地磁場成因新論
研發設計
作者：彭壽斌
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‘岩漿冷卻形成地殼岩石時帶上了剩餘磁場’，地殼岩石的剩餘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；換相界麵；運移電流；居裏球麵；剩餘磁 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極的地理位置位於南極東經140°2′、南緯65°18′（1986年測定）；S極位於北極西經139°24′、北緯65°48′（1980年測定）。關於地磁場的成因有多種假說：1900年提出“地球表麵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並產生磁場假說”，後來被放棄；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於實際量值；拉莫爾首先提出和後來埃爾薩塞、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，地球內部由於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”，由於存在“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。高溫岩漿是導體或半導體，岩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，岩漿冷卻結晶形成了地殼，結晶的岩石是弱導電體，沒結晶的地幔岩漿是強導電體，這樣就在岩殼與岩漿的球形換相界麵處形成了一個類似於二極管中P-N結的分界層，在岩石一側帶上負電子，在岩漿一側帶上空穴正電荷。由於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，在地殼岩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。