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生命的保护神：地磁场

地球磁场分为地面磁场和高空磁场（又叫磁层）。

我们用磁场强度和磁感应强度两个物理量来描述磁场性质（磁场强弱和方向）。空间中某一点的磁场强度的度量是用（吸引或排斥）力的大小和方向来表示。由于磁场是电流或运动电荷引起的，且磁场是矢量，铁磁性材料在磁场中会发生磁化，所以，磁场的作用一般是指合磁场的作用。

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地磁场的磁感应强度大约是2--6×10-5T。地面附近的磁场强度大约有：5×10-5T，赤道附近较弱：2×10-5T～4×10-5T，两极较强约为：6×10-5T。我们感知一下地磁场的强度。一根长为500m电流为10A的导线受到地磁场的磁场力约为0.2N。和太阳系中其它星体的磁场相比，地球的磁场强很多。月球上没有磁场作用。

人类如何知道地磁的存在以及地磁的磁极呢？主要是用转换法。即把地磁场的存在和方向转换为小磁针的N极指向。因为小磁针在地磁场中某点指向是唯一的，且小磁针的指向就是磁感线上某点的地磁场方向（注意：这三个方向是统一的，某点的切线方向，某点的磁场方向，某点小磁针N极受到的磁场力方向）。根据小磁针的指向和磁感线走向的规定（磁感线是从N极出来回到S极的一条条不重合的封闭曲线，直线是曲线的一种），就可以知道地磁的南北极了。两个磁极的连线叫磁子午线。磁子午线与地理子午线并不重合，大致呈11.5度的夹角，叫磁偏角，是我国古代科学系沈括首先发现的。

地磁场的方向的确定

地磁场的形状和条形永磁体磁场形状相似，其表面存在一个磁性最弱的地带，叫做磁赤道。磁赤道与地理赤道也是不重合的。地磁场的北（N）极在地理南极附近，地磁场的南（S）极在地理北极附近。地球周围的磁感线是从地磁的N级到S级，所以在赤道上方磁感线是水平向北的，竖直分量为零。在北半球表面，磁感线是向北偏下方的，所以有水平向北的分量和竖直向下的分量；在南半球表面，磁感线是向北偏上方的，所以有水平向北的分量和竖直向上的分量。

地理的南北极与地磁南北极相反

条形磁体的磁场

为什么地球有磁场？铁磁性物质的存在是产生磁场的先决条件。1945年，物理学家埃尔萨塞根据磁流体发电机的原理推理，地磁场的起源由地核内液态铁流动造成的。"当液态的外地核在最初的微弱磁场中运动，像磁流体发电机一样产生电流。电流的磁场又使原来的弱磁场增强，这样外地核物质与磁场相互作用，使原来的弱磁场不断加强"，"由于摩擦生热的消耗，磁场增加到一定程度就稳定下来，形成了现在的地磁场"。对于这种观念，只是一种推理，难以用事实来验证，另一方面，地球内部铁磁性物质不一定是流动的，即使是流动的，也不一定向一个方向流动（转动或环流），更有人推理，地球内部可能是"空心"的。

本人推理，宇宙形成后，宇宙中充满着各种高速运动的射线和带电粒子，（相当于电流）形成巨大的电磁场，小颗粒地球在宇宙中高速直线运动，地球内部的铁（硬）磁性物质发生了磁化，同时，又切割磁感线运动产生了感应电流，电流磁场与原磁场的叠加，增强了地球磁场强度，直到被太阳所俘获。现代科学证实，宇宙就是一个很大的"场"，充满了暗物质、暗能量。"场动生波"，引力波的本质可能也是一种电磁波。

科学家对地球内部磁场的研究源于对岩石的研究。岩石中的铁磁性物质，在温度达到某一个值时，就会在地磁场的作用下发生有序排列。当温度下降到某一温度时，就不受地磁的影响，这样，岩石就记录了磁场的方向（科学家居里夫人首次发现的，这个温度有人叫居里点，不同的物质居里点不一样的）。根据启发，在1906年，法国一位科学家（布荣）又在火山熔岩中发现了岩石的磁记录，惊奇的是，岩石的磁记录和现在的地磁极相反。于是推测，地球的磁场可能发生过倒转。进一步研究发现，在海洋底部的玄武岩有对称的磁异常带。岩石的磁记录证明地球发生过剧烈的地壳运动，是大陆漂移的有力证据。

我国科学家通过研究兰州三星洞内的石笋，也有发现，地磁的南北极可快速倒转，周期大约一百年时间。资料显示，在非洲大陆地下，隐藏着一个直径约2900Km巨型密度较大的岩石，正在控制着地磁场的变化。

对于地磁变化原因，本人推理，地核中含有大量熔化并流动的铁磁性物质，只要流动的速度发生变化，地磁强弱就有可能发生变化，如果流动方向发生改变，地磁的方向就会发生改变。

地球外部磁场的稳定性，与太阳的变化（太阳风）、月球的运动、季节的变化等有关，其中，影响最大的是太阳风。

对高空磁场影响较大的主要是太阳发出粒子流(太阳风)，当太阳活动激烈或高空磁场与太阳风发生碰撞时，高空磁场边缘可被压缩，范围变小（一般情况高空磁场的厚度可达到10个地球半径左右）。高空磁场的作用，主要是俘获能量很强的带电粒子，如：太阳风中的质子和电子，保护地球生物，使人类不致于受宇宙线的轰击。但是，地球的二极并没有这种保护作用，因此，在二极飞行时，须特别防止高能粒子的轰击，只有在掌握高能粒子袭击的规律、强度、范围的条件下，才能保证安全。

