地磁学

研究地磁场的时间变化、空间分布、起源及其规律的学科

地磁学（英文：Geomagnetism），是研究地磁场的时间变化、空间分布、起源及其规律的学科，也是固体地球物理学的一个分支。

简介

地磁场所占据的空间从地核至磁层边界，磁层离地心最近的距离也有 8～ 13个地球半径。地磁场的主要部分来自地球内部，称为地球基本磁场；地球短周期变化磁场则来源于高空电离层和磁层的电流体系。利用地面和近地面空间地磁场的变化规律可以得到有关电离层和磁层的物理状态和动力过程的某些信息。变化磁场还与太阳活动有密切关系。有关日地关系的研究是地磁学的重要组成部分。利用地表磁异常勘查地下矿床是地球物理勘探的方法之一。观测由高空电磁波引起的地球内部的感应电磁场可探测地球内部的电性构造。

固体地球物理学的一个分支，是研究地磁场的时间变化、空间分布、起源及其应用的一门学科。地磁场所占据的空间从地核至磁层边界。磁层离地心最近的距离（向阳面）也有8～13个地球半径。地磁场的历史,利用岩石磁性的测量已可追溯到太古代（约35亿年前）。

分支

利用岩石磁性来研究古地磁场，在20世纪50年代已形成地磁学的一个分支——古地磁学。各大陆所测得的古地磁极移是板块大地构造学说的重要依据。地磁学的另一个重要内容是地磁测量。随着观测仪器的改进和测量技术的发展，人们除能在陆地和海上进行地磁测量外，还发展了航空和卫星测量。

地磁场的主要部分来自地球内部，称为地球基本磁场。基本磁场随时间有缓慢的长期变化；地球短周期变化磁场则来源于高空电离层和磁层的电流体系。地磁场随时间的变化和在空间的分布规律，是地球内部和高空电磁过程的表现。因此利用地面和近地面空间地磁场的变化规律可以得到有关电离层和磁层的物理状态和动力过程的某些信息。这是电离层和磁层物理的重要内容。变化磁场还与太阳活动有密切关系。有关日地关系的研究内容是地磁学的重要组成部分；由地面磁场的测定还可以研究地球内部的电磁性质和地核中的磁流体动力学过程；而利用地表磁异常勘查地下有用矿床，则是地球物理勘探的一个重要方法。

利用岩石磁性来研究古地磁场，在20世纪50年代就已发展成为地磁学中的一个重要分支──古地磁学。古地磁学是20世纪60～70年代地磁学中最活跃的领域。各个大陆所测得的古地磁极移，是板块大地构造学说的重要支柱。因此有人说，20世纪地学最重要的成就是在地磁学领域取得的。

地磁学的另一个重要内容是地磁测量。随着观测仪器的改进和测量技术的发展，人们除能在陆地和海上进行地磁测量外，还开展了航空和卫星测量。

中国早在战国时期（公元前475～前221）就已发现天然磁石的吸铁性和指极性，在12世纪之前就已发明了指南针。但早期主要是着眼于这一现象在航海上的应用。1600年吉伯 (W.Gilbert)提出，磁针的指极性是由于地球本身象一块巨大的磁石。这是地磁场本质的最早论断，也是地磁学开始形成的早期标志。随着地磁场测量技术的发展和观测资料的积累，1839年C.F.高斯首次将球谐分析法用于分析地球磁场，奠定了地磁场分析的理论基础。

起源

地磁场的起源问题尚未获得圆满解决。有关地磁场长期变化的规律，尚有许多争议。全球地磁测点的分布也还不够均匀。

尽管对地磁场的认识已有较长的历史，但起源问题至今仍未获得圆满解决；地磁场的测量迄今只有 400年的历史，虽然岩石磁性的测量在一定程度上扩大了人们对地磁场认识的时间范围，但其精度还不是很高的，因此有关地磁场长期变化的规律，目前仍有许多争议；就是近代测量，全球测点的分布也还不够均匀，要确定较为理想的全球地磁场模型仍然是困难的。今后，随着测量技术的发展，将会获得更丰富的观测资料，这无论对地磁场规律的探索，还是有关高空和地球内部的研究以及它们的应用都将是极为重要的。

