第二章地磁场
地磁场对人类的生存和活动都有着重要意义。行军、航海利用地磁场对指南针的作用来定向。人们还可以根据地磁场在地面上分布的特征寻找矿藏。地磁场的变化能影响无线电波的传播，当地磁场受到太阳黑子活动而发生强烈扰动时，远距离通讯将受到严重影响，甚至中断。假如没有地磁场，从太阳发出的强大的带电粒子流（通常叫太阳风），就不会受到地磁场的作用发生偏转而直射地球。在这种高能粒子的轰击下，地球的大气成份可能不是现在的样子，生命将无法存在。所以地磁场这顶“保护伞”对我们地球生命来说至关重要。
§1指南针
每块磁铁两头都有不同的磁极，一头叫S极，另一头叫N极。我们居住的地球，就可以看作是一块天然的大磁体，在地球南北两头也有不同的磁极，靠近地球北极的是S极，靠近地球南极的是N极。我们知道，同性磁极相斥，异性磁极相吸引，所以，不管在地球表面的什么地方，拿一根可以自由转动的磁针，它的N极总是指向北方，S极总是指向南方，这个磁针，我们把它叫做指南针。
二千多年以前，也就是中国的春秋战国时候，中国人已经用铁来制造农具了。人们在寻找铁矿的时候，就发现了磁铁，并且知道它能够吸铁。秦朝的时候，还有这样有趣的传说，秦始皇统一中国之后，在陕西咸阳造了一个很大的阿房宫，阿房宫中有一个磁石门，完全用磁铁造成。如果有谁带着铁器想去行刺，只要经过那里，磁石门就会把这个人吸住。
根据中国古书记载，汉武帝时候，胶东有个栾大，献给汉武帝一种斗棋。这种棋子一放到棋盘上，就会互相碰击，自动斗起来。汉武帝看了非常惊奇。原来栾大的棋子是用磁石做的，所以有磁性，能互相吸引碰击，只是汉武帝不懂其中道理罢了。
北宋时，曾公亮在《武经总要》载有制作和使用指南鱼的方法：“用薄铁叶剪裁，长二寸，阔五分，首尾锐如鱼型，置炭火中烧之，侯通赤，以铁钤钤鱼首出火，以尾正对子位，蘸水盆中，没尾数分则止，以密器收之。用时，置水碗于无风处平放，鱼在水面，令浮，其首常向午也。”这是一种人工磁化的方法，它利用地球磁场使铁片磁化。即把烧红的铁片放置在子午线的方向上。烧红的铁片内部分子处于比较活动的状态，使铁分子顺着地球磁场方向排列，达到磁化的目的。濽入水中，可把这种排列较快地固定下来，而鱼尾略向下倾斜可增大磁化程度。人工磁化方法的发明，对指南针的应用和发展起了巨大的作用。在磁学和地磁学的发展史上也是一件大事。北宋的沈括在《梦溪笔谈》中就提到另一种人工磁化的方法：“方家以磁石摩针锋，则能指南。”按沈括的说法，当时的技术人员用磁石去摩擦缝衣针，就能使针带上磁性。从现在的观点来看，这是一种利用天然磁石的磁场作用，使钢针内部磁畴的排列趋于某一方向，从而使钢针显示出磁性的方法。这种方法比地磁法简单，而且磁化效果比地磁法好，摩擦法的发明不但是世界上最早，而且为有实用价值的磁指向器的出现，创造了条件。
指南针的发明是中国人，在长期的活动中对物体磁性认识的结果。由于生产过程中，人们接触了磁铁矿，开始了对磁性质的了解。人们首先发现了磁石引铁的性质。后来又发现了磁石的指向性。经过多方的实验和研究，终于发明了可以实用的指南针或罗盘。
指南针一经发明很快就被应用到军事、生产、日常生活、地形测量等方面，特别是航海上。指南针在航海上的应用有一个逐渐发展过程。成书年代略晚于《梦溪笔谈》的《萍洲可谈》中记有：“舟师识地理，夜则观星，昼则观日，阴晦则观指南针。”这是世界航海史上最早使用指南针的记载。文中指出，当时只在日月星辰见不到的时候才使用指南针，可见指南针刚开始使用时，使用还不熟练。二十几年后，许兢的《宣和奉使高丽图经》也有类似的记载：“惟视星斗前迈，若晦冥则用指南浮针，以揆南北。”到了元代，指南针一跃而成海上指航的最重要的仪器了。不论昼夜晴阴都用指南针导航了。而且还编制出使用罗盘导航，在不同航行地点指南针针位的连线图，叫做“针路”。船行到某处，采用指针位方向，一路航线都一一标识明白，作为航行的依据。
