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【辟谣】磁铁预报地震?不可能!

科学 | admin发表于2018年01月18日 | 1062个浏览

【辟谣】磁铁预报地震?不可能!

流言:据国际组织预报,今年地球将进入地震多发年,所以,在这里给朋友们推荐一种地震预报方法:用绳子把一块磁铁挂在高处,下面正对地板砖或一个铁盆,磁铁上粘一块大铁块。地震前,地球磁场会发生剧烈变化,使磁铁失去磁性。这样铁块就会掉下来,落在地上或盆中,发出响声。此法在房屋没有晃动前就会提前预警。提前时间为10分钟至几十秒。如果铁块掉下来,必发生大地震。

流言里那段话看起来很像懂行的人的建议。咱们姑且不论到底是什么“国际组织”这样做好事不留名,试问一句,磁铁会因为地震导致的磁场变化而失去磁性吗?反过来想想就能明白,难道那些曾经发生过地震的地区,震后所有的磁铁就都失效了?如果真是这样的话,所有的银行卡、磁卡都将报废,电机和喇叭也会纷纷罢工。这明摆着是一个拍着脑袋想出来的招数嘛。

磁性如何产生

首先,让我们了解一下磁铁为什么会有磁性。磁铁内部有很多金属离子(比如铁离子),这些离子内部独特的电子结构使得它们具有磁性,因此可以看成一个个强度不变的“小磁铁”。在不同的温度下,“小磁铁”的磁极方向分布不同,磁铁表现出来的磁性也不同。当磁铁温度比较高时,磁铁内部的原子振动很厉害,这些“小磁铁”就会杂乱无章的指向各个方向,如下页第一张图所示。这种情况下,外加的磁场会使得“小磁铁”向外加磁场的方向略微偏转,对外表现为微弱的磁化强度,属于顺磁行为,通俗地解释,就是“小磁铁”在很小的程度上顺从外加磁场的方向。要知道,一般需要数百个特斯拉(磁感应强度单位)才能够把“小磁铁”都约束到同一个方向上。

当磁铁的温度比较低的时候,“小磁铁”之间的相互作用克服了热振动的干扰,基本上朝向同一个方向,对外则表现出强大的磁性,这种现象被称为铁磁。值得一提的是,这个高温和低温界限被称为居里温度,是由居里夫人的丈夫皮埃尔·居里(Pierre Curie)在研究磁石的物理性质时发现的。然而,在没有外加磁场的情况下,所有的“小磁铁”都指向同一个方向的状态对应的能量比较高。实际上,大块的磁铁可以划分为不同区域,这些区域被称为磁畴,每一个磁畴内部的“小磁铁”指向同一方向,如果没有经过磁化过程,不同磁畴指向的方向不同,总体上看,磁铁对外并没有磁性。一种将磁铁消磁的手段就是将其加热到居里温度以上,然后在没有外加磁场的环境下冷却。我们日常见到的磁铁的居里温度都在数百摄氏度以上,除非发生大火,悬在空中的磁铁周围的大气温度肯定达不到那么高。因而,磁铁绝对不会在地震中因为这个原因被消磁。

何改变磁铁的磁性

那么,磁铁是怎么被磁化的呢?在外加强磁场的作用下,一个磁畴内部的“小磁铁”会一起转向磁场的方向,或者方向和磁场吻合的磁畴会慢慢变大,磁铁被磁化,磁性随着磁场的增强慢慢变强。当磁场慢慢减弱的时候,磁化强度会比原来变大一些,这样到外磁场为零的时候,磁铁仍然有一定的磁化强度。因此,磁性材料的磁化是由外磁场强度和磁化的历史共同决定的。对于磁铁之类的永久磁化的磁体(永磁体)而言,要改变它们的磁化状态,外加的磁场要比较大才行,这一般需要1个特斯拉或者更高的磁场,相当于地磁场的数千倍乃至数万倍。如果施加的外磁场比这个值小很多,磁铁的磁化状态就不会有任何改变。

地震发生的前后,由于地层内快速的地质变化导致地磁场产生一定程度的异常变化是可以理解的,也是可以观测到的。观测到的地磁场异常的位置和地震震中的位置有时具有一定联系。但是,这种地磁场异常的量级都在0.000000001特斯拉,比地磁场(0.00005特斯拉)小很多。作为比较,100米之外的普通输电线产生的磁场一般在0.000001特斯拉的量级,是地震可能产生的磁场变化的1000倍。地震产生的磁场变化在日常环境中几乎无法探测的,也根本不可能对磁铁的磁化状态产生什么影响。

通过上面的分析可以看到,这种简易的预测地震的“偏方”不具有任何科学性和可行性。铁块并不会因为地震从磁铁上掉下来。

结论:谣言粉碎。也许“磁铁预测地震”的发明者出发点是好的,但科学的规律只能是它本来的样子。地震产生的磁场变化极其微小,根本不可能对磁铁的磁化状态产生影响,也就不可能用磁铁悬物法来预测地震了。

参考资料:

[1] 韩鹏,黄清华,修济刚.地磁日变与地震活动关系的主成分分析.地球物理学报,2009,52(6)

[2] 姜寿亭,李卫编.凝聚态磁性物理.北京:科学出版社,2005

[3] Fraser-Smith A C, et. al. Low-Frequency Magnetic Field Measurements Near the Epicenter of the Ms 7.1 Loma Prieta Earthquake. Geophysical Research Letters,1990,17(9)

[4] Masashi Hayakawa et. al. Monitoring of ULF (Ultra-Low-Frequency) Geomagnetic Variations Associated with Earthquakes. Sensors,2007,7(7)

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