太阳风与地磁场

地磁外部磁场的变化还与太阳黑子活动情况有关。太阳黑子爆发时释放出的能量相当于几十万颗氢弹爆炸的威力，同时喷射出大量的带电粒子。这些高速运动的带电粒子形成强大磁场与地磁场叠加，使正常的地磁要素发生剧烈变化（这叫"磁暴"），指南针会失去指向的作用，短波广播可能突然中断，北极会出现美丽的极光。

人类研究地磁场的主要目的，让地磁场为人类提供服务。我们把地球上各点的地磁场方向、强弱、磁偏角、变化规律等有关数据记录下来，并用计算机绘制成图，就可以给地质工作者提供指导。其中，磁偏角是航海、航空、军事指挥、野外生存等方面最重要的数据。由于磁偏角的存在，指南针的指向并不是地理上的正南和正北，所以，准确的定位，必须有一个"校正系数"（磁偏角）。一般情况，用磁罗盘（电磁罗盘）获取地磁的方位角，在知晓当时当地磁偏角数值的基础上，方可确定地理方位或航行路线。

地磁场变化为探测某些矿藏提供重要依据。某些地区磁场异常，飞机通过其上空时，会感觉异常，如磁电式仪表短时失去作用，指南针短时指向混乱，飞机的升力突然发生变化等。利用地磁异常可探测和寻找铁、镍、铬、金等金属矿藏，有时还可以意外地发现地下石油等资源。

发生强烈地震之前，地磁的三要素（磁感应强度，磁偏角，磁倾角）会发生改变，这是由于地壳中的岩石受力变形时，磁性发生改变的缘故。表现为天空出现极光，对地磁场变化敏感的动物有异常举动，如鸽子、某些洄游鱼类。

尽管地磁场的强度较弱，但对地球生物的影响不能忽略。因为，生物本身也有弱磁场。

生物磁场的本质是电流磁场，电流磁场由电流或运动电荷引起的磁场。导电的物体在磁场中运动，会产生感应电流（电压），感应电流又产生磁场，直到某种稳定。生物体内存在变化的生物电。所以生物也是一个磁体，存在着弱磁场。例如：心磁场、脑磁场、肺磁场等。人体磁场强度约在10-10～10-13T之间，约是地球磁场强度的万分之一到千万分之一。

生物磁场的产生。由于生物膜两侧的体液浓度不同，导致膜的二侧渗透压不同，使离子产生移动，移动的电荷就产生了生物电流和磁场。另外，有些生物体内本来就含有一些磁性物质，如鸽子。有些生物会经呼吸道吸入或经消化道食入磁性物质到体内而产生磁场，如禽类会啄食一些铁沙粒以帮助消化，人类饮用磁化水等。

在正常的地磁场环境中，地球才能孕育生命，生物才能辨别方向。生物罗盘就是一个有力的证明。鸽子是根据地磁场的方向来"导航"的，地磁发生异常，鸽子就会迷失方向。科学家做过实验，在鸽子的腿上绑上一块永磁体，鸽子就找不到了回家的路。鱼类的产卵洄游，每到繁殖季节，为了寻求适宜的产卵环境，保证鱼卵和幼鱼的良好发育，它们依靠地磁场的导航来到固定的地点产卵。如淡水鱼鳗鲡，要洄游数千公里到海洋深处产卵。大马哈鱼要反向游动数千公里进入江河上游产卵，路程之长，可谓是"二万五千里长征"。候鸟也是依靠地磁场的导航长途迁徙。

鱼类的洄游

这些动物的组织和器官中含有磁性细胞（物质）。这些磁性细胞（磁性物质）叫生物指南针。

作为高级动物----人类，与磁也有着密切的关系。人体内,生命活动产生的生物电流，如心电流、脑电流等，必然产生生物磁场。人类心理状态和喜怒哀乐会直接影响心磁场和脑磁场的强度，如果人工干预心、脑磁场的强度，就可以达到治疗和保健的作用，这就是磁疗。如中医磁石就是一种镇静药。磁化杯、磁化水、磁枕、磁腰带等对人体都有一定的保健作用，地磁场对人类的生命活动也有影响。

地磁场对植物、微生物的生长也有影响，因为植物微生物也是生命的一种形式，其生命的机理和动物差不多。二十世纪60--70年代，人类发现了一种趋磁细菌，他们生活在北半球，顺着磁感线方向运动，生活在南半球却逆着磁感线运动。趋磁细菌的显著特证就是在体内可以合成纳米级的磁性材料，如四氧化三铁、胶黄铁矿等磁小体。植物的牵牛花等逆时针攀缘生长。

牵牛花

总之，地磁场是生物生存条件中不可缺少的环境因素之一，了解地磁场的知识，对于生物的健康、生长、繁殖、迁移等有着重要的作用。

1、参考资料：辛克勒的地磁场和生命。

2、名词解释：地磁三要素。磁感应强度：地磁场的强弱。磁偏角：地理上的子午线和地磁的磁子午线（静止的小磁针N极指向），磁倾角：地球上某点的磁场方向与地表水平面之间的夹角。最大的磁倾角达90。，最大的磁偏角达180。

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