沈括在他的《梦溪笔谈》中还提到他对指南针的用法做过四种试验，即水浮法、缕悬法、指甲法和碗唇法。“水浮法”是把指南针放在有水的碗里，使它浮在水面上，指示方向。“缕悬法”就是在磁针中部涂上一些蜡，上面粘上一根丝线，把丝线悬在木架上，针下安放一个标有方位的圆盘，静止时钢针就指示南北。“指甲法”就是把钢针放在手指甲面上，轻轻转动，由于手指甲的光滑，磁针就和司南一样也能发生指南作用。“碗唇法”是把磁针放在光滑的碗边上，转动磁什，便和指甲法一样发生指南作用。沈括经过精密的观察实验，还发现磁针指示的方向并不是正南正北，而是微偏西北和东南，这种发现在科学上叫“磁偏角”的发现。
中国“四大发明”之一的指南针，辗转传入欧洲后在航海史中发挥出不可替代的作用。但是科学史清楚，最早解答“指南针为何能够指南”问题的并不是中国人，而是英国科学家吉尔伯特。
“中国最早的指南针理论，是建立在阴阳五行学说基础上的‘感应说’。”沈括还对指南针感到匪夷所思，他的《梦溪笔谈》介绍了指南针的人工磁化方法、磁偏角的发现和指南针的架设方法，但对指南针为什么会指南却没有一点概念—“磁石之指南……莫可原其理！”随后，文人学者们从阴阳五行学说出发，结合当时人们对大地形状的认识，提出各种指南针理论。例如，最晚成书于宋代的《管氏地理指蒙》，首先提出如下逻辑：“磁针是铁打磨成的，铁属金，按五行生克说，金生水，而北方属水，因此北方之水是金之子。铁产生于磁石，磁石是受阳气的孕育而产生的，阳气属火，位于南方，因此南方相当于磁针之母。这样，磁针既要眷顾母亲，又要留恋子女，自然就要指向南北方向。”
从近代物理学的观点来看，“管氏理论”完全异想天开，但从事物的属性出发解释其行为，在东西方科学史上都是常用的做法。我国古代阴阳学说昌盛，用阴阳学说阐释指南针指南及“常微偏东”的原理，是再自然不过的事情。特别是，该理论认为磁石不同端面有不同属性，它们决定磁针的指向，这种说法很容易启发人们发现磁石的两极，并进一步联想到磁极与磁针指向之间的关系，从而为正确认识这一问题找到可能的途径。
南宋人的指南针原理，仍认为“指南针之所指，即阳气之所在”，只是围绕磁偏角现象，立论依据更多转向地理方位的坐标系统—中国古人认为地是平的、大小有限，这样地表面必然有个中心，过该中心的那条子午线就是唯一的南北方向。南宋人曾三异等认为，一但测量地点不在这条南北线上，指南针所指向“少偏”。到明代，有人假托南唐人著作指出，指南针由大地方位系统决定，而偏角则由天体方位划分系统所决定。这种说法“体现了传统指南针理论在阴阳感应学说和磁偏角的存在这一矛盾面前所表现出来的窘迫”。
明万历年间（公元～年），传教士来华，带来西方的指南针理论、地球学说以及相关许多科技知识。受其影响，中国学者开始从新的视角探讨指南针理论问题，在此过程中，阴阳五行的作用不断淡化，力学角度的分析不断增加，传教士中，年抵华的比利时耶稣会教士南怀仁的指南针理论最为系统，但他认为决定磁针指向的是地理南北两极本身，理论仍然局限在古代科学的范围，而不像吉尔伯特认识到地球本身存在一个磁体。南怀仁理论在中国影响深远，直到19世纪中叶，我国仍有学者用它解释指南针问题。而此时，清末来华的传教士已开始着手把西方近代磁学知识介绍到中国了。
