地磁场时空变化与地球动力学过程相关性研究的新进展

　　地磁场是地球的基本物理场之一，主要起源于地球外核流体的运动。从地磁场的变化规律可获取地球深部动力学过程的信息。人们对地磁极性倒转的认识是20世纪地球科学的重大事件之一，在一定程度上改变了人类对地球形成和演化过程的认识。在国家自然科学基金的持续资助下，中国科学院地质与地球物理研究所朱日祥研究员等人，对地球磁场和地球内部过程的研究，取得了如下重要的发现和突破性进展：

　　⑴改进了古地磁学实验技术，设计了样品在真空或氩气不同环境下的热处理设备，为研究具有复杂磁学性质的岩石样品提供了"非常好的、清晰的"研究方法。

　　⑵发现一个完整的松山-布容极性转换过程是由多次快速倒转构成，每次快速倒转经历的时间约几百年，而不是过去普遍认为的几千年。

　　⑶提出地球磁场从正极性到负极性或从负极性到正极性的快速倒转在时间分布上具有随机性的新观点。

　　⑷确认了极性转换期间虚地磁极主要环太平洋分布，与采样点位置以及倒转方向无关，而且还常常在一些特定地点(如澳大利亚)聚集成簇。极性转换期间虚地磁极分布反映了地球内部的动力学特征。

　　⑸结合下地幔地震波传播存在着环太平洋的异常区以及核-幔边界流体运动在太平洋为低速区的特点，推断地磁极性倒转还受控于下地幔结构的变化，并提出极性转换期间地球磁场仍以偶极子分量为主的模型。

　　⑹利用古地磁学研究方法证明了5百万年以来地球虚偶极矩存在极值，提出洛仑兹力对地核发电机过程起负反馈作用以及虚地磁极在任一"瞬时"偏离地球自转轴是由于a效应影响的新观点。

　　⑺从实验角度揭示出布莱克亚时和松山-布容极性倒转期间地球磁场强度曾衰减至现今值的20%左右，该结果对认识地磁倒转和深部过程很有意义。

　　⑻深入研究了白垩纪超静磁带期间地磁场古强度变化特征，发现在超静磁带初始期地磁场强度仅为现今值的一半，提出该期间核幔作用可能处于低能态的观点。

　　⑼确定了15万年以来地球磁场方向和相对强度长期变化规律，提出外核顶部流体运动具有与日长变化相同的周期。这一研究为认识地磁演化以及地球外核流体运动规律提供了有价值的基础资料。

　　⑽修正了华北、扬子和塔里木块体的古地磁视极移曲线，从古地磁角度研究了三大块体的运动学特征和闭合过程。扬子与华北块体在印支期的对接过程是先东后西的闭合模式，东部的对接发生在晚二叠世，西部闭合时代为晚三叠世。晚侏罗世三大块体在动力学意义上已成为整体。这一成果对深化大陆动力学研究是有意义的。

　　上述研究结果对于建立合理的转换场形态学理论模型和认识地磁极性倒转机制具有重要的科学意义，为地核发电机理论研究开辟了新途径，为探索地球深部动力学过程提供了重要的基础资料。其中，古地磁定年的研究成果发表在《Nature》（2001年9月27日）上。《Science》等多家杂志对此发表评论说，这一研究是一项"伟大"的工作，是盆地定年方法的"新突破"。有关地球磁场形态学的研究成果，获1996年度中国科学院自然科学奖一等奖。

朱日祥博士(右)