游荡的地磁幽灵

沈宁华

在《天方夜谭》中有一个故事，讲一个叫辛伯达的水手，在航海时，遇到了一座天然磁山，船上的所有铁器都向磁山飞去，最后连钉在船上的铁钉都被吸走了，四分五裂的船便沉入海底.在古时候，水手之间确实流传着在大海的尽头有一座磁山的传说，在海上航行的水手都害怕它．但是地球上并没有故事中的磁山.

发明了指南针以后，人们对于地磁有了许多科学的了解，但是对地磁的本质仍然弄不清楚.有人猜想地磁来自天外的北极星，因为地球的自转轴正好指向这颗星.但是后来发现，北半球的磁极不是正好在地理北极上，而是在北极以南1 600 km加拿大北部的冰原上.科学工作者测出了地理北极和地磁极之间相差的角度，他们把这一偏差叫做磁偏角.

世界上最早发现磁偏角的是我国宋代的科学家沈括，他在《梦溪笔谈》一书中就记述了他的发现．他测出磁针指的不是正南，而略微有些偏东，此发现比欧洲要早400多年.磁偏角的测量首先是由航海家做的.航海家需要精确的方向，水手白天借助太阳，夜晚要看星星来决定航向，这是自古以来的方法，但是在看不见太阳和星星的日子里，就只能依靠罗盘.因此，他们对于罗盘里的磁针是不是正好指北非常关心.

科学家还发现，地球上的磁极不仅和地理磁极不重合（目前磁南极处于加拿大，地理北极和地磁南极相对应），而且正以平均每年7．5 km的速度向地理北极移动.而处于澳大利亚的地磁北极以更快的速度向地理南极移动.科学家根据200余年观测积累的资料，推算出地理北极将和磁南极将在2185年重合，误差约20年.

科学家还研究了数亿年以来的地磁资料，发现历史上有一段时期，地磁的南极曾经位于朝鲜或北大西洋中部，甚至还有一段时间位于非洲.更奇怪的是地磁的南北极曾经互相掉换过位置！据估计在过去的8 000万年中，磁极共颠倒过171次，真像一个游荡的幽灵.

科学家是怎样知道地磁的变化呢？这是通过对地质的研究得来的．火山熔岩中含有天然磁铁矿，磁铁矿可以看成是由许多“小磁铁”组成的.在温度高的时候，这些“小磁铁”的排列是杂乱无章的.但是，在熔岩冷却下来，逐渐变为岩石的过程中，这些小磁铁在地球磁场的作用下，开始按照南北方向顺序排列起来，等到熔岩变硬以后，小磁铁的磁极方向就不能再转动了.因此如果知道这些岩石的生成年代，也就知道了那个年代的地球磁极方向.研究发现，地球磁极颠倒变化没有明显的规律，从3万年到200万年长短不等.

关于地磁产生的机制有多种假说.“自激磁学说”是其中一种观点，认为地球内部是一个发电机，发电机的“导线”是地核中熔化的铁、镍及其氧化物，热对流使它们以约每秒0．5 mm的速度流动，这就像一根运动的导线在磁场（地球原来的磁场）中切割磁力线，产生感应电流，感应电流又制造出一个新的磁场.这种不断循环，最终使地球变成一块巨大的磁铁.科学家利用超级计算机地球模拟装置成功再现了地磁产生的机制，有力地论证了这种原理.地球磁场形成及变化的原因在理论上和定性上已经通过地磁学的电机原理得到了解释.

生活在地球上的千千万万种生物在进化过程中必须适应这个磁场.长期以来人们普遍认为地磁强度太弱不足以影响动物的行为.但是通过对人造磁场的研究，科学家发现许多昆虫和鸟类都是以磁力线为导向的.

那么，生物的指南针藏在什么地方呢？这指南针一定藏在指挥整个机体的司令部——大脑中.科学家已经在海豚的头内发现了被神经纤维所包裹的磁铁，在蜜蜂、鸽子和某些细菌中也发现了氧化铁的颗粒.人们猜想，生物体内的磁粒正如一个罗盘引导着候鸟，从一个洲不远万里来到另一个洲；引导着褐蝶一年一度从北美洲东部到墨西哥中部；引导着鸽子正确地返回家园.

从古至今，科学家一直关注着地磁.地磁不仅为旅行者指引方向，它对地球的生态也有潜在的影响.人们猜想，每一次地磁磁极的颠倒都可能给地球带来一场毁灭性的大灾难，不过这些都是假说，科学家正在努力地探寻．

责任编辑 蔡华杰