游蕩的地磁幽靈

沈?qū)幦A

在《天方夜譚》中有一個(gè)故事，講一個(gè)叫辛伯達(dá)的水手，在航海時(shí)，遇到了一座天然磁山，船上的所有鐵器都向磁山飛去，最后連釘在船上的鐵釘都被吸走了，四分五裂的船便沉入海底.在古時(shí)候，水手之間確實(shí)流傳著在大海的盡頭有一座磁山的傳說，在海上航行的水手都害怕它．但是地球上并沒有故事中的磁山.

發(fā)明了指南針以后，人們對(duì)于地磁有了許多科學(xué)的了解，但是對(duì)地磁的本質(zhì)仍然弄不清楚.有人猜想地磁來自天外的北極星，因?yàn)榈厍虻淖赞D(zhuǎn)軸正好指向這顆星.但是后來發(fā)現(xiàn)，北半球的磁極不是正好在地理北極上，而是在北極以南1 600 km加拿大北部的冰原上.科學(xué)工作者測出了地理北極和地磁極之間相差的角度，他們把這一偏差叫做磁偏角.

世界上最早發(fā)現(xiàn)磁偏角的是我國宋代的科學(xué)家沈括，他在《夢(mèng)溪筆談》一書中就記述了他的發(fā)現(xiàn)．他測出磁針指的不是正南，而略微有些偏東，此發(fā)現(xiàn)比歐洲要早400多年.磁偏角的測量首先是由航海家做的.航海家需要精確的方向，水手白天借助太陽，夜晚要看星星來決定航向，這是自古以來的方法，但是在看不見太陽和星星的日子里，就只能依靠羅盤.因此，他們對(duì)于羅盤里的磁針是不是正好指北非常關(guān)心.

科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)，地球上的磁極不僅和地理磁極不重合（目前磁南極處于加拿大，地理北極和地磁南極相對(duì)應(yīng)），而且正以平均每年7．5 km的速度向地理北極移動(dòng).而處于澳大利亞的地磁北極以更快的速度向地理南極移動(dòng).科學(xué)家根據(jù)200余年觀測積累的資料，推算出地理北極將和磁南極將在2185年重合，誤差約20年.

科學(xué)家還研究了數(shù)億年以來的地磁資料，發(fā)現(xiàn)歷史上有一段時(shí)期，地磁的南極曾經(jīng)位于朝鮮或北大西洋中部，甚至還有一段時(shí)間位于非洲.更奇怪的是地磁的南北極曾經(jīng)互相掉換過位置！據(jù)估計(jì)在過去的8 000萬年中，磁極共顛倒過171次，真像一個(gè)游蕩的幽靈.

科學(xué)家是怎樣知道地磁的變化呢？這是通過對(duì)地質(zhì)的研究得來的．火山熔巖中含有天然磁鐵礦，磁鐵礦可以看成是由許多“小磁鐵”組成的.在溫度高的時(shí)候，這些“小磁鐵”的排列是雜亂無章的.但是，在熔巖冷卻下來，逐漸變?yōu)閹r石的過程中，這些小磁鐵在地球磁場的作用下，開始按照南北方向順序排列起來，等到熔巖變硬以后，小磁鐵的磁極方向就不能再轉(zhuǎn)動(dòng)了.因此如果知道這些巖石的生成年代，也就知道了那個(gè)年代的地球磁極方向.研究發(fā)現(xiàn)，地球磁極顛倒變化沒有明顯的規(guī)律，從3萬年到200萬年長短不等.

關(guān)于地磁產(chǎn)生的機(jī)制有多種假說.“自激磁學(xué)說”是其中一種觀點(diǎn)，認(rèn)為地球內(nèi)部是一個(gè)發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)的“導(dǎo)線”是地核中熔化的鐵、鎳及其氧化物，熱對(duì)流使它們以約每秒0．5 mm的速度流動(dòng)，這就像一根運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)線在磁場（地球原來的磁場）中切割磁力線，產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流又制造出一個(gè)新的磁場.這種不斷循環(huán)，最終使地球變成一塊巨大的磁鐵.科學(xué)家利用超級(jí)計(jì)算機(jī)地球模擬裝置成功再現(xiàn)了地磁產(chǎn)生的機(jī)制，有力地論證了這種原理.地球磁場形成及變化的原因在理論上和定性上已經(jīng)通過地磁學(xué)的電機(jī)原理得到了解釋.

生活在地球上的千千萬萬種生物在進(jìn)化過程中必須適應(yīng)這個(gè)磁場.長期以來人們普遍認(rèn)為地磁強(qiáng)度太弱不足以影響動(dòng)物的行為.但是通過對(duì)人造磁場的研究，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)許多昆蟲和鳥類都是以磁力線為導(dǎo)向的.

那么，生物的指南針藏在什么地方呢？這指南針一定藏在指揮整個(gè)機(jī)體的司令部——大腦中.科學(xué)家已經(jīng)在海豚的頭內(nèi)發(fā)現(xiàn)了被神經(jīng)纖維所包裹的磁鐵，在蜜蜂、鴿子和某些細(xì)菌中也發(fā)現(xiàn)了氧化鐵的顆粒.人們猜想，生物體內(nèi)的磁粒正如一個(gè)羅盤引導(dǎo)著候鳥，從一個(gè)洲不遠(yuǎn)萬里來到另一個(gè)洲；引導(dǎo)著褐蝶一年一度從北美洲東部到墨西哥中部；引導(dǎo)著鴿子正確地返回家園.

從古至今，科學(xué)家一直關(guān)注著地磁.地磁不僅為旅行者指引方向，它對(duì)地球的生態(tài)也有潛在的影響.人們猜想，每一次地磁磁極的顛倒都可能給地球帶來一場毀滅性的大災(zāi)難，不過這些都是假說，科學(xué)家正在努力地探尋．

責(zé)任編輯 蔡華杰