Структурата и характеристиките на магнитното поле на Земята
Магнитното поле на Земята, или геомагнитното поле, е магнитно
Собственото магнитно поле на Земята (геомагнитно поле) може да бъде разделено на следните основни части:
- основно поле,
- полета на световните аномалии,
- външно магнитно поле.
- Основно поле
Повече от 90% от него се състои от поле, което произхожда от вътрешността на Земята, в течното външно ядро, което се нарича основно, главно или нормално поле.
Приближава се като серия в хармоници -от Гаусовата серия и в първото приближение близо до повърхността на Земята (до три от нейните радиуси) е близо до магнитното диполно поле, тоест изглежда, сякаш земното кълбо е лентов магнит с ос, насочена приблизително от от север на юг.
- Полета на световните аномалии
Реални линии на магнитното поле на Земята,въпреки че средно те са близо до линиите на диполното поле, те се различават от тях по локални неравности, свързани с наличието на намагнетизирани скали в кората, разположени близо до повърхността.
Поради това на някои места по земятаНа повърхността параметрите на полето се различават значително от стойностите в близките области, образувайки така наречените магнитни аномалии.Те могат да се припокриват, ако намагнитизираните тела, които ги причиняват, лежат на различна дълбочина.
- Външно магнитно поле
Определя се от източници под формата на токсистеми, разположени извън земната повърхност, в нейната атмосфера. В горната част на атмосферата (100 km и повече) - йоносферата - нейните молекули се йонизират, образувайки плътна студена плазма, която се издига по-високо, следователно частта от магнитосферата на Земята над йоносферата, простираща се на разстояние до три на неговите радиуси, се наричаплазмасфера.
Плазмата се задържа от магнитното поле на Земята, но състоянието й се определя от нейното взаимодействие със слънчевия вятър - плазмения поток на слънчевата корона.
Така на по-голямо разстояние от повърхносттаМагнитното поле на Земята е асиметрично, тъй като се изкривява под въздействието на слънчевия вятър: от страната на Слънцето се компресира, а в посока от Слънцето придобива „следа“, която се простира на стотици хиляди километри , излизайки извън орбитата на Луната.
Тази особена „опашата“ форма възниква, когато плазмата на слънчевия вятър и слънчевите корпускулярни потоци текат около земната повърхност.магнитосфера- област от околоземното пространство, все още контролирана от магнитното поле на Земята, а не от Слънцето и други междупланетни източници.
Тя е отделена от междупланетното пространствомагнитопауза, където динамичното налягане на слънчевия вятър се балансира от налягането на собственото му магнитно поле.
- Параметри на полето
Визуално представяне на позицията на линиитеМагнитната индукция на земното поле се осигурява от магнитна игла, фиксирана по такъв начин, че да може свободно да се върти както около вертикалната, така и около хоризонталната ос (например в кардан) - във всяка точка близо до повърхността на Земята е инсталиран по определен начин по тези линии.
Тъй като магнитните и географските полюси не съвпадат, магнитната стрелка показва посоката от север на юг само приблизително.
Вертикалната равнина, в която е монтирана магнитната стрелка, се нарича равнина на магнитния меридиан на дадено място, а линията, по която тази равнина пресича повърхността на Земята, се наричамагнитен меридиан.
Следователно магнитните меридиани са проекциисиловите линии на магнитното поле на Земята върху нейната повърхност, събиращи се в северния и южния магнитни полюси. Ъгълът между посоките на магнитния и географския меридиан се наричамагнитна деклинация.
Тя може да бъде западна (често се обозначавазнак "-") или изток (знак "+"), в зависимост от това дали северният полюс на магнитната игла се отклонява от вертикалната равнина на географския меридиан на запад или изток.
Освен това, линиите на магнитното поле на Земята, най-общо казано,не са успоредни на повърхността му. Това означава, че магнитната индукция на земното поле не лежи в равнината на хоризонта на дадено място, а образува определен ъгъл с тази равнина - т.нар.магнитен наклон. Близо е до нула само в точкимагнитен екватор- голям кръг в равнина, която е перпендикулярна на магнитната ос.
