地球磁場 - 台灣大百科全書 Encyclopedia of Taiwan

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地球磁場 geomagnetic field

分類:〔地球物理學〕 > 〔磁力〕
撰稿者: 顏宏元 簡介
最後修正日期: 98年09月24日

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    圖說:該儀器可連續觀測地球磁場的總強度、磁偏角和磁傾角

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    圖說:位於東臺灣的玉里地磁連續觀測站為臺灣地區地球磁場連續觀測站之一,其主要目的是監測地磁場強度變化與地震活動的關聯性

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    圖說:該儀器可連續觀測地球磁場的總強度、磁偏角和磁傾角

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    圖說:位於東臺灣的玉里地磁連續觀測站為臺灣地區地球磁場連續觀測站之一,其主要目的是監測地磁場強度變化與地震活動的關聯性

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中國人最早發現地磁現象並加以應用,從傳說時代開始就知道將天然磁石磨成指南針,用於辨別方向。宋朝學者沈括(約1031-1095)《夢溪筆談》:「以磁石磨針鋒,則能指南,然常微偏東,不全南也。」是最早有關磁偏角的記載。羅盤傳入西方之後,西方學者陸續分析地球磁場,提出成因解釋與數學分析,並利用古地磁學證據,奠定大陸漂移、海底擴張學說的基礎。

地球磁場的基本要素,包括總強度、水平分量、南北分量、東西分量、垂直分量、磁偏角及磁傾角。通常以總強度、磁偏角與磁傾角來描述某一點的地磁場大小與方向。地球磁場可分為外部磁場和內部磁場。外部磁場主要受到具有高導電性電漿的太陽風影響,太陽風與地球的偶極磁場發生作用,把地球磁場壓縮且侷限於一定區域內,這個區域就叫磁圈,保護地球上生物免受太陽風的輻射威脅。內部磁場占地球磁場99%以上,可分為偶極子場及非偶極子場。偶極子場可將地球視為一對磁偶置於地心之均勻磁化球體;非偶極子場只佔全磁場強度的5%,且具有區域性。

地球磁場的強度和方向會隨時間而變化,可分為起源於地球內部主磁場的長期變化及源自地球外部的短期變化。長期變化包括磁極向西漂移和磁極反轉的現象,這些長期變化資料運用於研究古地磁學。短期變化主要受到太陽及月亮的影響,最常見的現象是地磁場日變化和磁暴。日變化是因太陽的幅射作用,使電離層電流強度發生變化而影響地球磁場。磁暴是具有高導電性的電漿壓縮地球磁場,使得地球磁場發生劇烈且不規則的改變。磁暴會干擾電波通訊,磁暴期間所產生的極光現象,甚至在中緯度都可以觀測到。

測量地球磁場的強度,早期是利用機械式的儀器來進行磁力測量。1950年起,大都採用質子進動磁力儀進行磁力測勘。磁力儀的感應器內有線圈,線圈內裝滿油、酒精、水等富含氫的水溶液,線圈通以強電流會產生感應磁場,液體內的氫質子會順著此感應磁場排列。當電流中斷後,氫質子會自旋到地球磁場的方向,質子自旋所產生的頻率被線圈量測到,再乘上質子磁旋率,就可獲得地球磁場強度。

臺灣地區的地磁測量,多於海上測量,陸上測量是中國石油公司(今臺灣中油公司)在西部平原及麓山帶探勘油礦時所進行。臺灣中部及高山地區,仍缺乏地磁的實測資料。2003年,中央大學與中央研究院地球科學研究所共同規畫,以8個月的時間進行全島地磁測量,繪製臺灣地區地磁異常圖,並探討其在地體構造的含義。

臺灣最早的地磁場連續觀測站,是1965年交通部電波研究實驗室在桃園縣崙坪設置,觀測臺灣的背景地磁場,並提供國際地磁及高空物理學會(International Association of Geomagnetism and Aeronomy, IAGA)計算地球磁場模型時使用,並可研究太空環境變化對於地磁擾動的影響。地磁場連續觀測資料常被用於地震前兆研究。中央氣象局在臺灣地震較頻繁的地區,共裝設11個地磁場連續觀測站,進行磁場變化與地震活動關聯性的研究。在中正大學內建置磁通量磁力連續觀測站,以監測梅山斷層的活動。



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中文關鍵字:
質子進動磁力儀 , 磁層 , 磁暴 , 極光 , 自激發電機

英文關鍵字
proton precession magnetometer , magnetosphere , magnetic storm , aurora , self-excited geodynamo

參考資料

  1. Lowrie, W. 1997. Fundamentals of Geophysics. Cambridge: Cambridge University Press.
  2. 王乾盈。2006。《基礎地球科學》。臺北:全華科技。
  3. 管志寧。2005。《地磁場與磁力勘探》。北京:地質出版社。
  4. USGS Earthquake Hazards Program。http://earthquake.usgs.gov/

延伸閱讀

  1. Garland, G. D. 1971. Introduction to Geophysics. Philadelphia: Saunders.

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