海洋电磁学

海洋物理的分支学科

海洋电磁学是海洋物理的一个分支学科，主要研究海洋的电磁特性，海洋中频率低于红外的电磁场运动形态和规律及其应用。并研究海洋的电磁特性，海洋中的电磁场和电磁波的运动形态和规律，及其在海洋科学、海洋电磁波通讯和海洋开发中的应用的学科。

简介

海洋中的各种盐类几乎完全解离，这使海水含有大量离子而成为导体。法拉第早在1832年就指出：在地磁场中流动的海水，就象在磁场中运动的金属导体一样，也会产生感应电动势。他在泰晤士河做过实验，但没有得到预期的结果；但他指出，在英吉利海峡必定能测出。1851年，渥拉斯顿在横过英吉利海峡的海底电缆上，检测到和海水潮汐周期相同的电位变化，证实了法拉第的预言。由此开始了对海洋中的电磁现象的研究。

学科发展

海水中的各种盐类几乎完全离解成为正负离子,海水靠这些离子导电而成为导体.1832年,法拉第发现电磁感应定律的第二年,就想到在地磁场中运动的海水像在磁场中运动的导线,也会产生感应电动势.他在泰晤士河做实验,由于当时仪器的精度差、距离短、电压小,未能测出结果.但他指出,在英吉利海峡必定能测出.1851年,C·涅拉斯顿在横过英吉利海峡的海底电缆上检测出和海洋潮汐周期相同的电势变化,证实了法拉第的想法.从此,引起人们对研究海洋中电磁现象的兴趣. 钢铁船舰在地磁场中被磁化,成为一大块磁铁,海底水雷靠舰船磁场触发,这在第二次世界大战中普遍使用.这也就促使人们研究地磁场和舰船磁场在海洋中的分布。

应用

随着电磁波中的超长波用于对潜艇通讯，和极长波用于对大洋深处核潜艇通讯的要求，各国相继开始研究海水的电磁特性和电磁波在海洋中的传播规律。19世纪70年代以来，已经开始将电磁波中的极长波用于探测研究海底岩石圈的地质构造和探矿。海洋中海天然电磁场和海水在地磁场中运动时产生的感应电磁场，都会对水下通讯和地质探制造成干扰，这又促使人们对海洋中的天然磁场和感应电磁场进行更细致深入的研究。

电磁波在海水中传播时激起的传导电流，致使电磁波的能量急剧衰减，频率愈高，衰减愈快。由麦克斯韦方程组可得出：兆赫以上的电磁波在海水中的穿透深度小于25厘米，海水对这种电磁波就成为很强的屏蔽层；而频率低于10周/小时的电磁波，在海水中的穿透深度可达5000米。这样，海洋就成为完全可穿透的了。这种极低频的电磁波，可用于陆地对大洋深处核潜艇通讯和海底地壳物理探矿，是海洋电磁学研究的一项主要内容。

海洋电磁波

简介

海洋中主要的天然电磁场是地磁场，而占据地磁场99%以上的主磁场，几乎全部起因于地核。另外，地球大气电离层中发生的各种动力学过程，包括来自太阳的等离子流和地球磁圈及电离层的相互作用，不断产生频率范围很宽的电磁波。其中的周期为数分钟以上的，能够穿过海水而达到海底，再穿过海底沉积层，达到上地幔岩石圈甚至更深处。

海水和海底接触处的电化学过程，岩石中的渗透过程，及海水在岩石中的扩散作用等物理作用和化学作用，在海洋中也能产生电场，其强度可达100微伏/米。在浮游植物和细菌的聚集区，也发现有生物电场。

海水的各种较大尺度的运动，如表面长波、内波、潮汐和海流等，都能感应出相应的电磁场。研究海水各种尺度运动所产生的感应电磁场，探求测量它们的方法，进而通过电磁测量来了解海水的各种运动，也是海洋电磁学研究的一个重要方面。

通讯

陆地、舰艇和飞机与水下潜艇进行无线电通讯时，所用的电磁波中的超长波，波长在万米以上（频率低于30千赫），电磁波沿地球表面和高度为70～80公里的电离层所构成的两个同心反射层之间传播，然后垂直透入海水。潜艇可在水面以下30米深处收到这种电磁波。要从陆地上和藏在大洋深处的核潜艇通讯，比较可靠的手段是极低频电磁波（波长在百万米以上）。实验说明：潜航于 120米深的核潜艇用 300米长的拖曳接收天线，能顺利地收到4600公里远的极长波指令。使用超长波和极长波对潜艇通讯，其优点是不受磁爆、核爆炸和太阳黑子的影响。

探矿

裂隙中充满海水的岩石和硫化矿物，都能使岩石的电导率增加2个量级以上,这可以用电磁波探测到。这是一种有效的探测手段。海底岩石圈的电导率与它的物理化学性质、温度和含水量等，均有关系。根据海底附近的电磁测量，推断海底以下的上地幔岩石圈的电磁性质，可用来研究海底岩石圈的结构、热力学过程和海底岩基的运动及海底矿床的形成。美国斯克里普斯海洋研究所把发射源放在海底，用可在海底自由散布的接收器来测量电场。在19公里范围内测出0.25～2.25赫的极低频信号，提供了海底30公里深处的上地幔导电结构模型。对深部岩石圈性质的探测，尚无其他有效的手段，故海洋电磁学在这方面的研究就显得更加重要了。

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