Резултати от числено моделиране на магнитното поле на Земята: отляво - нормално, отдясно - по време на инверсия
Природата на земното магнитно поле
Обяснете за първи път съществуването на магнитни полетаЗемята и Слънцето се опитват да изследват Дж. Лармор през 1919 г., предлагайки концепцията за динамо, според която поддържането на магнитното поле на небесното тяло се извършва под въздействието на хидродинамичното движение на електропроводима среда.
Въпреки това през 1934 г. Т. Коулинг доказва теорема за невъзможността да се поддържа осесиметрично магнитно поле чрез хидродинамичен динамо механизъм.
И тъй като повечето от изследваните небесни тела (иособено Земята) се считаха за аксиално симетрични, въз основа на това беше възможно да се направи предположението, че тяхното поле също ще бъде аксиално симетрично и тогава генерирането му според този принцип би било невъзможно според тези теореми.
Дори Алберт Айнщайн беше скептичен към товаосъществимостта на такова динамо, при условие че не могат да съществуват прости (симетрични) решения. Едва много по-късно беше показано, че не всички уравнения с аксиална симетрия, описващи процеса на генериране на магнитно поле, ще имат аксиално симетрично решение дори през 50-те години. са открити асиметрични решения.
Оттогава теорията на динамото е успешно развита иДнес общоприетото най-вероятно обяснение за произхода на магнитното поле на Земята и другите планети е самовъзбуждащ се динамо механизъм, базиран на генерирането на електрически ток в проводник, докато той се движи в магнитно поле, генерирано и усилено от самите тези течения.
В ядрото на Земята се създават необходимите условия:в течното външно ядро, състоящо се главно от желязо при температура от порядъка на 4–6 хиляди келвина, което перфектно провежда ток, се създават конвективни потоци, които отнемат топлината от твърдото вътрешно ядро (генерирано поради разпадането на радиоактивни елементи или освобождаването на латентна топлина, когато веществото се втвърдява на границата между вътрешното и външното ядро, докато планетата постепенно се охлажда).
Силите на Кориолис въртят тези потоцихарактерни спирали, образуващи така наречените стълбове на Тейлър. Поради триенето на слоевете те придобиват електрически заряд, образувайки контурни токове. По този начин се създава система от токове, циркулиращи по протежение на проводящата верига в проводници, движещи се в (първоначално присъстващо, макар и много слабо) магнитно поле, като в диска на Фарадей.
Създава магнитно поле, което, когатоблагоприятната геометрия на потока усилва първоначалното поле, а това от своя страна усилва тока и процесът на усилване продължава, докато загубите, дължащи се на джаулова топлина, нарастващи с увеличаване на тока, балансират притока на енергия, пристигаща поради хидродинамични движения.
Предполага се, че динамото можеда бъдат възбудени поради прецесия или приливни сили, тоест, че източникът на енергия е въртенето на Земята, но най-широко разпространената и развита хипотеза е, че това е точно термохимичната конвекция.
Промени в магнитното поле на Земята
Инверсия на магнитното поле е промяна в посоката на магнитното поле на Земята в геоложката история на планетата (определена чрез палеомагнитния метод).
По време на обръщане, северният магнитен полюс и югътМагнитните полюси сменят местата си и стрелката на компаса започва да сочи в обратна посока. Инверсията е сравнително рядко явление, което никога не се е случвало по време на съществуването наHomo sapiens... Предполага се, че последният път се е случило преди около 780 хиляди години.
Обръщанията на магнитното поле се случват на интервали от време, вариращи от десетки хиляди години до огромни периоди на тихо магнитно поле от десетки милиони години, когато не се случват обръщания.
По този начин, непериодичност в смяната на полюсите и този процес се счита за стохастичен. Дългите периоди на тихо магнитно поле могат да бъдат последвани от периоди на множество обръщания с различна продължителност и обратно. Проучванията показват, че промяната в магнитните полюси може да продължи от няколкостотин до няколкостотин хиляди години.