中国古人认为，人的气场受宇宙的气场控制，人与宇宙和谐就是吉，人与宇宙不和谐就是凶。于是，他们凭着经验把宇宙中各个层次的信息，如天上的星宿、地上以五行为代表的万事万物、天干地支等，全部放在罗盘上。风水师则通过磁针的转动，寻找最适合特定人或特定事的方位或时间。尽管风水学中没有提到“磁场”的概念，但是罗盘上各圈层之间所讲究的方向、方位、间隔的配合，却暗含了“磁场”的规律。
罗盘的发明和应用是人类对宇宙、社会及人生的奥秘不断探索的结果。罗盘上逐渐增多的圈层和日益复杂的指针系统，代表了人类不断积累的实践经验和对事物的某些感觉。
§2地磁场基础
地球磁场，显然是指南针的理论基础，磁现象是最早被人类认识的物理现象之一。磁场是广泛存在于地球、恒星(如太阳)、星系（如银河系）、行星、卫星、以及星际空间和星系际空间。为了认识和解释其中的许多物理现象和过程，必须考虑磁场这一重要因素。在现代科学技术和人类生活中，处处可以遇到磁现象，发电机、电动机、变压器、电报、电话、收音机、电视机、磁记录器以至加速器、热核聚变装置、电磁测量仪表等无不与磁现象有关。甚至在人体内，伴随着生命活动，一些组织和器官内也会产生微弱的磁活动。电磁现象亦是人类相当熟识的自然现象之一。
地磁场简言之是偶极型的，近似于把一个磁铁棒放到地球中心，使它的N极大体上对着南极而产生的磁场形状。地球的磁性,是地球内部的物理性质之一。先把地球看成是一个大磁体,在其周围形成磁场,即表现出磁力作用的空间,称作地磁场。它和一个置于地心的磁偶极子的磁场十分相似,这是地磁场的最基本特性。地磁场强度很弱,这是地磁场的另一特性,在最强的两极其强度不到10-4(T，特拉斯),平均强度约为0.6x10-4(T),而它随地点或时间的变化就更小,因此常用(nT)纳特,即10-9(T)作为磁场强度单位。
威廉·吉尔伯特（WilliamGilbert，公元年～年）英国伊丽莎白女王的御医、英国皇家科学院物理学家。主要用观察、实验方法科学地研究磁与电的现象，并用多年的研究成果，于年在伦敦写成名著《论磁》。
《论磁》共有六卷，书中的所有结论都是建立在观察与实验基础上的。著作中记录了磁石的吸引与推斥；磁针指向南北等性质；烧热的磁铁磁性会消失；用铁片遮住磁石，它的磁性将减弱。他研究了磁针与球形磁体间的相互作用，发现磁针在球形磁体上的指向和磁针在地面上不同位置的指向相仿，还发现了球形磁体的极，并断定地球本身是一个大磁体，提出了“磁轴”、“磁子午线”等概念。总之，在磁现象的研究方面，吉尔伯特的成就是光辉的，贡献是巨大的。
吉尔伯特根据他所发现的这些磁力现象，建立一个磁理论体系。吉尔伯特设想，整个地球是一块巨大的磁石，地面上为一层水、岩石和泥土覆盖着。他认为磁石的磁力会产生运动和变化。他认为地球的磁力一直伸到天上并使宇宙合为一体。
吉尔伯特还作了一系列科学实验，最有名的就是所谓“小地球”实验。他用一块天然磁石磨制成一个大磁石球，用小铁丝制成小磁针放在磁石球上面，结果发现这根小磁针的全部行为和指南针在地球上的行为十分相似。吉尔伯特把这个大磁石球叫做“小地球”。由此，他提出一个假设：地球是一个巨大的磁石，它的两极位于地理北极和地理南极附近。这个假设后来经德国数学家高斯(J.C.F.Gauss～)从数学上加以论证和完善，至今仍是地磁理论的经典概念。
吉尔伯特在物理学中的贡献开创了电学和磁学的近代研究。吉尔伯特创立了实验和理论结合的典范，用实验方法探索自然界和从理论上解释自然界结合的范例，是实验科学研究的开拓者之一。吉尔伯特还对电作过详细研究。他用琥珀、金刚石、蓝宝石、硫磺、明矾等做样品，作了一系列实验，发现经过摩擦，它们都可以具有吸引轻小物体的特质。他认识到电是一种物质普遍具有的现象。吉尔伯特对近代物理学的重大贡献还在于他提出了质量、力等新概念。在《论磁》中，吉尔伯特说，一个均匀磁石的磁力强度与其质量成正比，这大概是历史上第一次独立于重量而提到质量，通过“磁力”这一特殊的说法，吉尔伯特启发揭示了自然界中普遍存在的相互作用。
