下载此文档

第二章地球磁场.doc


文档分类:中学教育 | 页数:约18页 举报非法文档有奖
1/18
下载提示
  • 1.该资料是网友上传的,本站提供全文预览,预览什么样,下载就什么样。
  • 2.下载该文档所得收入归上传者、原创者。
  • 3.下载的文档,不会出现我们的网址水印。
1/18 下载此文档
文档列表 文档介绍
该【第二章地球磁场 】是由【泰山小桥流水】上传分享,文档一共【18】页,该文档可以免费在线阅读,需要了解更多关于【第二章地球磁场 】的内容,可以使用淘豆网的站内搜索功能,选择自己适合的文档,以下文字是截取该文章内的部分文字,如需要获得完整电子版,请下载此文档到您的设备,方便您编辑和打印。第二章地球磁场第二章地球磁场第二章地球磁场第二章地球磁场LisaTauxe著,常燎译)建议补充读物Butler(1992),3-7页,10-11页。更多信息可参看:Merrilletal.(1996)第一、二章。。人类的直接测量但是能够追忆到几个世纪前,因此,古地磁学仍旧是研究过去地球磁场行为的独一手段。由于古地磁学波及地球磁场,因此有必要认识一些相关地球磁场的知识。这一讲我们主要回首此刻地球磁场的一些基本性质。地磁场由地球液态外核的对流惹起(外核由铁、镍和一些未知的较轻成分构成)。产生对流的能量的根源当前还不清楚,但是一般认为一部分根源于是地球的冷却过程,其余一部分则根源于由铁/镍构成的液态外核的浮力,这一浮力则由纯铁内核的冷却惹起。这个导电流体的运动受控于液态外核的浮力、地球自传以及导电流体和磁场的相互作用(这是一个异样复杂的非线性过程)。确定导电流体的运动方式以及其产生的磁场状态是一个极具挑战性的课题,但是我们已经知道这种导电流体的运动是一种自激发电机过程,它能够产生并保持巨大的磁场。地球参照场在好多情况下,确定地球磁场在一特准时间的空间分布特别适用。对地球磁场及其变化率的数学近似能够比较正确地估计地球磁场在给准时间和地点的值(最少在几百年以内)。由第一章可知,地表的磁场大概是个标量的势场,并遵从拉普拉斯方程:这个方程能够改写为:这个方程的一个解是:对地球磁场,一般能够写作半径为r,纬度余弦,经度的标量势:1第二章地球磁场第二章地球磁场第二章地球磁场其中,g和h是高斯系数,能够从特定的年月计算得出,单位为nT,或磁通量(注意,公式中0由tesla[B]变换到Am-1[H])。角标e和i代表外场或许内场的发源,a是地球半径(),0是自由空间的磁导率(),Plm正比于勒让德多项式,其由传统的施密特多项式归一化而来(可参看建议的读物)。:即轴向的(m=0)偶极子场(l=1),四极子场(l=2),以及八极子场(l=3)。它们的贡献分别由g10,g20和g30确定。相关的多项式()为:,使其北极指向格林威治子午线,那么它就由系数h10确定,假如指向90E,则将由系数h11而定。因此,总的偶极子贡献将是轴向和两个沿赤道的偶极子项的矢量相加,即。总的四极子贡献(l=2)由五个系数而定,总的八极子(l=3)贡献则由七个系数而定。一般来讲,假以下标(l)和上标(m)的差为奇数(比方,轴向偶极子g10和八极子g30),则相应的地球磁场对于赤道是非对称的。但是,假如l和m的差为偶数(如,轴向四极子g02),则相应的地球磁场是对称的。,由与此刻地磁场方向一致的单一偶极子场产生的倾角。在北半球,倾角都是正的(向下),而在南半球是负的(向上)。相反,由四极子场产生的倾角()是在极区是向下的,在赤道处则是向上的。由轴向八极子场()产生的倾角对于赤道也是非对称的,在两个极区的方向相反,并在中纬度地域被拥有相反方向的条带分开。地球磁场是一个矢量场,因此在每个点都有方向和强度()。不论选择如何的坐第二章地球磁场第二章地球磁场第二章地球磁场2第二章地球磁场第二章地球磁场第二章地球磁场标系,三维矢量场都需要三个参数来定义。比方在笛卡儿坐标系下,用x,y,z或x1,x2,x3。对于特定的问题,由于问题自己的对称性,某种坐标系会更合适些。除了笛卡儿坐标系外,也应用其余一些坐标系,但需要在这些坐标系间进行变换。:施密特多项式。地球磁场矢量的重量我们常常应用地球磁场矢量的三重量:磁场总强度B(或H,M),磁偏角D和磁倾角I()。在本讲义中,约定三个坐标轴为X1,X2,X3,沿着坐标轴的重量为x1,x2,x3。