1、第第1111章地磁与重力章地磁与重力一、发现地磁场一、发现地磁场二、地球历史上的磁场二、地球历史上的磁场三、地磁场的成因三、地磁场的成因四、重力的特征四、重力的特征五、重力的研究五、重力的研究六、重力在地球演化中的作用六、重力在地球演化中的作用1一、发现地磁场一、发现地磁场（一）地磁场及其发现（一）地磁场及其发现地磁场地磁场：地球周围存在的磁场。它有两个磁极，其S极位于地理北极附近，N极位于地理南极附近，但不重合，磁轴与地球自转轴的夹角现在约为11.5度，1980年实测的磁北极位于北纬78.2度、西经102.9度（加拿大北部），磁南极位于南纬65.5度，东京139.4度（南极洲）。长期观测证实
2、，地磁极围绕地理极附近进行着缓慢的迁移。2地磁场三要素地磁场三要素（3）磁倾角磁倾角：磁针北端与水平面的夹角。北半球为0900，南半球为0900。（1）磁感应强度磁感应强度：为某地点的磁力大小的绝对值。是一个矢量。60T(两极)30 T(赤道)。（2）磁偏角磁偏角：磁力线在水平面上的投影与地理正北方向之间形成的夹角。3地磁倾角4（二）地磁场的组成（二）地磁场的组成 地磁场由地磁场由基本磁基本磁场场、变化磁场变化磁场和和磁异磁异常常三个部分组成。三个部分组成。5地球磁层地球磁层 仪器探测证实了太阳风太阳风的存在。地磁场对着太阳的一面，受到太阳风的压迫而退缩，太阳风受地磁场阻挡后，迂回绕行，将它包
3、围起来。地磁场背着太阳的一面随之被拉伸，形成一个在高层大气之外，形状类似慧星的磁性包层，这就是地球磁层地球磁层。太阳风太阳风与地磁场相持不下所形成的曲面是磁层的边界，叫做磁层顶，到这里也就是到地磁场的边界了。67在向太阳一侧，磁层顶离地心约有5万多到7万多km远；背向太阳一侧，可能达这个数字的100倍以上。磁层的形成，是地球磁场拦截了太阳辐射的带电粒子，还有来自宇宙的射线，使它们未能冲到地面，而是留在高空，环绕地球流动。这对于生物的生存与繁衍具有重要的作用。地磁场中的非偶极子磁场，主要就由这种流动的电磁感应作用而产生。磁场顶实际上是地球的变化磁场与太阳磁场保持相对平衡，时有进退的过渡带。8磁异
4、常磁异常:是地壳浅部具有磁性的岩石或矿石所引起的局部磁场，它也叠加在基本磁场之上。一个地点的磁异常可以首先通过对实测磁场强度进行变化磁场的校正，然后再减去基本磁场的正常值来求得。如所得值为正值称正异常正异常，为负值称负负异常异常。9二、地球历史上的磁场二、地球历史上的磁场不同的物质各有自己的居理点不同的物质各有自己的居理点:地壳岩石的居里点温度一般为500-600，地壳内达到此温度的深度一般在20-30 km（近代火山活动或喷泉地区，居里点深度常仅为km左右）。只有在地表附近的岩石，才可以在地磁场的作用下，具有永久的磁性。在居里点深度之下，地内温度越来越高，因而岩石磁性消失。10在地质时期中，
5、地表附近的岩石（处在在地质时期中，地表附近的岩石（处在居里点温度之下）都被当时的古地磁场居里点温度之下）都被当时的古地磁场所永久磁化。岩石中的这种磁性就称为所永久磁化。岩石中的这种磁性就称为剩余磁性。剩余磁性。借助于各地质时期的借助于各地质时期的岩石剩余磁性岩石剩余磁性，我，我们就可能恢复不同时期的们就可能恢复不同时期的古地磁场古地磁场。利用岩石在形成时期所产生的剩余磁化利用岩石在形成时期所产生的剩余磁化方向就可以用来大致确定古磁北方向，方向就可以用来大致确定古磁北方向，用古磁倾角就可确定当时所处的古纬度用古磁倾角就可确定当时所处的古纬度。1112地磁极的翻转地磁极的翻转 从20世纪40年代开