地球的基本磁场可以分为偶极子磁场、非偶极子磁场和地磁异常几个组成部分。偶极子磁场是地磁场的基本成分，其强度约占地磁场总强度的90％。非偶极子磁场主要分布在亚洲东部、非洲西部、南大西洋和南印度洋等几个地域，平均强度约占地磁场的10％。地磁异常又分为区域异常和局部异常，其与岩石和矿体的分布有关。
地球变化磁场可分为平静变化和干扰变化两大类型。平静变化主要是以一个太阳日为周期的太阳静日变化，其场源分布在电离层中。干扰变化包括磁暴、地磁亚暴、太阳扰动日变化和地磁脉动等，场源是太阳粒子辐射同地磁场相互作用在磁层和电离层中产生的各种短暂的电流体系。磁暴是全球同时发生的强烈磁扰，持续时间约为1～3天，幅度可达10个纳特。其他几种干扰变化主要分布在地球的极光区内。除外源场外，变化磁场还有内源场。将高斯球面分析用于变化磁场，可将这种内、外场区分开。根据变化磁场的内、外场的相互关系，可以反推得出地球内部电导率的分布。
地磁场的每一个观测点都有其磁场三要素:磁感应强度、磁偏角、磁倾角。其还有引申出来的地磁赤道和的两个磁极点。
磁感应强度：为某地点的磁力大小的绝对值（磁场强度）；是一个具有方向（磁力线方向）和大小的矢量；一般在磁两极附近磁感应强度大（约为60μT－微特拉斯）；在磁赤道附近最小（约为30μT）。
图2.1：年IGRF的地磁图a)总强度，单位mT。b)磁倾角。c）磁偏角。
地磁赤道：地表上磁倾角为零的各点的联线。在这根线上的主要是异性相间地沿着赤道分布，而且这些磁极以平均每年约17千米的速度沿着赤道向西移动。虽然这些较弱的磁极所产生的磁场强度只有南北磁极所产生的地磁场强度的约10％，但它们应该和南北磁场具有相同的起源，而且这些弱磁极的运动，也应该和南北磁极的运动一起，构成一个整体的地球内部磁场变化的不同方面。
磁偏角：既磁力线在水平面上的投影与地理正北方向之间形成的夹角，是磁子午线与地理子午线之间的夹角。磁偏角的大小各处都不相同。在北半球，如果磁力线方向偏向正北方向以东称为东偏，偏向正北方向以西称为西偏。我国东部地区磁偏角为西偏，甘肃酒泉以西地区为东偏。
磁倾角：是指磁针北端与水平面的交角。通常以磁针北端向下为正值，向上为负值。地球表面磁倾角为零度的各点的连线称为地磁赤道；由地磁赤道到地磁北极，磁倾角由0°逐渐变为+90°；由地磁赤道到地磁南极，磁倾角由0°变成－90°。
地磁场在极地表面的两个极点。有关于地磁极的概念有两种不同的思路和结果：理论的和实测的。理论的地磁极是从地球基本磁场中的偶极子磁场出发的。依据C.F.高斯用球谐面函数分析法，把地球看作一个均匀磁化的球体，计算求得偶极子磁场的磁轴与地球表面的两个交点为北纬79°、西经70°和南纬79°、东经°，磁轴与地球自转轴的交角约为11°。实测的地磁极是从全球地磁图（等偏角地磁图和等倾角地磁图）上找出的磁倾角为90°的两个区域，位置在北纬75.5°、西经.0°和南纬66.5°、东经.3°。这两个地点不在地球同一直径的两端，大约偏离千米。由于它们是由磁倾角的实际观测决定的，故又称为地磁倾极；理论的地磁极则称为偶极子磁极。偶极子磁极与地磁倾极并不互相重合是由于非偶极子磁场的存在。