参照地理框架,X1正向指向北,X2正向指向东,X3正向依照右手螺旋法例垂直向下。对于的重量,能够表示为BN,BE,BV。,应用简单的三角法例,能够将磁倾角、磁偏角和总强度从极坐标系转变到笛卡儿坐标系,即:水平重量也能够投影到向北(X1)和向东(X2)的轴(一般是测量的方向),即:。:全球磁倾角的表面谐函数(附图)及其相应的分布图(图片根源于Tauxe,2005)。a)偶极子;b)四极子;c)八极子。笛卡儿坐标系下的B(或H,M)能够被转变成参数D,I和B:第二章地球磁场第二章地球磁场第二章地球磁场注意正切函数符号的复杂性。你或许会弄错象限,最后就不得不加180。回忆第一章(包括附录),一旦标量势m已知,地磁场的各重量就能够由B计算出,因此,在球坐标系下:m第二章地球磁场第二章地球磁场第二章地球磁场其中,r、、分别是半径、余纬(偏离北极的角度)和经度。这里,正向的BV向下,BN向北,和第一章中的Hr和H相反。,而不是Am-1。第二章地球磁场第二章地球磁场第二章地球磁场4第二章地球磁场第二章地球磁场第二章地球磁场其余,假如已知磁场矢量场,也能够推导出势场。对于特定参照场,其高斯系数一般是对观察到的地球磁场进行最小二乘法拟合后得出的。为了可靠地估计高斯系数,假如到L=6则需要最少48个观察点。:地磁矢量场B的各重量。BH是矢量场B在地表的切向投影。BH能够分解成向北和向东的重量(BNE)。BV是垂直轴向的投影。D是从北向开始0到360度按顺时针方向和B增加。I是从水平方向开始从-90度到+90向下增加(由于磁力线也能够指地球的外面)。假如需要,M或H也能够被B代替。。在某段时间内国际(或声威的)地磁参照场能够是一系列的高斯系数以及它们的时间导数。美国国家地球物理数据中心的网站上有IGRF(或DGRF)模型以及计算不一样样地磁场重量的程序。网址是:,.(2000)估计的前六阶高斯系数。每阶的能量为(Lowes,1974)()。最低阶项(一阶)占主导,几乎据有90%的地磁场。这也正是为什么地球磁场平常被认为是等价于一个处于地心的简单偶极子场。此刻来看看依照1995年的IGRF估计的地磁场参数。对于给定参照场,,D和I值。。在极区的磁场强度一般可高达~60T,而在赤道处最低(~30T)。但是与地心轴向偶极子第二章地球磁场第二章地球磁场第二章地球磁场5第二章地球磁场第二章地球磁场第二章地球磁场GAD)产生的磁场不一样样(),地球磁场强度的等值线图和纬度不平行。而地心轴向偶极场产生的倾角也规则变化,在极区为-90度和+90度,在赤道处是0度;等值线图平行于纬度线。,但是还有好多不一样样之处,这也表示出地球磁场不可以够简单地由置于地心的条形磁铁来代表。假如地球磁场是简单的地心轴向偶极子场(GAD场),那么在不论什么地方偏角都为零,实质上明显不是这样的()。:2000年的国际地磁参照场(al.,2000)。应用地磁势场的利处在于能够用来估计源区之外任何地方的磁场。。由此能够看出,从核幔界限到地表,地磁场变得越来越简单,也更像偶极子场了。球谐分析最重要的结果在于使我们认识到地磁场主假如由一阶项(l=1)主导,而外面的贡献特其余小。一阶项能够被认为是沿着三个方向排列的地心偶极子:自转轴(g10)和两个订交于格林威治子午线(g11)和东经90度(h11)的赤道轴。(GAD)和其余种类的极子作为一阶项,地球磁场很像一个处于地球中心、和地转轴一致的巨大条形磁铁产生的磁场。。假如地球磁场的确是地心轴向偶极子场(GAD),那么从极区穿过的磁力线沿着自转轴是对称的,从而不论选择那个截面都是相同的;换句话说,磁力线老是指向北极的。但是,磁力线和地球表面的夹角(磁倾角I)总会在赤道的0度和极区的90度之间变化。其余,极区的磁力线要比赤道处的显得更密(极区磁通量更高),从而极区的场强是赤道处的两倍。:依照2005年IGRF得出的地球磁场能量随阶数的变化图。假如在足够长的时间进步行均匀,地磁场的确很近似于GAD场。这个所谓的地磁场GAD模型向来是我们谈论古地磁数据及其应用的基础。地心偶极子(IGRF中的g10,h10,h11)的矢量和也是一个偶极子,但是它和地球自转轴有11的夹角。这个所谓的最正确拟合偶极子轴穿透地表()。这个点及其对跖点称为地磁极(icpoles)。