北极正在漂移，并且比以往更快。要了解原因，我们需要在地球中心找到答案。

不停变化的地磁场

您能指出北极吗？也许我会说用指南针，红色箭头不是指向北极的方向吗？没错，大多数情况下都是这种情况，但有时情况会出问题。例如，如果它位于美国加利福尼亚，则指南针方向与实际北极精确地错开18°。这个错误并不小，即使对于徒步旅行者来说，这已经是直行或左转之间的区别。

地磁场中不仅存在局部异常，而且北极本身并不总是在一个地方修复。年，北极位于加拿大，但一个世纪后，它又移至格陵兰岛。在过去的18年中，它一直以每年40公里的速度向东移动，目前正朝着西伯利亚移动。

地球磁场的奇怪行为并没有到此结束。有时，“变性”反转——北极变为南极，而南极变为北极。然后，在地球历史上，指南针的红色箭头多次指向南极。如果您相信指南针，那将是完全不同的。

这是怎么回事？解决这个谜团对于了解我们星球的未来至关重要。

地球磁场是如何起源的？

尽管我们很少有人到达北极，但我们并没有忘记北极。许多孩子知道这是圣诞老人呆的地方。但是北极不止一个：北极的地理条件是地球的旋转轴与球体相交。有北极地磁，它发射出地球磁场的磁力线。两者不重叠。北极地理位置不会移动。地磁北极将移动。本文中的“北极”是指后者。

同样，它在地球另一侧的对应点称为地磁南极。地磁南极不在您认为的南极的中心，它将移动。

几个世纪以来，产生地磁场的方式一直是个谜，这已经损害了许多科学家的大脑。爱因斯坦我曾经认为地磁场的起源是物理学中最大的问题之一。后来，物理学家爱尔兰约瑟夫·拉莫尔于年前首次提出，地磁场是由位于地球中心的带电金属液体产生的，该金属液体通过旋转地球而旋转。这种机制称为“地球产生器”假设。

越来越多的证据表明拉莫尔是正确的。地质学家从地震波穿过地球内部时所反射的信号中得知，地球内部存在一个金属核，该金属核由内芯和外芯两部分组成。中心温度高达摄氏度，略高于太阳的表面温度。可以合理地认为，在如此高的温度下，金属已经融化为液体，但是由于高压，芯仍然保持固态。外核是熔融铸铁，是月球体积的七倍。因为内芯与内芯相邻，外罩彼此相邻，所以存在两个界面：内外界面之间存在温差，这意味着铸铁处于恒定对流状态。低温和高温铸铁上升到外芯的外层，冷却后，密度变大，然后下沉，熔化成铸铁并重复。金属液体充满电子，正是这些移动电荷产生了磁场。

错综复杂的地磁场

如果仅存在对流，则地磁场的形状可以相对简单。但是，地球自转使事情复杂化。离心旋转力会将铸铁沿一个方向抛入对流中。离心力取决于地球内部流体的位置。使问题更加困扰的是，金属液体的密度和粘度在不同的地方是不同的。所有这些都增加了复杂的湍流运动，形成了复杂的地磁场。

鉴于所有这些，磁极不足为奇，而令人惊讶的是磁极为什么没有疯狂的漂移。可以如下回答这个问题：由于此处提到的流体运动非常缓慢，因此它们是“慢动作”，应在数万年的时间范围内考虑。在短时间内，似乎漂移不会“太疯狂”。

缓慢的湍流可以解释漂移

磁极。但是接下来会发生什么还不清楚。磁极4它会继续移动吗？它会走多远？已经濒临逆转了吗？值得提出和研究这些问题。因为地磁场对我们的生存至关重要。如果不是因为地磁场为我们建立了“电磁屏蔽”，它将帮助我们使太阳风中的带电粒子偏转，地球上的生命将被破坏。现在，当然，没有人想大幅度地突然移动。然后，我们将付出巨大的代价。

地磁场的记录者

了解地磁场未来的一种方法是回顾过去。他的过去记录在一些岩石和矿物中。当像长石这样的磁性岩石层再次加热并冷却时，它们中的晶体此时将面对磁力线本地对齐，因为这些晶体内部含有磁性物质。结果，他们成为了良好的地磁场记录仪。通过阅读这些晶体，我们可以了解数百万年前的地磁场。

这些记录表明，在整个地球历史上，地磁场何时减弱，增强并完全反转。我们现在知道，在过去的8,万年中，发生了磁极逆转，最近一次发生在,年前。在年，美国科学家约翰·塔杜多分析了5.65亿年前魁北克的加拿大磁性岩石，发现当时的磁场今天是1/10——。这是表面上测得的最弱的地磁场。根据这一发现，他的分析得出结论，在5.65亿年前，地球经历了75,年的不稳定期。在此期间，地磁场非常不稳定，其方向和强度不断变化。

内核的形成挽救了地磁场

这不仅证实了地球磁场已经改变了数千年，而且还揭示了有关早期地球的更多故事。有时，地磁场似乎处于危险之中，几乎处于崩溃的边缘。如果发生这种情况，地球上不太可能出现复杂的生命。