地球近地空间存在的磁场，在类地行星中地磁场的强度是最大的。最近时期地磁北极的纬度每年增加0°，而它的经度（西经）每年增加0°。年的地磁偶极矩为7.98×电磁单位,近期平均每年减小4×电磁单位。根据近四百多年来的测量，这种变化的表现之一为西向漂移。例如，在年零度磁偏角线约在东经20°处横跨赤道，而现在已西移至西经75°处过赤道。其次，正如前面所指出的，磁极的位置和磁偶极矩也有长期变化。太阳风、宇宙线、电离层、极光等都对地磁场有影响，它们使地磁场发生短期变化。太阳风还会使地磁场局限在一定的范围内（见第六章地球磁层）。太阳活动较强时，太阳风的能量会大大增加，从而导致地磁场的强烈扰动（见第六章磁暴）。地磁场能俘获来自太阳和其他天体的带电粒子，形成著名的范爱伦带（见第六章）。地磁场的研究和近地空间天气的物理性质的研究有密切关系，这种研究常常须要依靠空间探测器提供的数据资料。
§3居里温度
19世纪末，著名物理学家居里（P.Curie）夫妇在自己的实验室里发现磁石的一个物理特性，就是当磁石加热到一定温度时，原来的磁性质就会消失。后来，人们把这个温度点叫做物质的“居里点”。在地球上，岩石在成岩过程中受到地磁场的磁化作用，获得微弱磁性，并且被磁化岩石的磁场方向与地磁场的方向是一致的。这就是说，无论地磁场怎样改换方向，只要它的温度不高于“居里点”，岩石的磁性是不会改变的。根据这个原理，只要测出岩石的磁性，自然能推测出当时的地磁方向。这就是在地学研究中人们常说的化石磁性。在此基础之上，科学家利用化石磁性的原理，研究地球演化历史的地磁场变化规律，这也就是古地磁学在科学上的功用。
热运动对于由交换作用引起的原子或离子磁矩的平行排列总是起破坏作用的，特别是温度较高时，在强烈的热运动能量与原子或离子磁矩之间的交换作用能量可相比拟的情况下，铁磁质的磁性将会发生明显的改变。具体地说，当温度超过某一临界温度时，交换作用不足以克服热运动的作用，铁磁质的自发磁化强度将消失。这个临界温度称为铁磁质的居里温度。比如铁的居里温度是℃,铁硅合金的居里温度是℃等。当铁磁质处于居里温度以上时，铁磁性物质会转变为顺磁性物质。
我们现在所见到的铁磁质是铁的化合物或铁与其它物质的混合物，它们的特性与地磁场极其相似。铁磁质在高于每种晶体类型的特定温度（称为居里温度Curietemperature），相互作用的电子自旋行为会完全消失，晶格会扩展，交换作用会变弱，物质就变成顺磁性。在地层深处的高温状态下，铁会达到并超过自身的熔点呈现液态，所以，从地幔向下的物质决不会成为磁性地磁场的大磁铁。
当温度很高时，由于无规则热运动的增强，磁性会消失，人们还从火山熔岩中发现了地磁场变化的现象。火山喷发时会将火山熔岩带到地表，这其中包括了大量含有铁磁体（铁或镍的氧化物）的矿物，当铁磁体被加热到一定温度时候，就会完全丧失磁性。例如，铁加热到℃时会失去它的磁性，而镍在加热到℃时也会失去磁性。高温的火山熔岩喷出地表（或海底）后便开始冷却固化，当小于居里温度时，铁磁体矿物便在地磁场的作用下重新获得磁性，硬化了的熔岩也因此把地球磁场的强度与方位记录了下来。认为它是由于早期侵入的岩浆在冷却过程中磁化而形成的。但也有人提出了异议，认为如果是岩石磁化的结果，地壳浅部岩石不足以形成这种规模的磁异常，还必须有更深层的来源，但深层物质的温度已超出了居里温度。
当然，地球地幔层的温度已超过了大多数物质的居里温度，地核圈的温度更高。所以说，地球中心不可能有大磁铁棒存在，吉尔伯特的地心大磁铁假说是不能成立的。
§4地磁场成因的假说
最早的地磁场成因假说是吉尔伯特提出的，他认为地球中心大磁铁给出了地球磁场。但是年居里发现了磁性材料在温度升到一定时就会失去磁的特性。大多数物质的这个温度只有～℃。而我们明确知道在岩石圈以下温度就已经超过了℃。由此推断地球中心不该是固定磁性体。但是吉尔伯特对电与磁现象取得的理论成就是巨大的，他的研究在今后电磁学方面的影响也是深远的。并且，对地磁场的高斯分析从理论上也肯定了地磁场的源在地球内部。
