第 7 章。地球领域
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1. 概述
2. 地球引力场
3. 地球磁场
a. 【高点刺激经纬度计算】(https://jb243.github.io/pages/383)
1.概述
⑴ 地球场 : 地球力的流动
⑵ 场分为引力场和磁场
2.地球引力场
⑴ 重力
①重力的定义 ： 地球上物体所受到的朝向地心的万有力与因地球自转而产生的离心力之和
②万有力F与两个物体之间的距离的平方成反比，与它们的质量的乘积成正比
○ 两极重力最大，赤道重力最小
③ 离心力： f = mrω2（r ：距自转轴的距离，ω ：地球自转角速度）
○ 离心力在两极为零，在赤道处最大
④ 重力方向：赤道和两极处朝向地球中心，其他地方不朝向地球中心
⑵ 重力测量
① 使用重力计： 使用灵敏的铅垂线天平
② 使用摆法 : 长度为ℓ的摆的周期如下
③万有引力常数的测量 ： 卡文迪什实验首次测量
图。 1. 卡文迪什实验
⑶ 重力加速度
① 表面重力加速度
○ 由于物体与地球之间的距离几乎恒定，地球表面的小规模运动具有恒定的重力
○ 由于地下密度和赤道离心力的差异，重力加速度局部变化
② 大气中的重力加速度
③ 地球内部的重力加速度
○ 计算地球内部的重力加速度时，超出特定点的外壳没有影响（∵相似原理）
图。 2. 地球和壳层内部的重力加速度
○ 假设地球密度恒定，重力加速度与距地心的距离成正比
④ 地球重力加速度的实际分布
图。 3. 地球重力加速度的实际分布
⑤ 地球表面的重力是月球表面的6倍
⑷ 重力异常
① 标准重力 ： 最接近大地水准面且与实际地球质量相同的均匀椭球计算的理论值，作为纬度 (Φ) 的函数
② 重力异常=测量重力-标准重力
○ 正重力异常 : 存在高密度物质（例如铁矿石、玄武岩）
○ 负重力异常 : 存在低密度物质（例如石油、岩盐）
③ 修正重力 ： 大地水准面上平坦地形上的重力
④ 布格异常 = 修正重力 - 标准重力
○ 由于地下物质密度差异而出现布格异常
○ 地下密度高的地区（主要是海洋）的（+）值，地下密度低的地区（主要是陆地）的（-）值
⑤ 重力异常分布 ： 也称重力异常“马铃薯模型”
图。 4. 重力异常的马铃薯模型
⑸ 重力的作用
① 冷星际物质收缩形成 → 地球早期形成的能源
⑹ 均衡> ①低密度岩石圈漂浮在高密度地幔上并保持平衡的理论
② 在这个平衡过程中，发生代偿运动
③ 理论1.普拉特假说：相同莫霍面深度下不同的岩石圈密度。 (注)记为“平”
④ 理论2. 艾里假说： 不同莫霍面深度的岩石圈密度相同
图。 5. 普拉特和艾里假设的比较
⑤ 实际岩石圈符合艾里假说，分为大陆岩石圈和大洋岩石圈，普拉特假说适用于每个岩石圈
图。 6. 实际岩石圈中的均衡
⑺ 人造卫星的运动
① 第一宇宙速度 ： 在地球表面上方做圆周运动所需的速度。约7.9公里/秒
② 第二宇宙速度 ： 从地球表面离开地球引力场所需的逃逸速度。约11.2公里/秒
③ 第三宇宙速度 ： 从地球表面离开太阳系所需的逃逸速度。约16.7公里/秒
④ 地球静止卫星
○ 地球静止卫星 ： 轨道周期与地球自转周期相匹配的卫星。也称为非对地静止卫星
○ 地球静止卫星保持固定在地球表面的同一点
3。地球磁场
⑴ 概述 : 地球可以被认为是一个磁偶极子，其南极位于地理北极
⑵ 地磁三要素
图。 7. 地磁三要素
① 磁偏角（磁方位角）： 用α表示
○ 磁北（针北）方向与真北（地理北）所成的角度
○ 针北指向东为正，针指向西为负
② 倾角 ： 用β表示
○ 磁针与水平面的倾斜角度。也称为水平磁力与垂直磁力之间的角度
○ 磁倾角 : 0°, 北极 : +90°
○ 随纬度增加
图。 8. 基于纬度的倾斜度
箭头指向地理北极，即磁偶极子的南极
③ 水平磁力 ： 表示为A或H
○ 地球磁力的水平分量
○ 磁赤道处最大值
○ 水平磁力 H = F cos I, I : 倾角
○ 垂直磁力 V = F sin I, I : 倾角
⑶ 地球磁场的变化
① 现今地球磁场 : 2.0 × 10-5 T
② 长期变化： 由于地球内部变化而导致的地球磁场逐渐变化
○ 无周期性
○ 正负极性
图。 9. 极性反转时的磁场线轮廓
注意：考虑地理北是磁南
○ 弗兰格尔岛地区附近测量到的磁异常
图。 10. 弗兰格尔岛地区附近测量到的磁异常
③ 日变化： 由于太阳高度变化而导致的地球磁场变化
○ 白天比夜间更明显
④ 磁暴 ： 由于太阳耀斑，地球磁场在数小时至 2-3 天内不规则地突然发生快速变化
○ 伴随着极光现象和范艾伦带
⑤ 极光现象（极光）
○ 太阳风中先前存在的电子和离子激发大气粒子并随后发光而产生的荧光现象» ○ 电子或离子受到与其速度和磁场垂直的洛伦兹力，导致其螺旋路径
图。 11. 产生极光的电子或离子的轨迹
⑷ 地磁和范艾伦带的成因
① 发电机理论： 外核运动产生的电流产生地球磁场的理论
○（注）电流圆环 ： 铁离子（Fe2+）不会因地球自转而旋转，因此不会形成北极棒状磁铁
○ 科里奥利力和对流导致南极条形磁铁的产生（将地理北极视为磁南极）
图。 12. Fe2+的实际移动[注：7]
② 地球磁场变化的原因
○ 内因 : 由于地球内部的变化而导致长期变化
○ 外因： 由于太阳活动的变化而导致昼夜变化、磁暴、极光等
③ 范艾伦皮带
○ 阻挡太阳风和宇宙射线的带状区域
○ 内辐射带（内因） ： 主要由质子组成，位于地球表面上方约 3,000 公里处
○ 外辐射带（外因） ： 主要由电子组成，位于距地球表面约 15,000 公里处
输入： 2019.08.16 22:36