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迄今，地球物理學(xué)領(lǐng)域存在很多重要的、具有挑戰(zhàn)性的未能完全解決的難題，一些難題的解決，可能涉及物理學(xué)、化學(xué)及生命科學(xué)等領(lǐng)域的基礎(chǔ)，更與我們?nèi)祟惿畹姆椒矫婷婢o密有關(guān)。這樣的一些問題包括：1、地震的孕育與發(fā)生機(jī)理；2、地球磁場的起源與維持機(jī)理；3、地幔對流與板塊構(gòu)造的關(guān)系，等等。
以地球磁場的起源與維持機(jī)理為例，實(shí)際上，這是傳統(tǒng)物理學(xué)的一個經(jīng)典問題，基本上可以說，自近代物理學(xué)誕生以來，比如地球磁場的起源這樣一類問題，便存于歷代物理學(xué)家們的腦海之中，而一直揮之不去，并且到如今也沒有找到一個特別令人滿意的答案。
關(guān)于地球磁場，其核心問題是：1、地球磁場是如何起源的？2、為什么地球磁場存在包括準(zhǔn)周期在內(nèi)的一系列變化，特別是存在地球磁場的準(zhǔn)周期倒轉(zhuǎn)現(xiàn)象？可以這樣說，這樣的問題徹底解決之日，必是其得到諾貝爾獎之時！
我在博文“再談海底擴(kuò)張與板塊構(gòu)造”中，曾經(jīng)談到過地球磁場的倒轉(zhuǎn)證據(jù)，在建立海底擴(kuò)張與板塊構(gòu)造學(xué)說的過程中，曾經(jīng)如何起到過重大的作用。
很長一段時間以來，尤其是最近一百年來，有很多物理學(xué)家介入到這樣的物理機(jī)理方面的研究與探討，包括一些知名的研究量子霍爾效應(yīng)的物理學(xué)家，相應(yīng)地提出了關(guān)于地球磁場起源與運(yùn)行機(jī)理的多個假定。
相比較其它所有假說而言，地球磁場起源的發(fā)電機(jī)理論，能夠解釋更多的觀測現(xiàn)象，特別是能夠很好地解釋產(chǎn)生準(zhǔn)周期的地磁場倒轉(zhuǎn)現(xiàn)象。例如該理論能夠較好地解釋在已經(jīng)過去的近一億年時間內(nèi)，地球磁場曾經(jīng)發(fā)生了超過150次的倒轉(zhuǎn)現(xiàn)象，因而能夠被多數(shù)的地球物理學(xué)家們所認(rèn)可：
1995年，一個基于該理論的框架結(jié)構(gòu)、并且比較激動人心的研究結(jié)果發(fā)表于Nature，其得到的大規(guī)模數(shù)值模擬結(jié)果顯示（圖一），地球磁場之所以發(fā)生如此的變化方式，是由于地球固體內(nèi)核與整體地球之自轉(zhuǎn)角速度的差異變化引起的。
緊接著，便立刻跟進(jìn)兩個獨(dú)立的地震學(xué)家研究小組，試圖尋找到有關(guān)的地震學(xué)支持證據(jù)，他們的研究結(jié)果分別發(fā)表于1996年的Nature與Science，其獲得的地震學(xué)證據(jù)都表明，現(xiàn)階段地球的內(nèi)核自轉(zhuǎn)速度，一般地要快于整體地球的自轉(zhuǎn)速度，其快速程度的上限分別被估計(jì)為：大約300年和120年左右快那么一圈（圖二）。
打個比方，如果每200年地球內(nèi)核較整體地球的轉(zhuǎn)速快一圈，這種情況意味著，設(shè)想一開始有兩個都生活在北京這個經(jīng)緯度位置的人，一個人站在地球表面，另一個人站在地球的內(nèi)核表面。但隨著時間的慢慢前移，生活在內(nèi)核表面的那個人，便會越來越早一些地較地表之人，看到太陽的東升西落；這樣累積至200年后，生活在內(nèi)核表面的那個人，便會看到太陽從東方的地平線上多升起一次。
自1996年之后，包括最初的兩個研究小組在內(nèi)的更多研究小組，對此進(jìn)行了持續(xù)的跟進(jìn)研究。不過，這一系列有關(guān)地震學(xué)方面的研究結(jié)果，基本上給出了一個逐漸變小的趨勢估計(jì)，大致到超過約5000年快一圈，可能要超過1萬年才快那么一圈的程度；部分研究甚至得不到一個明確的地震學(xué)支持證據(jù)。
需要說明的是，我們站在地球表面觀測到的地球磁場之變化規(guī)律，即近地表地球磁場一直變化，并且存在倒轉(zhuǎn)的情況，與我們進(jìn)入到遠(yuǎn)離地球的外太空中，所觀測到的地球磁場情況，具有極大的不同；后者的最大特點(diǎn)就是，環(huán)繞地球磁極的N極方向，恒定指向地球的地理南極之上方。
主要參考文獻(xiàn)：
1、Glatzmaier G A and Robert P H, 1995, Nature, 377, 203-209.
2、Song X and Richards P, 1996, Nature, 382, 221-224.
3、Su W et al., 1996, Science, 274, 1883-1887.