百多年来，许多人提出了各式各样的地磁场起源的理论假说。目前，关于地磁场起源的假说可以归纳起来，分成为两大类，第一类假说是以现有的物理学理论为依据的；第二类假说则是独辟蹊径的，认为对于地球这样一个天然宇宙体，应该存在着不同于现有已知理论的特殊未知的自然规律。
属于第一类假说的有旋转电荷假说。它假定地球上存在着等量的异性电荷，一种分布在地球内部，另一种分布在地球表面，电荷随地球旋转，因而产生了地磁场。这一假说能够很自然地通过电与磁的关系解释地磁场的成因。但是，这个假说却有一个致命缺点，首先它不能解释地球内外的电荷是如何分离的；其次，地球负载的电荷并不多，由它产生的磁场应该是很微弱的，根据计算，如果要想得到地磁场这样的磁场强度，地球的电荷储量需要扩大1亿倍才行，理论计算和实际情况的出入太大了。
以地核发电为前提条件的地磁场假说也属于第一类假说，弗兰克在这类假说中提出了发电机效应理论。他认为地核中电流的形成，应该是地核金属物质在磁场中做涡旋运动时，通过感应的方式而发生的。同时，电流自身形式的场就是连续不断的再生磁场，好像发电机中的情形一样。弗兰克所建立的模型说明了怎样实现地磁场的再生过程，解释了地磁场有一定的数值。但是在应用这种模型的时候，却很难解释地核中的这种电路是怎样通过圆形回路而闭合的。此外，这个模型也没有考虑到电流对涡旋运动的反作用，而这种反作用是不允许涡旋分布于平行赤道面的平面内的。
属于第一类假说的还有漂移电流假说、热力效应假说和霍尔效应假说等等，但这些假说都不能全面地解释地磁场的奇异特性。
关于地磁场起源还有第二类假说，这其中最具代表性的就是重物旋转假说。
年，布莱克特提出任意一个旋转体都具有磁矩，它与旋转体内是否存在电荷无关。这一假说认为，地球和其他天体的磁场都是在旋转中产生的，也就是说星体自转生磁，就好像电荷转动能产生磁场一样。但是，这一假说在试验和天文观测两方面都遇到了困难。在现有的实验条件下，还没有观察到旋转物体产生的磁效应。而对天体的观测结果表明，每个星球的磁场分布状况都很复杂，尚不能证明星球的旋转与磁场之间存在着必然的依存关系。
由此可以说，关于地磁场的起源问题，学术界仍处在探索与争鸣之中，尚没有一个具有相当说服力的理论，能对地磁场的成因给出合理明确的解释。
一、地磁场各类假说
地球是个大磁场，因为地核的核心物质是铁、镍合金，但是铁是怎样充上磁性的，很多年来没有定论。随着科学技术的发展，对于地球磁场观测和地球结构的研究不断增多和深入，对地球磁场的来源先后提出了有影响的10多种学说。这里按照历史的先后对一些各有一定根据或设想的地球磁场来源学说作简单介绍：
（一）永磁体学说，是最早提出的一种学说，认为地球内部存在巨大的永磁体，由这永磁体产生地球磁场。但后来认识到地球内部温度很高，不可能存在永磁体。
（二）内部电流学说，认为地球内部存在巨大的电流，形成巨大电磁体产生地球磁场，但是既未观测到这种巨大电流，而且巨大电流也会很快衰减，不会长期存在。
（三）电荷旋转学说(公元年，简写作)，认为地球表面和内部分别分布着符号相反、数量相等的电荷，由地球自转而形成闭合电流，由此电流产生磁场，但这个学说缺乏理论和实验基础。
（四）压电效应学说()，认为在地球内部物质在超高压力下使物质中的电荷分离，电子在这样的电场中运动而产生电流和磁场。但理论计算出这样的磁场仅有地磁场的约千分之一(10-3)。
（五）旋磁效应学说()，认为地球内的强磁物质旋转可以产生地球磁场，但这种旋磁效应产生的磁场只有地球磁场的大约千亿分之一(10-11)。
