地磁场

　　地磁场是指地球内部存在的天然磁性现象。地球可视为一个磁偶极(magnetic dipole)，其中一极位在地理北极附近，另一极位在地理南极附近。通过这两个磁极的假想直线(磁轴)与地球的自转轴大约成11.3度的倾斜。地球的磁场向太空伸出数万公里形成地球磁圈引(magnetosphere)。地球磁圈对地球而言有屏障太阳风所挟带的带电粒子的作用。地球磁圈在白昼区(向日面)受到带电粒子的力影响而被挤压，在地球黑夜区(背日面)则向外伸出。(图片未按照比例显示。)

　　地磁场包括基本磁场和变化磁场两个部分。基本磁场是地磁场的主要部分，起源于地球内部，比较稳定，属于静磁场部分。变化磁场包括地磁场的各种短期变化，主要起源于地球内部，相对比较微弱。地球变化磁场可分为平静变化和干扰变化两大类型。

　　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”对我们来说至关重要。

　　地磁场强度大约是0.5-0.6高斯，也就是5-6*E-5特斯拉(50-60μT)。

　　地磁场的起源

　　地球存在磁场的原因还不为人所知，普遍认为是由地核内液态铁的流动引起的。最具代表性的假说是“发电机理论”。1945年，美国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。还有一种假说认为铁磁质在770℃(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6000K的高温和360万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。地磁场起源 origin of the main geomagnetic field。

　　地球物理学的基本问题之一。自1600年英国的吉伯(W.Gilbert)提出“地球是一个巨大的磁石”开始，有关地磁场起源的推测已有近400年的历史，但至今仍未获得圆满解决。

　　简史 地磁场的主要部分犹如一个近似沿自转轴方向均匀磁化的球体的磁场。因此“永久磁石说”就成为地磁场成因最早和最自然的猜测。当地球物理学家提出地核可能是由铁、镍等强磁性物质组成的时候，这种猜测似乎得到了支持。然而地球内部的温度远超过铁的居里点(见岩石磁性)，所以这个假说不能成立。继而有人曾企图借助于带电地球的旋转、回转磁效应、温差电流以及感应电流等物理效应来解释地磁场，但其量值都远远不够大。例如根据回转磁效应，地球由于自转获得的磁化强度约为10-10电磁单位，比与地磁场相当的均匀磁化球体的磁化强度7.2×10-2约小 9个数量级。鉴于从已有的物理规律找不到答案，有人开始探索新的规律。1947年英国物理学家布莱克特(P.M.S.Blackett)发现，当时测定的太阳、室女星座78号星和地球 3个天体的磁矩M和角动量P满足关系，其中G为万有引力常数,c为光速，β为比例常数，约为0.25。布莱克特把这个关系设想为物理学的一个新定律，作为地磁场起源的解释，称为“巨大转体说”。由于有 3个天体的支持，这个假说曾一度引起广泛的关注。为证实这一结果，布莱克特专门设计了一种测弱磁场的高灵敏度仪器，但实验结果是否定的，所以布莱克特本人声明放弃他的假说。

　　地球磁场的作用

　　有效地阻止了太阳风长驱直入，形成磁层产生极光行军、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.

　　影响无线电波的传播

　　(with太阳黑子)远距离通讯从太阳发出的强大的带电粒子流(太阳风)，会受到地磁场的作用发生偏转而偏离地球，维持地球的大气成份生命的存在(地球“保护伞”--宇宙射线)。如果人体长期顺着地磁的南北方向可使人体器官细胞有序化,产生生物磁化效应,使生物电得到加强,器官机能得到调整和增进,从而起到了良好的作用

　　在自然界，任何物质都是由分子、原子组成的，包括人，不论它们的内部结构如何，原子和分子的电子在其轨道上运动和自旋运动。按照现代量子力学理论，每个带电粒子周围都有一层由它自己不断发射又不断回收的虚电子云，一直延伸到无限远。当其中某个虚光子被其他粒子吸收时，就实现了这两个粒子之间的电磁相互作用。几乎所有实物都能带电，有的能形成内部循环电流，有的电荷只在物体的表面，但都能表现出由分子、原子产生的磁性，都能对磁场产生影响，因此，也可以说所有实物都有磁性。但大多数物质的磁性都非常弱，只有少数物质，如铁、镍、钴和某些合金磁性才较强，也有一类物质产生微弱排斥，为抗磁性物质。

　　介质受外磁场作用而磁化，产生磁化电流，此电流又激发一附加磁场 。

　　自然界有一部分物质，如铁、镍、钴和某些合金等，它的磁场强度其值可达 数量级以上。在原子内，几乎所有电子的自旋磁矩取同向排列，因而，使原子呈现磁性。物质中有许多小磁畴，磁化已达到了饱和状态，这种物质叫铁磁质，也叫强磁质。被磁化后，介质附近有很强的磁性。