它们和地理极不一样样,地理极是地球自转轴在地表处的交点。。把大于约10000年的古代地磁极数据均匀后就获取古地磁极(icpole)。由于地磁场是轴向偶极子场的一阶近似,我们能够写成:其中B0是g10a3。注意到,假如g10的单位是特斯拉(正如高斯系数平常的单位),这里的单位就是特斯拉。因此,,,利用BV和BN方程,我们获取:这个等式一般称为偶极子公式(dipolefoumula),它显示由地心偶极子场产生的地球磁场(或g10)的倾角和余纬()直接相关。偶极子公式使得我们能够从GAD磁倾角计算测量地点的纬度,这是板块结构重建的基础。偶极子场的强度也和(余)纬相关,由于:偶极子场的强度在过去的变化已经超出了一个量级。对于板块结构重建来说,偶极子强度和纬度的关系其实不适用。:1995年IGRF的地磁图a)总强度,单位T。b)磁倾角。c)磁偏角。。这样的单位球很难在二维平面上显示。为了有效显现磁场和磁化强度的方向,有几种应用比较宽泛的投影方法,包括兰伯特等面积投影,这种投影在后边的章节中宽泛应用。等面积投影的原理在附录中第二章地球磁场第二章地球磁场第二章地球磁场8第二章地球磁场第二章地球磁场第二章地球磁场介绍。等面积投影这一名称所表示的,一般来说,会把球面上的一块面积按等面积折射到投影面上。用这种方式描绘方向数据能够很快评估方向数据的失散程度。但是这个方法的弊端就是球面上的圆形经过投影后就变成椭圆形了。并且,由于矢量投影到单位球上,矢量强度的信息就会抛弃。最后,上半球和下半球的投影必定用不一样样的符号划分开。古地磁研究中,下半球的投影用实心符号表示,而上半球的投影用空心符号表示。偶极子公式假定磁场是严格轴向的。由于磁场势有好多项,而不但但是g10。由于有非轴向的地心偶极子场项,一个给定的倾角会产生一个等价的磁场余纬(o-latitude,)::a)依照1980年的IGRF展望的通量线。[依照的结果重画]b)由地心轴向偶极子场m产生的磁力线方向分布图。和分别是纬度和余纬。I是在地表特定点处的磁倾角。古地磁学家常常假定m是的一个合理的估计,这个假定的正确性依靠于好多因素。我们第一考虑当随机选择此刻地磁场的测量数据时会有什么结果()。我们在全球随机采纳200个点(),应用1995年的IGRF评估每点磁场的方向。应用古地磁约定,空心指向上,实心指向下,。相同,。能够看出,正如所希望的那样,结果主要由偶极子场控制。详尽表现为:观察的倾角遵从由地心轴向偶极子场产生的倾角随纬度变化的趋势。尽管这样,二者之间还有相当的不一致,二者的偏差在南半球要比在北半球大。第二章地球磁场第二章地球磁场第二章地球磁场9第二章地球磁场第二章地球磁场第二章地球磁场,I’变换我们常常想要比较在全球相距很远的地方获取的方向结果。由于倾角随纬度变化,使得这种比较存在困难。在这种情况下,对于每个采样点的方向数据,考虑其与从GAD模型得出的方向相互关系很合适。为此,能够应用Hoffman(1984)提出的变换。过程为:旋转这一采样点的磁场方向,使得在这一采样点从GAD模型获取的方向为等面积投影的中心。详尽解说以下:先把每个方向都转变到笛卡儿坐标系(xi):再把它们转到新的坐标系中(,参看讲义一附录):其中Id为从GAD模型获取的磁倾角(),是该点的纬度,是古场矢量投影到N-S平面()的倾角。,就能够变换到,。,变换后发生的变化。磁倾角的纬度依靠关系被去除了。尽管这样,在一给定纬度获取的方向结果,在上下的方向上比左右方向有更为分其余趋势,这个增加的趋势在赤道处达到最大,在两极处最小,由于在两极的方向或多或少是循环对称的。虚地磁极我们常常问终归能否地磁极自己改变了,还是地壳的某些部分有对于地磁极发生了偏转。我们在某个地域观察到的但是当地的磁场矢量方向。因此,我们需要一种方法将观察到的方向转变成等效的地磁极。为了去除地球磁场方向对观察点的依靠性,我们能够假想一个地心偶极子场,其在给定纬度()和经度()处由产生的磁场方向与观察点的磁场方向一致。虚地磁极(VGP)就是这个假想的地心偶极子场的磁极()。第二章地球磁场第二章地球磁场第二章地球磁场10第二章地球磁场第二章地球磁场第二章地球磁场

第二章地球磁场 来自淘豆网www.taodocs.com转载请标明出处.

相关文档 更多>>
非法内容举报中心
文档信息