（六）温差电效应学说()，认为地球内部的放射性物质产生的热量，使熔融物质发生连续的不均匀对流，这样产生温差电动势和电流，由此电流产生地球磁场，但理论估计的也同地球磁场不符合。
（七）发电机学说(～)，认为是地球内部的导电液体即地核内液态铁在流动时产生稳恒的电流，由这电流产生地球磁场，这是最具代表性的假说。物理学家埃尔萨塞根据磁流体发电机的原理，认为当液态的外地核在最初的微弱磁场中运动，像磁流体发电机一样产生电流，电流的磁场又使原来的弱磁场增强，这样外地核物质与磁场相互作用，使原来的弱磁场不断加强。由于摩擦生热的消耗，磁场增加到一定程度就稳定下来，形成了现在的地磁场。
（八）旋转体效应学说()，是根据少数天体观测得到的经验规律，认为具有角动量的旋转物体都会产生磁矩，因而产生磁场。这一学说需要使用一类无科学根据的常数，5年后又被提出这一学说的科学家根据精密的实验结果加以否定了。
（九）磁力线扭结学说()，认为在地球磁场磁力线的张力特性和地核的较差自转，会使原始微弱的地球磁场放大，由此产生地球磁场。
（十）霍尔效应学说()，认为在地球内部由于温度不均匀产生的温差电流和原始微弱磁场的同时使用下，会由霍尔效应产生霍尔电动势和霍尔电流，由此产生地球磁场。
（十一）电磁感应学说()，认为由太阳的强烈磁活动通过带粒子的太阳风到达地球后，会通过地球内部的电磁感应和整流作用产生地球内部的电流，由此产生地球磁场。在这些学说中，只有发电机学说(又称磁流体发电机学说)在观测、实验和理论研究上得到较多的证认，是目前研究和应用较多的地球磁场学说。但是由于地球内部结构较复杂，影响地球磁场的因素又很多，因此这方面的观测、实验和理论等方面的研究仍需要不断地进行。
地球从外到内分为地壳层(岩石层)、地幔层、外地核层和内地核层。地壳主要为硅－铝氧化物和硅－镁氧化物等，地幔层主要为铁－镁硅酸盐和铁的氧化物和硫化物，外地核层和内地核层主要为铁(约90％)和镍(约10％)金属，外地核层呈液态，内地核层呈固态。从地壳层到内地核层，温度越来越高，压力也越来越大。地球磁场主要产生在液态金属的外地核层。
（十二）还有一种假说认为：铁磁质在℃（居里温度）的高温中磁性会完全消失。在地层深处的高温状态下，铁会达到并超过自身的熔点呈现液态，决不会形成地球磁场。而应用“磁现象的电本质”来做解释，认为按照物理学研究的结果，高温、高压中的物质，其原子的核外电子会被加速而向外逃逸。所以，地核在0K的高温和万个大气压的环境中会有大量的电子逃逸出来，地幔间会形成负电层。按照麦克斯韦的电磁理论：电动生磁，磁动生电。所以，要形成地球南北极式的磁场，必然需要形成旋转的电场，而地球自转必然会造成地幔负电层旋转，即旋转的负电场，磁场由此而生。
二十世纪六十年代之后，又生成许多地磁场理论，不一而足。主要有非偶极型磁场变化学说()，无规则磁场起伏学说()，地核流体对流对称性变化学说()，地核流体对流区分布变化学说()，地核三偶极型磁场学说()，偶极型磁场变化学说()，双偶极型磁场学说()，银河星系旋臂干扰学说()，地外天体撞击学说()等成因说。这之后，提出的学说就更多了，因为没有新意，所以大多不再会引起人们的注意。这些理论的提出最后让大家感觉，地磁场学说也许让我们给搞得太复杂了。
二、地磁场的形成
从我国古代发明指南针以来，人们就已经知道地球存在着南北极对称的磁场，几千年来，人们对这个磁场的存在习以为常，很少有人对此现象的本质做过深入的探讨。大约在二十世纪50年代末，人们开始发现地球的磁场让“太阳风”压在一个水滴状的区域中，称之为磁层。地球整体的巨大磁场由此开始引起许多人的
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