地磁场成因新论

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摘要：文章通过对地球结构的研究分析，利用所学的地质学知识和高等物理学知识，推理得知“地核与地幔间巨大温差产生的‘汤姆逊效应’使核幔间产生了热电压和热电荷，热电荷随地球旋转产生了运移电流，运移电流产生了感应磁场，感应磁场使‘岩浆冷却形成地壳岩石时带上了剩余磁场’，地壳岩石的剩余磁场叠加形成了强大的地磁场”。

关键词：地磁场成因新论；热电效应；换相界面；运移电流；居里球面；剩余磁 文献标识码：A

中图分类号：P318 文章编号：1009-2374（2015）23-0023-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2015.23.013

1 概述

地磁场强度约为5×10-5～6×10-5特斯拉，N极的地理位置位于南极东经140°2′、南纬65°18′（1986年测定）；S极位于北极西经139°24′、北纬65°48′（1980年测定）。关于地磁场的成因有多种假说：1900年提出“地球表面和内部分别分布着数量相等、符号相反的电荷随地球旋转形成闭合电流并产生磁场假说”，后来被放弃；1939年提出地球内部的放射性物质产生热量，使熔融物质发生连续的对流，这样产生温差电动势和温差电流，电流产生磁场的“温差电效应说”；1945年物理学家埃尔萨塞根据磁流体发电机的原理，建立了“地核发电机磁场说”，该学说违背了能量守恒原理，被人们放弃；1947年英国物理学家布莱克特提出了“巨大转体说”，布莱克特专门设计了一种“测弱磁场的高灵敏度仪器”，实验结果的量值远远低于实际量值；拉莫尔首先提出和后来埃尔萨塞、帕克和布拉德等人完善的“自激发电机说”，通过大型计算机模拟计算，产生的数值非常微小；1954年提出“霍尔效应”说，地球内部由于温度不均匀产生的温差电流和原始微弱磁场，霍尔电流产生地磁场；近几年有人提出“地幔对流及地核发电学说”，由于存在“黏滞性流体流阻能量消耗补充的问题、发电原始磁场提供来源问题和感生电流与感应磁场方向与地磁场实际方向不符问题”，该学说也被

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2 地磁场成因新观点

地核的最高温度在5900℃左右；地壳与地幔交界处的温度在690℃左右；地表温度在20℃左右，地核地幔地壳存在巨大的温差。高温岩浆是导体或半导体，岩浆的温差就可产生温差电压和温差电场，这是“汤姆逊效应”所决定的。地核的温度很高，高温原子能产生高能辐射波。热电压与高能热辐射共同作用就会产生热辐射电效应（原理同光电效应），释放出热电子。热电子在单向热电场的作用下，由地核流向地壳。在地球演化过程中，岩浆冷却结晶形成了地壳，结晶的岩石是弱导电体，没结晶的地幔岩浆是强导电体，这样就在岩壳与岩浆的球形换相界面处形成了一个类似于二极管中P-N结的分界层，在岩石一侧带上负电子，在岩浆一侧带上空穴正电荷。由于地核与地幔间有热电场，在热电场作用下，地核中的热电子大量运移到地幔内与正电空穴中和，结果在地核中产生了大量的空穴正电荷，在地壳岩石的下部积累了大量的负电荷。

移动的热电荷产生的静电场平衡了热电场，因此在地球半径方向上的合电场成为0，地球径向上没法形成电流。地球是一个天然的自转体，自转周期T=24小时，地壳下部聚集的负电荷量为Q1，地球自转带动地壳下部负电荷转动，因此产生了与地球转动反向的地壳运移电流I1=Q1/T；地核内聚集的正电空穴电荷量为Q2，地核内的空穴正电荷随地球旋转，产生了与地球转动同向的地核运移电流I2=Q2/T。

地壳运移电流I1是由负电子随地球旋转形成的环流，平行于赤道平面，电流流向与地球的转动方向相同，流动方向自东向西旋流。用右手螺线法则判定每一个电子环流产生的感应磁场方向先向南后向北。地核内的空穴正电荷随地球旋转形成的环流也平行于赤道平面，运移电流产生的感应磁场方向先向北后向南。这样就在地球内部出现了地壳感应磁场B1和地核感应磁场B2两个磁源。地壳感应磁场B1和地核感应磁场B2这两个磁源分别在地核、地幔和地壳三个圈层空间内叠加又形成了三个不同的磁场空间。在空穴正电荷分布球面半径内侧，B2>B1，形成的复合磁场以地核感应磁场B2为主，磁场方向北为N极，南为S极；在地幔中，B2与B1叠加后的磁场方向不好确定；在地壳附近，B1>B2，形成的复合感应磁场以地壳感应磁场B1为主，感应磁场方向北是S极，南是N极。

岩石的磁化强度与岩浆冷却时的温度有关，岩石的磁化率在600℃时最大，超过600℃的居里点磁性就突然消失。岩石的固化温度在690℃～730℃，600℃的岩石处于半导体状态，正好适合电子聚集，由此推测地球产生的运移电流I1及产生的感应磁场B1就临近居里面，这样为岩浆冷却成地壳岩石被磁化时提供了最大的磁化强度，从而使岩石获得了较大的剩余磁性，以至于有的岩浆岩（或玄武岩）达到25000×10-6CGSM。随着地球温度的降低，地壳岩石始终不断增厚，位于岩石底部的居里球面、负电荷聚集面都在不断向深部移动，运移电流I1产生的感应磁场B1始终不断使岩浆在冷却结晶过程中创造出更多更厚的磁化地壳岩石。地球演化了46亿年，岩浆冷却形成了5～70千米的地壳，因此也就形成了5～70千米磁性岩石。运移电流I1很小，产生的感应磁场B1也很小，由于整个岩石地壳都带磁性，全部地壳岩石的剩余磁场叠加在一起就形成了强大的地磁场。

3 推论

地核、地幔和地壳间的热传递产生了热电压和热电压场；热电场作用使负电荷移向地壳，在地壳下形成负电荷聚集层；地核部位失去负电子形成空穴正电荷聚集层；地壳负电荷随地球旋转形成地壳运移电流，地核空穴正电荷随地球旋转形成地核运移电流；运移电流产生感应磁场，地壳感应磁场使岩浆冷却形成壳岩石时带上剩余磁；地壳岩石的剩余磁场叠加就形成了强大的地磁场，这是地球发电生磁的全过程。“核幔岩浆的热电效应与地球自转配合是地球发电产生磁场的根本原因”。该模型具有共性和普世性，宇宙中其他星球产生磁场的原因与地磁场的成因应该雷同。

参考文献

[1] 严导淦.物理学[M].北京：高等教育出版社，1993.

[2] 彭寿斌.地球的成因研究[J].中国高新技术企业，2010，（22）.

[3] 管守锐，赵澄林.岩浆岩及变质岩简明教程[M].东营：石油大学出版社，1991.

作者简介：彭寿斌（1963-），男，山东利津人，中国石化胜利油田有限公司孤东采油厂工艺研究所高级工程师，研究方向：石油地质勘探与开发，原子物理、地球物理和天文天体。