中產生了大量的空穴正電荷，在地殼巖石的下部積累了大量的負電荷。

移動的熱電荷產生的靜電場平衡了熱電場，因此在地球半徑方向上的合電場成為0，地球徑向上沒法形成電流。地球是一個天然的自轉體，自轉周期T=24小時，地殼下部聚集的負電荷量為Q1，地球自轉帶動地殼下部負電荷轉動，因此產生了與地球轉動反向的地殼運移電流I1=Q1/T；地核內聚集的正電空穴電荷量為Q2，地核內的空穴正電荷隨地球旋轉，產生了與地球轉動同向的地核運移電流I2=Q2/T。

地殼運移電流I1是由負電子隨地球旋轉形成的環流，平行于赤道平面，電流流向與地球的轉動方向相同，流動方向自東向西旋流。用右手螺線法則判定每一個電子環流產生的感應磁場方向先向南后向北。地核內的空穴正電荷隨地球旋轉形成的環流也平行于赤道平面，運移電流產生的感應磁場方向先向北后向南。這樣就在地球內部出現了地殼感應磁場B1和地核感應磁場B2兩個磁源。地殼感應磁場B1和地核感應磁場B2這兩個磁源分別在地核、地幔和地殼三個圈層空間內疊加又形成了三個不同的磁場空間。在空穴正電荷分布球面半徑內側，B2>B1，形成的復合磁場以地核感應磁場B2為主，磁場方向北為N極，南為S極；在地幔中，B2與B1疊加后的磁場方向不好確定；在地殼附近，B1>B2，形成的復合感應磁場以地殼感應磁場B1為主，感應磁場方向北是S極，南是N極。

巖石的磁化強度與巖漿冷卻時的溫度有關，巖石的磁化率在600℃時最大，超過600℃的居里點磁性就突然消失。巖石的固化溫度在690℃～730℃，600℃的巖石處于半導體狀態，正好適合電子聚集，由此推測地球產生的運移電流I1及產生的感應磁場B1就臨近居里面，這樣為巖漿冷卻成地殼巖石被磁化時提供了最大的磁化強度，從而使巖石獲得了較大的剩余磁性，以至于有的巖漿巖（或玄武巖）達到25000×10-6CGSM。隨著地球溫度的降低，地殼巖石始終不斷增厚，位于巖石底部的居里球面、負電荷聚集面都在不斷向深部移動，運移電流I1產生的感應磁場B1始終不斷使巖漿在冷卻結晶過程中創造出更多更厚的磁化地殼巖石。地球演化了46億年，巖漿冷卻形成了5～70千米的地殼，因此也就形成了5～70千米磁性巖石。運移電流I1很小，產生的感應磁場B1也很小，由于整個巖石地殼都帶磁性，全部地殼巖石的剩余磁場疊加在一起就形成了強大的地磁場。

3 推論

地核、地幔和地殼間的熱傳遞產生了熱電壓和熱電壓場；熱電場作用使負電荷移向地殼，在地殼下形成負電荷聚集層；地核部位失去負電子形成空穴正電荷聚集層；地殼負電荷隨地球旋轉形成地殼運移電流，地核空穴正電荷隨地球旋轉形成地核運移電流；運移電流產生感應磁場，地殼感應磁場使巖漿冷卻形成殼巖石時帶上剩余磁；地殼巖石的剩余磁場疊加就形成了強大的地磁場，這是地球發電生磁的全過程。“核幔巖漿的熱電效應與地球自轉配合是地球發電產生磁場的根本原因”。該模型具有共性和普世性，宇宙中其他星球產生磁場的原因與地磁場的成因應該雷同。

參考文獻

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[2] 彭壽斌.地球的成因研究[J].中國高新技術企業，2010，（22）.

[3] 管守銳，趙澄林.巖漿巖及變質巖簡明教程[M].東營：石油大學出版社，1991.

作者簡介：彭壽斌（1963-），男，山東利津人，中國石化勝利油田有限公司孤東采油廠工藝研究所高級工程師，研究方向：石油地質勘探與開發，原子物理、地球物理和天文天體。

（責任編輯：周 瓊）