Специалисти от университета Джон Хопкинс (САЩ)Предполага се, че по време на обратите магнитосферата на Земята е отслабнала толкова много, че космическото лъчение може да достигне земната повърхност, поради което това явление може да навреди на живите организми на планетата и следващата смяна на полюсите може да доведе до още по-сериозни последици за човечеството до глобална катастрофа.
Научна работа през последните години показа (включителновключително в експеримента) възможността за случайни промени в посоката на магнитното поле ("скокове") в неподвижно турбулентно динамо. Според ръководителя на лабораторията по геомагнетизъм в Института по физика на Земята Владимир Павлов инверсията е доста дълъг процес по човешките стандарти.
Геофизиците от университета в Лийдс Йон Моунд и Фил Ливърмор вярват, че след няколко хиляди години ще има инверсия на магнитното поле на Земята.
Изместване на магнитните полюси на Земята
За първи път координатите на магнитния полюс на северполукълба са дефинирани през 1831, отново през 1904, след това през 1948 и 1962, 1973, 1984, 1994; в южното полукълбо - през 1841 г., отново - през 1908 г. Изместването на магнитните полюси е регистрирано от 1885 г. През последните 100 години магнитният полюс в Южното полукълбо се е преместил с почти 900 км и е навлязъл в Южния океан.
Последните данни за състоянието на Арктикамагнитен полюс (движещ се към източносибирската световна магнитна аномалия през Северния ледовит океан) показа, че от 1973 до 1984 г. пътуването му е било 120 км, от 1984 до 1994 г. - повече от 150 км. Въпреки че тези данни са приблизителни, те се потвърждават от измервания на северния магнитен полюс.
След 1831 г., когато позицията на полюса е регистрирана за първи път, до 2019 г. полюсът вече се е изместил на повече от 2300 км към Сибир и продължава да се движи с ускорение.
Скоростта на движението му се е увеличила от 15 км догодина през 2000 г. до 55 км / година през 2019 г. Този бърз дрейф налага по-чести настройки на навигационните системи, които използват магнитното поле на Земята, като компаси в смартфони или резервни навигационни системи за кораби и самолети.
Силата на земното магнитно поле спадаи неравномерно. През последните 22 години той е намалял средно с 1,7%, а в някои региони, като Южния Атлантически океан, с 10%. На места силата на магнитното поле, противно на общата тенденция, дори се увеличи.
Ускорение на движението на полюсите (средно с 3км / година) и тяхното движение по коридорите на инверсия на магнитни полюси (тези коридори направиха възможно разкриването на повече от 400 палеоинверсии) предполага, че при това преместване на полюсите трябва да се види не екскурзия, а друга инверсия на магнитното поле на Земята .
Как възникна земното магнитно поле?
Специалисти от Океанографския институт Скрипси Калифорнийският университет предполагат, че магнитното поле на планетата се е формирало от мантията. Американски учени са разработили хипотеза, предложена преди 13 години от група изследователи от Франция.
Известно е, че с времетопрофесионалистите твърдят, че външното ядро на Земята генерира нейното магнитно поле. Но тогава експерти от Франция предположиха, че мантията на планетата винаги е била твърда (от момента на нейното раждане).
Това заключение накара учените да се замислятфактът, че не ядрото може да образува магнитното поле, а течната част на долната мантия. Съставът на мантията е силикатен материал, който се счита за лош проводник.
Но тъй като долната мантия трябваше да останетечност в продължение на милиарди години, движението на течността вътре в нея не произвежда електрически ток, а просто е необходимо да се генерира магнитно поле.
Днес професионалистите вярват, че мантията би моглада бъде по-мощен проводник, отколкото се смяташе досега. Това заключение на специалистите напълно оправдава състоянието на ранната Земя. Силикатно динамо е възможно само ако електрическата проводимост на течната му част е много по-висока и има ниско налягане и температура.
Прочетете още
Създадена е първата точна карта на света. Какво не е наред с всички останали?
НАСА разказа как ще доставят проби от Марс на Земята
Двигател за орбитален самолет беше тестван в Русия