地球磁場的成因是什麽?

磁場是由運動中的電荷産生的。在條形磁鐵中，移動的電荷是繞原子運行的電子。在地球上，它們是由鐵水循環電流傳遞的電子。

細節尚不清楚。但是，基本上，地球外層液態鐵核中的熱物質會膨脹，變得比周圍環境的密度小，因此會上升。冷卻後密度減小，它會再次下沉。但地球的自轉阻止了這一點。

因此，液體在核心周圍循環，不同層之間的摩擦使它們帶電——就像塑料梳子摩擦尼龍毛衣一樣。正是這些移動的電荷産生了地球的磁場。

因此，行星磁性的兩個必要條件是有一個液態的地核和自轉。我們之所以知道這一點，是因爲金星雖然和地球差不多大，但基本上沒有磁場。這顆行星的核心是液態的，但自轉速度很慢，每243個地球日才自轉一次。

爲什麽地球磁極會移動?

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雖然地球的磁場與條形磁鐵非常相似，有北極和南極，但它並不穩定，因爲它是由地球內部複雜的過程産生的。這些會導致磁極漂移。

曆史上，北極以每年15公裏的速度移動。但自20世紀90年代以來，它加速了，現在正以每年55公裏的速度向西伯利亞移動。這是推測，但這可能預示著“磁極反轉”，即地磁北極和南極改變位置。在過去的7100萬年裏，這種情況發生了171次，我們早該反轉了。

基于衛星觀測的地球磁場模型表明，目前的磁場漂移是地球深處異常強烈的磁場“斑點”之間鬥爭的結果。至于地球磁場的翻轉，沒有人能百分之百地確定爲什麽會發生這種情況。

如果磁場消失了會發生什麽?

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科學家們通過測量大西洋中部山脊兩側的磁場，發現了地磁倒轉。從這些山脊中，熔岩就像牙膏從管子中擠出一樣。當它凝固時，它的晶體會沿著當時地球磁場的方向排列，留下一段倒轉的“磁帶錄音”。

據信，地磁倒轉發生在1000到10000年之間，在此期間，地磁會縮小到零，然後以相反的極性再次增長。因此，曾經有一段時間——甚至可能是幾個世紀——地球基本上沒有磁場。

這對生命來說是危險的，因爲地球的磁場延伸到太空很遠的地方，在地球周圍形成了一個保護泡，保護地球表面免受太陽“太陽風”粒子的飓風和來自深空的高能“宇宙射線”粒子的傷害。

通常情況下，它們會安全地聚集在兩極，形成極光。如果沒有防護場，這種致命的輻射會增加活細胞的突變率，導致動物患上癌症。盡管如此，生命還是經受住了大量這樣的事件而沒有被消滅。

地球磁場有多穩定?

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地球磁場取決于在地球動蕩的內部循環的熔融物質所攜帶的電流，這一事實意味著它本質上是可變的，正如目前磁北極的漂移所證明的那樣(令人驚訝的是，磁南極的漂移速度沒有那麽快)。

但值得注意的是，這種劇烈的內部震動所産生的磁場在99.9%的時間裏是相對穩定的。正是地球磁場的穩定性，以及它所提供的保護的可靠性，才使得地球上的生命能夠持續存在至少38億年。

動物是如何利用磁場導航的?

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許多生物表現出非凡的導航能力。因此，人們懷疑它們有某種磁感，使它們能夠探測到兩極之間的磁力線。然而，事實證明，確定其機制是困難的。但2021年，日本科學家對多年前發現的一個過程進行了研究，取得了進展。

上世紀70年代，美國研究生理查德·布萊克莫爾(Richard Blakemore)觀察到，單細胞生物在一個泥濘的池塘中朝著固定的方向流動，並表明它們對磁場有反應。生物學家後來發現，這種單細胞生物含有小袋磁性氧化鐵或硫化鐵。

現在，東京大學的Noboru Ikeya和Jonathan Woodward已經證明，磁場會引起化學變化，從而影響細胞行爲。他們借助一種細胞化學物質實現了這一目標，這種化學物質會根據外部磁場發出熒光。當他們在細胞附近揮動磁鐵時，這種化學物質的亮度降低了3.5%。