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1、第期中国科学基金·学科发展·地磁学与地球内部过程‘朱日祥,中国科学院地球物理研究所北京仁摘要〕有关地球磁场极性倒转周期、稳定的地磁极性间隔、极性倒转过程的持续时间以及快速倒转等现象的时间尺度与地球内部物理化学过程之间的相关性,是当代地球科学的前沿课题之、一地球磁场起源理论研究则是古老而富有挑战的科学难题研究地球内部的结构物质组成和物理化学特征及动力学过程是认识社会持续发展过程中的资源、环境与灾害三大主题的重要途径。本文对上述领域的研究成果进行了总结分析,并提出了自己的看法。,,「关键词地磁学
2、地磁极性倒转地球内部过程引言,地球是人类赖以生存和活动的空间环境而地球内部蕴藏着人类社会发展和繁荣所需要,。的各种物质资源同时也是各种灾害和影响大地变迁的策源地地球内部物质运动过程制约,,,着地球各圈层的祸合和物质与能量的交换包括岩石圈大气圈水圈和生物圈以及地球内部各圈层。在它周围发生的各种物理现象都是相互联系,相互依赖,相互制约,相互作用的。,。许多重大的地学问题都应当从发展和系统的观点去研究才能取得突破性的进展地磁场是,,地球表面最主要的物理场之一其变化特征既反映地球内部流体运动的不同状态又与太阳活动等外部因
3、素有关。因此,电磁空间环境是地球系统和全球变化研究的重要内容之一。地磁极性倒转与地球深部过程’,,〕有关地磁极性倒转现象是在本世纪初发现的但直到年代的地学革命才使这一研究得以发展,建立了亿年以来较为详细和准确的地磁极性年表。随着研究的深入,极,性转换期间地球磁场形态学成为当代地磁学科的前沿课题特别是转换场时空变化特征与地球内部过程的关系是地球科学家关注的热点之一。发电机理论研究表明,地核内流体的运动,。可产生正负极性的磁场但从理论上计算地球磁场如何改变其方向则是非常艰难的问题实,。际观测揭示了地
4、球磁场在几百年范围内就会发生很大的变化并有可能发展成为极性倒转川,因此借助于相对比较完善的地磁长期变化理论可以加深我们对地磁极性倒转的认识对倒,。,转周期为年的太阳磁场的研究为我们认识地磁极性倒转提供了另一途径另一方面古万地磁学研究表明地磁极性倒转的周期约为年川稳定的地磁极性间隔约为万本文于年月日收到年度“国家杰出青年科学基金”获得者中国科学基金年,年图极性倒转过程与地球磁场方向变化相联系的持续时间约几千年困在此期间地球磁场强度减弱到极性稳定期间的一
5、。由于极性转换的持续时间比极性稳定的时间要短得,,。多这就给古地磁学研究带来更大的困难并需要我们提供大量的数据来确定转换场的形态,,一些研究者认为极性转换期间虚地磁极的分布是随机的所谓优先分布经度带是由,沉积剩磁的平均效应和采样点分布的不均匀性现有的采样点主要位于西欧和北美引起的。,而实际的转换场并非如此简单由熔岩流测定的转换场不存在剩余磁性的平均效应但,,能记录转换场的熔岩流是非常少的而且缺乏较准确的定年手段因而很难由熔岩流的剩磁。提供转换场的较完整信息根据由熔岩流得
6、出的结果研究了转换场的分布特征川。最近,等利用特殊的统计方法闭,证实了现已获得的极性转换期间虚地磁极确实存在优先分布经度带。但他们所利用的采样点的经度大多数与环太平洋。分布的虚地磁极经度差是度根据现代地球磁场的分析认为川虚地磁极。因,与采样点经度差为度是地磁非偶极子场的固有特征此为了进一步认识极性转换期间,虚地磁极的分布特征及其与地球内部其它物理现象的可能相关性在环太平洋区域选择适用研究极性转换期间地球磁场形态的剖面是非常重要的。近年来,我们利用中
7、国黄土沉积物和,火山熔岩流对极性转换期间地球磁场时空分布特征进行了较为深入系统的实验和理论研究,巨〕,发现一个完整的极性转换过程是由多次快速倒转构成每次快速倒转经历的时间约几百年而不是过去人们普遍认为的几千年。在这些实验结果的基础上,提出地球磁场从正极性到负,极性或从负极性到正极性的快速倒转在时间分布上随机性的新观点并进一步确定了极性转,。,换期间地磁极主要环太平洋分布与采样点位置以及倒转方向无关同时理论地球物理研,,一究结果表明地核内流体的运动在太平洋区域为低速区地震波在下地慢的传播速度在环太平洋区域为高速区
8、低温区。据此,我们提出地球磁场倒转不仅受控于地核内流体运动状,。态的变化而且与下地慢的结构有关从这一新观点可以引伸出两个与过去传统观念不同的,,推论其一在极性转换期间地球磁场仍以偶极场为主其二用地球磁场在地表的分布状。,‘。,态可以反演地球深部的动力学过程值得注意的是和从理论上证明仁〕非偶极子场同样可以产生环太平洋分布