是什么导致了这次灾难？塔杜多的解释是在地球内部形成了坚实的核心。

在出生之初，地球的整个核心最初是熔融金属。内部和外部原子核之间没有区别。在某一时刻，内部温度显着下降，这导致对流变慢。对流的减弱削弱了地磁场，几乎消失了。但与此同时，另一个动机开始了：冷却使地球核心中更深的元素结晶，形成了坚实的核心。一些较轻的元素（例如硅和氧）从内芯中挤出并进入外芯，这降低了外芯下层材料的密度，这意味着它更容易漂浮到上层，这为对流增加了新的力量。正是这种动机使垂死的地磁场复活了。

对塔杜多的研究还揭示了为什么表面从磁极1延伸到磁极2的区域，今天的磁场非常弱。——实际上，当地磁场太弱时，卫星需要额外的保护，否则卫星电子设备可能会被太阳风破坏。塔杜多和他的同事发现，在这个地下区域中，地磁场与地面相对，也就是说，指南针的红色箭头指向地面上的磁极4，指南针的红色箭头指向-15在地面上。正的地磁场被反向抵消，剩余的磁场自然很弱。这一发现令人震惊。

塔杜多小组已经在很多地方看到了地磁场的异常，甚至可以追踪地球外核中流体运动的某些异常。他们甚至可以追踪历史上磁极逆转的方式。

为地磁场建立电脑模型

除了搜索地表外，科学家还试图通过建立地磁场计算机模型来预测下一步会发生什么。例如，大学的美国、磁极8、磁极9、格拉茨、梅尔等基于物理基本定律建立了地磁场计算机模型。执行该模型时，他们看到了磁场强度如何随时间和位置而变化，还看到了磁极的漂移，甚至是反演。所有这些都与我们在现实中看到的相符。

不幸的是，当前的计算机模型过于简单，无法考虑许多因素，也无法解释许多现象。

如果要预测表面上任意点的磁场方向，事情会变得更加复杂。因为磁铁集中的区域反过来会影响局部磁场，从而导致磁力线的偏差。这就是为什么在状态磁极8和许多其他地方不能将指南针直接指向磁极4的原因。

在实物模拟地磁场

也许我们需要一个更现实的模型——，而不是计算机模型。关于地球核心的物理模型，没有比美国马里兰大学丹尼尔·莱思罗建造的液态钠球更令人印象深刻的了。

化学老师告诉他，钠是一种金属，在潮湿的空气中很难处理并容易自燃。即使少量也很危险，因此通常将其存储在煤油中。

但是治疗莱思罗普的钠并不小。他正在玩一个直径为3米的不锈钢液态钠球。整个工厂重20吨。在钠球的中心，有一个直径为1米的实心金属核，可以以每秒15次的速度独立旋转以模拟地球的核，而液态钠球则模拟了外核心31个磁力计分布在外表面以测量产生的磁场。由于此模型的核心比实际地球的核心小得多，因此它必须用导电性比铁好且旋转速度更快的金属钠来补偿：当液态钠球等效于地球的外核以全速旋转，每秒可以达到4转。

通过实验，莱思罗普小组证明了金属液态钠的湍流可以维持并放大磁场，证明拉莫尔地球发生器的假设是正确的。然而，到目前为止，它们还不能自发产生磁场。

什么是磁场的自发产生？最初，根据地磁场形成理论，地磁场首先具有“种子”磁场，也就是说，地球固有地具有弱磁场，然后通过“发电机的磁场”机制对其进行放大。地球”拥有今天的力量。为什么我们需要“种子”磁场？因为地球是电中性的，所以正电荷和负电荷必须相等。但是，正电荷和负电荷最初相互混合。如果它们没有分开，它们将不会产生任何磁场。因此，必须首先具有“种子”磁场，以使正电荷和负电荷分开时可以在不同方向上转移。地球的“种子”磁场是通过其他机制自发产生的。

不幸的是，实验莱思罗普无法自发产生“种子”磁场。该磁性“种子”需要人为添加。

在年，德国位科学家认为地磁场的自发产生可能源于地球的岁差。所谓的进动是指外力作用后，旋转物体绕某个中心旋转的现象。由于太阳和月亮的引力作用，当地球绕太阳旋转时，地球的旋转轴并不一定总是在空间上保持相同的方向，并且其旋转轴同时绕着旋转轴旋转。该进动描述了一个空间约为年的圆锥形表面，圆锥形表面的顶角为23.5°。

为了探索地磁场自发产生的机理，德国德累斯顿正在建造一个更大的实验装置，该装置包括一个装有8吨液态钠的圆柱体。圆柱体将绕其长轴每秒旋转10次，长轴将每秒绕另一轴旋转一次，以模拟地球的进动。

所有这些努力都是值得的。首先，从一个小的角度来看，如果我们知道地磁场如何变化，我们可以事先防止它发生，并保护网络不受太阳风暴的影响。大规模地，在极端情况下，地球也可能完全失去年前的火星发生的地磁场——并变得无菌。我们决不能认为地球现在拥有的地磁场是理所当然的，我们必须清楚极点会移动并且地磁场会丢失。