　　有一部分物质，在外磁场的作用下，磁矩取外磁场方向排列的分子占优势，各分子的磁效应不再完全抵消，介质内部磁化强度M不为零，产生了附加磁场 ，于是，介质呈现宏观磁性，但是弱磁性。

　　还有一部分物质，在外磁场的作用下，产生一个附加磁矩 ,其方向总是与外磁场方向相反，起着抵消外磁场的作用，介质呈现着宏观的抗磁性,表现为排斥性。

　　磁场的产生有两个途径，一个是由磁性物质激发磁介质，使磁介质磁化而产生的磁场和磁性;另一个是由电流或运动电荷激发磁场和物质的磁性。

　　人与有磁性的物质接触或相接近，人就会受到磁场的作用。

　　对神经系统的作用:

　　对磁场作用最敏感的是神经系统，而其中又以丘脑下部和大脑皮质最为敏感。磁场对动物条件反射活动主要是抑制作用，脑电图表现为大脑个别部位慢波和锤形波数目增加，在行为中伴有抑制过程占优势。在磁场作用后观察动物脑髓的超微结构，发现神经细胞体的膜结构、突触和线粒体有变化，而轴突的结构较稳定。

　　对内分泌系统的作用:

　　强磁场可引起机体应激反应，伴有ACTH(促肾上腺皮质激素)和11-羟皮质酮的释放。下丘脑-垂体-肾上腺系统、胰岛、甲状腺、性腺等都对磁场的作用有感受性。

　　对血液的作用:

　　磁场对白细胞吞噬功能的影响，随白细胞数量的变化而不同。健康人和化脓性感染性患者在430～510mT的磁场3小时作用下，白细胞吞噬功能显著增高，而肝病毒性疾病患者在400mT的磁场作用后，白细胞的吞噬功能降低。磁场400mT作用于肝癌患者2～3小时，其白细胞对抗其自身癌细胞的细胞毒素活性增高，有人认为可用以治疗肝癌。对凝血系统的影响，取决于磁场的作用强度和时间。高强度恒磁场作用于动物头部，动物血液的凝固性升高，纤维蛋白活性增高，纤维蛋白活性增高;低强度磁场对凝血影响不大。强磁场长时间作用可显著地减缓血流的速度，认为强磁场可用于内部止血和血流速度的调节，并认为这种效应与劳伦兹力对血细胞中原生质流动的力的作用有关。

　　聚磁效果，使某些物质磁化。比如对水磁化后，水的硬度可以得到下降，变成软性的水，含氧量得以增加，对有机物的溶解度增大，从而有助于消化吸收。用一定强度的磁场施加到人体患处或相关经穴，可以缓解一些病痛，如急性扭挫伤、腰肌劳损、神经性头痛和某些关节炎等，这叫作磁性疗法，简称磁疗。

　　磁场进入经络，可使人体组织内的物质的原子核起旋转作用，这样人体组织内放射出一种高频交替着的微弱生物电流，这是一种有益于人体并能抗击外来疾病侵袭的因素。

　　磁场对血沉、血脂、血压的影响：红细胞在磁场影响下做圆周运动，也即围绕着自身轴在运转，因而沉降减慢。磁疗产品可使胆固醇和甘油三酯下降，磷脂/胆固醇比值增高，对降低血脂明显。磁场作用于经络穴位，加强大脑皮层的抵制过程，刺激了神经末梢纤维，调节神经系统机能，改善血管伸缩功能，减少外周血管阻力，使机体微循环功能加强，使血压下降。

　　磁场对皮肤肌肉的作用：改善肌肉萎缩，对皮肤干皱、瘙痒、过敏的患者，也有一定的疗效。

　　磁场对细菌的作用：磁场作用可使病毒细胞获得或丢失某些电子，从而改变电子层结构，使病毒丧失繁殖能力，从而达到杀菌的目的。

　　磁场的镇痛作用：磁场可以降低感觉神经的兴奋，减少对外界的感觉性及传导性，因而疼痛减轻，磁场作用肌体后，使血管扩张，血液循环改善，可以稀释致痛物质，使其浓度降低，从而减轻或消除疼痛的作用。

　　消炎消肿作用：磁场可以使局部血液循环加强，组织通活性改善，有利于渗出物的消散、吸收，磁场还能提高肌体的非特异免疫力，使白细胞活跃，吞噬能力增强，因此有消炎消肿的作用。

　　磁疗镇静作用：主要表现在促进睡眠，增加睡眠时间，改善睡眠状态。