古地磁場

現代地磁場的記錄不超過400年，這在很大程度上限制了人們對地球基本磁場和長期變化規律的認識。地殼各處的岩石含有或多或少的各種磁性礦物，在冷卻或沉積過程中被地磁場磁化，記錄下岩石形成時期地磁場的方向和強度，其中一部分磁性穩定的岩石，在漫長的地質時期，完整地保留了這種記錄。同理，古磚、古瓷器、爐灶等原始焙燒物在它冷卻時也被當時的地磁場磁化，於是記錄了人類史期的地磁場。這些珍貴資料擴大了人們對地磁場變化的認識。

岩石和原始焙燒物在其形成后的漫長時期，由於各種物理、化學作用，難免產生次生磁化。清除岩石的次生磁化，保留穩定的原生磁化，這項工作叫做磁清洗。由於古地磁場的方向和強度很難測定得很精確，所以，只有利用大量標本的測量結果進行統計，才可能取得較好的結果。

當標本的產狀(走向、傾向、傾角)已知時，由標本剩磁方向的測定可以得到標本產地的古地磁場的偏角和傾角。在地心偶極子的假定下，由古偏角和古傾角即可確定古地磁極的位置（通常叫作虛磁極，見古地磁學）。

關於利用岩石標本測定地磁場的方向，1925年謝瓦利埃(R.Chevallier)曾對西西里島的埃特納火山近代熔岩流磁化方向進行過測定，他發現熔岩磁化方向與地磁場方向相當一致，並注意到虛磁極繞地極順時針方向運動。至今人們已經獲得許多史前和史期地磁場方向的測定結果。1962年行武毅系統分析了日本地區古偏角和古傾角的資料，發現古地磁場方向的變化具有700、1200、1800和7000年的周期成分。他認為1200年和1800年是非偶極子磁場的變化周期，而7000年是赤道偶極子的運動周期。永田武由日本第四紀熔岩流測得的虛磁極的運動，似乎有近 10000年的周期趨勢。這與行武毅得到的7000年周期相近。據此永田武提出，地磁軸沿順時針方向繞地軸運動，速度約為0.05年。70年代有人系統分析了考古地磁和近代測得的倫敦地磁場方向的變化，但沒有發現相同周期的變化。因此，上述結果還有待驗證。

測量方法是30年代由法國人泰利埃(Thellier)最先確立的，只適用於熱剩磁標本。70年代末曾有人探索利用其他類型岩石標本測定古地磁場強度的方法，但還不夠完善。至今泰利埃方法仍然是測量古磁場強度的最有效方法。泰利埃方法又稱“逐步加熱”法，其基礎是岩石“部分熱剩磁定律”,即岩石在 T0（室溫）至 T1（居里溫度）溫度區間所獲得的總磁化，等於各溫度區間所獲得的磁化的總合。把 T0～ T1分成幾個溫度區間，先在零磁空間中逐段加熱，測定殘留磁化強度 JT( n- i)，再在現代地磁場中冷卻，測定重新獲得的凈磁化強度 J孏( i), i=0,1,…, n。如果在實驗過程中岩石物理化學性質不變，則有

由 JT( n- i)和 J孏( i)的直線斜率和現代地磁場強度 F0即可求得古地磁場強度 F。圖1為中國北京地區古地磁場強度的測定結果。若假定古地磁場為地心偶極子場，則由某測點古地磁場強度的測定，即可標出古地磁矩。圖2為全球幾個地區古地磁矩的變化。可以看出，近2000年來地球磁矩是衰減的，這與現代觀測結果相符；2000年前有個最大值，約為現代地磁矩的1.5倍；公元前2000年有個低值，與現代地磁矩相近；約在公元前4000年有個最小值，由此估計地球磁矩的變化周期約為 8000～10000年。

布容 (B.Brunhes)1906年從法國熔岩中發現了磁化方向與現代地磁場方向相反的岩石。隨後在其他地方也觀測到同樣的事實。60年代以前存在著岩石自發反向磁化和地磁場本身倒轉兩種觀點的爭論。隨著反向磁化岩石的普遍發現和實驗室工作的進展，到了60年代古地磁場倒轉的觀點已為人們普遍接受。地磁場倒轉給地磁場起源和核內動力學的理論提出了一個重要的約束條件。