发展历史

中国最早发现磁石及地磁现象，并在公元前就发明了罗盘，在838～1099年间应用罗盘航海。欧洲从12世纪开始应用罗盘。意大利航海家哥伦布 (C. Colombo，1451～1506) 从欧洲航行到美洲时，发现了磁偏角。1510年哈特曼 (G.Hartman) 在罗马首次发现了磁倾角。1600年英国学者吉尔伯特 (W.Gilbert) 指出：地球是个巨大的球形磁石。这是有关地磁场成因的最早论述。至17世纪末，所有地磁观测仅限于测量磁偏角及磁倾角，还无法测定磁力的大小。1839年德国物理学家高斯 (C.F. Gauss，1777～1855) 的经典著作《地磁力的绝对强度》问世，创建了地磁场的球谐分析方法，证实了吉尔伯特的观点，奠定了地磁场定量分析的理论基础。据高斯理论可以测定地磁力大小。1840年高斯又发表了《地磁概论》，对地磁场作了周密的数字分析，奠定了地磁场理论分析的基础。与此同时，俄国学者西蒙诺夫 (И.Симонов，1794～1855) 于1835年发表了《地磁学理论的试探》，指出地磁场是地球内部均匀分布的磁性粒子作用的产物。高斯与西蒙诺夫是研究地磁学的先驱。地磁测量工作始于16世纪， 1538年卡斯特罗 (J.D.Castro) 精密地测定了欧洲至东印度的海上磁偏角。1832年高斯创立了测量地磁场强度绝对值的方法，并与德国物理学家韦伯 (W.E.Weber，1804～1891) 共同创立了“高斯单位制”，加速了各国地磁场的测定。19世纪开始应用地磁异常寻找磁铁矿，推动了地磁学的应用研究及磁测方法研究。19世纪20年代，世界各国建立了第一批地磁台。1957～1958年，国际科协组织了三次地磁学研讨会，全面讨论了地磁场的时空分布特征及各类地磁现象，充实了地磁学理论。当今对岩石古磁场的研究，推动了板块构造学说的研究。地磁学正向着应用阶段发展。

地磁学的研究内容分为两个体系：①地球的基本磁场。包括稳定磁场的基本规律、地磁场要素及研究方法、地磁场的结构及长期变化。铁磁现象的理论基础、岩石磁性研究、古地磁学的基本原理及研究方法；②地球的变化磁场。包括地磁场的变化及其研究方向、周期性地磁变化、地磁扰动、伴随地磁变化的各种自然现象、极光及磁扰动理论。当今地磁学的研究，趋于由地面、洋面向高空发展，将磁性探测仪安放于火箭及人造卫星上，接收高空大气层、太阳风、行星星际磁场与地磁场有关的资料。在处理各种复杂地磁异常的计算问题及原始数据的数据处理上，电子计算机将发挥重要作用。

固体地球物理学

亦称“大地物理学”。研究地球起源和演化、内部构造和组成、物理性质以及所发生的各种物理过程的学科。是地球物理学的一个分支。把地球作为一个固体模型，研究其弹性、密度、重力、潮汐以及与此有关的地球自转、地磁场、地球内热、内部构造等地球物理课题。主要包括地震学、地磁学、重力学、地热学、地球物理勘探(即应用地球物理学)、大地构造物理学、地球内部物理学等分支。近代科学发展，经常涉及到固体地球物理学中的各种地球物理场，地球内部物理状态、性质和运动特征等方面。20世纪70年代以来，固体地球物理学中逐步形成了一些新的研究领域，诸如极移、磁极倒转、板块构造、地震预报等。

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