海洋電磁學

海洋中的各種鹽類幾乎完全解離，這使海水含有大量離子而成為導體。法拉第早在1832年就指出：在地磁場中流動的海水，就象在磁場中運動的金屬導體一樣，也會產生感應電動勢。他在泰晤士河做過實驗，但沒有得到預期的結果；但他指出，在英吉利海峽必定能測出。1851年，渥拉斯頓在橫過英吉利海峽的海底電纜上，檢測到和海水潮汐週期相同的電位變化，證實了法拉第的預言。由此開始了對海洋中的電磁現象的研究。

海水中的各種鹽類幾乎完全離解成為正負離子,海水靠這些離子導電而成為導體.1832年,法拉第發現電磁感應定律的第二年,就想到在地磁場中運動的海水像在磁場中運動的導線,也會產生感應電動勢.他在泰晤士河做實驗,由於當時儀器的精度差、距離短、電壓小,未能測出結果.但他指出,在英吉利海峽必定能測出.1851年,C·涅拉斯頓在橫過英吉利海峽的海底電纜上檢測出和海洋潮汐週期相同的電勢變化,證實了法拉第的想法.從此,引起人們對研究海洋中電磁現象的興趣. 鋼鐵船艦在地磁場中被磁化,成為一大塊磁鐵,海底水雷靠艦船磁場觸發,這在第二次世界大戰中普遍使用.這也就促使人們研究地磁場和艦船磁場在海洋中的分佈。 ^[1] 

隨着電磁波中的超長波用於對潛艇通訊，和極長波用於對大洋深處核潛艇通訊的要求，各國相繼開始研究海水的電磁特性和電磁波在海洋中的傳播規律。19世紀70年代以來，已經開始將電磁波中的極長波用於探測研究海底岩石圈的地質構造和探礦。海洋中海天然電磁場和海水在地磁場中運動時產生的感應電磁場，都會對水下通訊和地質探製造成干擾，這又促使人們對海洋中的天然磁場和感應電磁場進行更細緻深入的研究。

電磁波在海水中傳播時激起的傳導電流，致使電磁波的能量急劇衰減，頻率愈高，衰減愈快。由麥克斯韋方程組可得出：兆赫以上的電磁波在海水中的穿透深度小於25釐米，海水對這種電磁波就成為很強的屏蔽層；而頻率低於10周/小時的電磁波，在海水中的穿透深度可達5000米。這樣，海洋就成為完全可穿透的了。這種極低頻的電磁波，可用於陸地對大洋深處核潛艇通訊和海底地殼物理探礦，是海洋電磁學研究的一項主要內容。

海洋中主要的天然電磁場是地磁場，而佔據地磁場99%以上的主磁場，幾乎全部起因於地核。另外，地球大氣電離層中發生的各種動力學過程，包括來自太陽的等離子流和地球磁圈及電離層的相互作用，不斷產生頻率範圍很寬的電磁波。其中的週期為數分鐘以上的，能夠穿過海水而達到海底，再穿過海底沉積層，達到上地幔岩石圈甚至更深處。

海水和海底接觸處的電化學過程，岩石中的滲透過程，及海水在岩石中的擴散作用等物理作用和化學作用，在海洋中也能產生電場，其強度可達100微伏/米。在浮游植物和細菌的聚集區，也發現有生物電場。

海水的各種較大尺度的運動，如表面長波、內波、潮汐和海流等，都能感應出相應的電磁場。研究海水各種尺度運動所產生的感應電磁場，探求測量它們的方法，進而通過電磁測量來了解海水的各種運動，也是海洋電磁學研究的一個重要方面。

陸地、艦艇和飛機與水下潛艇進行無線電通訊時，所用的電磁波中的超長波，波長在萬米以上（頻率低於30千赫），電磁波沿地球表面和高度為70～80公里的電離層所構成的兩個同心反射層之間傳播，然後垂直透入海水。潛艇可在水面以下30米深處收到這種電磁波。要從陸地上和藏在大洋深處的核潛艇通訊，比較可靠的手段是極低頻電磁波（波長在百萬米以上）。實驗説明：潛航於 120米深的核潛艇用 300米長的拖曳接收天線，能順利地收到4600公里遠的極長波指令。使用超長波和極長波對潛艇通訊，其優點是不受磁爆、核爆炸和太陽黑子的影響。

裂隙中充滿海水的岩石和硫化礦物，都能使岩石的電導率增加2個量級以上,這可以用電磁波探測到。這是一種有效的探測手段。海底岩石圈的電導率與它的物理化學性質、温度和含水量等，均有關係。根據海底附近的電磁測量，推斷海底以下的上地幔岩石圈的電磁性質，可用來研究海底岩石圈的結構、熱力學過程和海底岩基的運動及海底礦牀的形成。美國斯克裏普斯海洋研究所把發射源放在海底，用可在海底自由散佈的接收器來測量電場。在19公里範圍內測出0.25～2.25赫的極低頻信號，提供了海底30公里深處的上地幔導電結構模型。對深部岩石圈性質的探測，尚無其他有效的手段，故海洋電磁學在這方面的研究就顯得更加重要了。