6、始，由于军事上的需要对海底磁场进行了系统的观测，发现以大洋脊为中心，两侧对称地交替分布着正磁极性(磁极与现代的一致)与反磁极性(磁极与现代相反)的两类岩石；离扩张中心越远，岩石年龄越老。由此得到了海底在不同的时期以不同的速度在扩张的认识，为地球科学中的板块构造理论的出现，提供了重要的依据。13地磁极的翻转地磁极的翻转 随着取得的资料增多，逐步建立了以不同时期地磁极翻转为主要特征的地磁年代表。在磁化岩石中具正极性的与反极性的大致各占一半。一种地磁极性期平均可持续22万年(短的仅持续3万年，长的可达500万年)。每次磁极倒转过程仅持续数百年到上千年，此时表现为磁场强度大幅度减弱，磁极缓慢转动，直到
7、完全翻转，才达到稳定。1415 70年代初，许多学者用“双耦合发电盘”作出了解释：两部线路联通的直流发电机，在运行过程中旋转角速度不同，便会产生扰动、系统电流也将发生变化，当电流扰动加大到一定程度时，系统电流就可反向流动，从而造成磁场的翻转。“双耦合发电盘”模型16四、重力的研究四、重力的研究重力重力 地球自转引起的离心力和地球引力 的合力为地球的重力。重力的大小即其强度，一般用重力加速度来表述，单位为伽(Ga)（1伽=1cm/s2 =103毫加。在国际单位制(SI)中，为m/s2，即“g.u.”；1 mGa1=10 g.u.），这是为了纪念世界上第一位测定重力加速度的物理学家伽利略而命名的。
8、1718重力的大小还要受到离心力的影响:在赤道上，离心力最大；向两极，随纬度的升高而减少，南北极上的离心力等于零。同一物体的重量，赤道上比在两极要轻1/290(地球赤道部分凸出，就是因为离心力的作用)。离心力的大小，还会因地球自转速度的加快或减慢而增减。19不过这些影响相对于引力来说，是微弱的，在地面上，离心力变化的最大值，不超过引力的1/300，重力的方向仍大体是指向地心。现已计算出地表不同纬度上的理论重力值，如赤道重力值一般为978.03伽(离心力可达3.4伽)，两极为983.22伽，两者相差5.19伽。20方将很矿分肯重力作用方向示意图21五、重力的探究五、重力的探究大地水准面大地水准面
9、 由平均海平面所构成并延伸通过陆地 的封闭曲面。重力异常重力异常 实际测得的重力值与理论重力值之间的 差值。实测的重力值与理论重力值存在着差异。测点位置越高，实测重力值就越比理论重力值小。因此实测的结果需要校正，换算成为海平面上的数据。这种校正就称为自由空气校正自由空气校正或高度校正高度校正。校正后的重力异常称为自由空气重力异常自由空气重力异常。在陆地上测量时，测点与海平面之间并非空气，而是岩石。考虑了测点高度及其与大地水准面之间岩石密度的影响而进行的校正，称为布格校正布格校正。经布格校正后的重力异常称为布格重力异常布格重力异常。22 从地下某一深度算起，相同截面积所承载的表面岩石柱体的总质量
10、应趋于相等，这一概念就称为重力均衡重力均衡。从重力均衡的角度对布格异常进一步进行校正，即均衡校正均衡校正。通过均衡校正就得到均均衡重力异常衡重力异常。如果均衡异常值很小，表明该处地壳基本上处于均衡状态。23正均衡异常是指山脉下部较轻岩石的增多对地表山脉隆起的质量补偿不足，存在着质量亏损，也即莫霍面在山下凹陷得还不够，还不足以补偿山脉的隆起，这也就意味着山脉正在隆升、并将进一步隆升。负均衡异常是指莫霍面凹陷过深，浅部岩石过多地补偿了地形的隆起，这意味着该区正在下沉，并将继续下沉.24重力均衡补偿假说a-普拉特假设 b-艾里假设25六、重力在地球演化中的作用六、重力在地球演化中的作用 重力对地球各圈层的形成与重力对地球各圈层的形成与演化，主要起到了趋向平衡与稳演化，主要起到了趋向平衡与稳定的作用，但同时又会在趋向均定的作用，但同时又会在趋向均衡的过程中造成一些圈层间或圈衡的过程中造成一些圈层间或圈层内部的相互作用。层内部的相互作用。2627重点 地磁场三要素地磁场三要素 地磁场的组成：地磁场的组成：基本磁场基本磁场，变化磁场变化磁场，磁异常磁异常 磁偏角，磁倾角，剩余磁性，古地磁场，磁偏角，磁倾角，剩余磁性，古地磁场，磁场翻转磁场翻转 重力异常，布格重力异常重力异常，布格重力异常
