Strukturen og egenskaberne ved Jordens magnetfelt
Jordens magnetfelt, eller geomagnetiske felt - magnetisk
Jordens eget magnetfelt (geomagnetisk felt) kan opdeles i følgende hoveddele:
- hovedfelt,
- felter af verdens anomalier,
- eksternt magnetfelt.
- Hovedfelt
Mere end 90% af det består af et felt, hvis kilde er inde i Jorden, i den flydende ydre kerne - denne del kaldes hoved-, hoved- eller normalfeltet.
Det tilnærmes som en serie i harmoniske -af Gauss-serien, og i den første tilnærmelse nær jordens overflade (op til tre af dens radier) er den tæt på det magnetiske dipolfelt, dvs. det ser ud som om kloden er en stripmagnet med en akse rettet omtrent fra nord til syd.
- Felter af verdens anomalier
Jordens rigtige magnetiske feltlinjer,selvom de i gennemsnit er tæt på dipolfeltlinjerne, adskiller de sig fra dem i lokale uregelmæssigheder forbundet med tilstedeværelsen af magnetiserede sten i skorpen, der er placeret tæt på overfladen.
På grund af dette nogle steder på jordenPå overfladen adskiller feltparametrene sig meget fra værdierne i nærliggende områder og danner såkaldte magnetiske anomalier, som kan overlappe hinanden, hvis de magnetiserede legemer, der forårsager dem, ligger i forskellige dybder.
- Eksternt magnetfelt
Det bestemmes af kilder i form af strømsystemer placeret uden for jordens overflade, i dens atmosfære. I den øvre del af atmosfæren (100 km og derover) - ionosfæren - ioniseres dens molekyler og danner et tæt koldt plasma, der stiger højere, derfor den del af Jordens magnetosfære over ionosfæren, der strækker sig til en afstand på op til tre af dens radier, kaldesplasmasfæren.
Plasma holdes af Jordens magnetfelt, men dets tilstand bestemmes af dens interaktion med solvinden - solstrømens plasmastrøm.
Altså i større afstand fra overfladenJordens magnetfelt er asymmetrisk, da det forvrænges under påvirkning af solvinden: fra siden af Solen komprimeres det, og i retning fra Solen får det et "spor", der strækker sig over hundredtusindvis af kilometer , der går ud over Månens kredsløb.
Denne ejendommelige "haleform" opstår, når plasmaet fra solvinden og sollegemets strømme flyder rundt om jordens overflade.magnetosfæren- et område af nær-jordens rum, stadig kontrolleret af Jordens magnetfelt, og ikke Solen og andre interplanetariske kilder.
Hun er adskilt fra det interplanetariske rummagnetopause, hvor solvindens dynamiske tryk afbalanceres af trykket fra dets eget magnetfelt.
- Feltparametre
Visuel gengivelse af linjernes positionDen magnetiske induktion af jordens felt tilvejebringes af en magnetisk nål, der er fastgjort på en sådan måde, at den frit kan rotere både omkring den lodrette og omkring den vandrette akse (for eksempel i en kardan) - på hvert punkt nær jordens overflade er det er installeret på en bestemt måde i denne retning.
Da de magnetiske og geografiske poler ikke er sammenfaldende, angiver magnetnålen kun retningen fra nord til syd omtrentligt.
Det lodrette plan, hvori den magnetiske nål er installeret, kaldes planet for den magnetiske meridian for et givet sted, og linjen, langs hvilken dette plan skærer jordens overflade, kaldesmagnetisk meridian.
Magnetiske meridianer er således projektionerkraftlinjerne for Jordens magnetfelt på dens overflade, konvergerende ved nord- og sydmagnetpolen. Vinklen mellem retningerne af de magnetiske og geografiske meridianer kaldesmagnetisk deklination.
Det kan være vestligt (ofte betegnettegn "-") eller øst (tegn "+"), afhængigt af om magnetpindens nordpol afviger fra det lodrette plan af den geografiske meridian mod vest eller øst.
Desuden er linjerne i Jordens magnetfelt generelt set,ikke er parallelle med overfladen. Det betyder, at den magnetiske induktion af Jordens felt ikke ligger i horisontplanet for et givet sted, men danner en bestemt vinkel med dette plan - det kaldesmagnetisk hældning. Den er kun tæt på nul på punktermagnetisk ækvator- en storcirkel i et plan, der er vinkelret på den magnetiske akse.
Resultater af numerisk modellering af Jordens magnetfelt: til venstre - normal, til højre - under inversion
Naturen på jordens magnetfelt
Forklar eksistensen af magnetiske felter for første gangJorden og Solen blev forsøgt af J. Larmore i 1919, idet han foreslog begrebet en dynamo, ifølge hvilken opretholdelsen af et himmellegemes magnetfelt sker under indflydelse af den hydrodynamiske bevægelse af et elektrisk ledende medium.
Men i 1934 beviste T. Cowling et teorem om umuligheden af at opretholde et aksesymmetrisk magnetfelt gennem en hydrodynamisk dynamomekanisme.
Og da de fleste af himmellegemerne studerede (ogisær Jorden) blev betragtet som aksialsymmetriske, på baggrund af dette var det muligt at antage, at deres felt også ville være aksialt symmetrisk, og så ville dets generering ifølge dette princip være umuligt ifølge disse sætninger.
Selv Albert Einstein var skeptisk over forgennemførligheden af en sådan dynamo forudsat at der ikke findes enkle (symmetriske) løsninger. Først meget senere blev det vist, at ikke alle ligninger med aksial symmetri, der beskriver processen med magnetfeltgenerering, vil have en aksialt symmetrisk løsning, selv i 1950'erne. der er fundet asymmetriske løsninger.
Siden da er dynamoteorien blevet udviklet med succes, ogI dag er den almindeligt accepterede mest sandsynlige forklaring på oprindelsen af Jordens og andre planeters magnetfelt en selv-exciterende dynamo-mekanisme baseret på generering af en elektrisk strøm i en leder, når den bevæger sig i et magnetfelt genereret og forstærket af disse strømninger selv.
De nødvendige forhold skabes i Jordens kerne:i den flydende ydre kerne, der hovedsageligt består af jern ved en temperatur i størrelsesordenen 4-6 tusinde kelvin, som perfekt leder strøm, skabes der konvektive strømme, der fjerner varme fra den faste indre kerne (genereret på grund af henfald af radioaktive elementer eller frigivelse af latent varme, når stoffet størkner ved grænsen mellem indre og ydre kerne, efterhånden som planeten gradvist afkøles).
Coriolis-kræfter spinder disse strømme indkarakteristiske spiraler, der danner de såkaldte Taylor-søjler. På grund af lagenes friktion får de en elektrisk ladning, der danner sløjfestrømme. Der skabes således et system af strømme, der cirkulerer langs det ledende kredsløb i ledere, der bevæger sig i det (indledningsvis tilstedeværende, omend meget svage) magnetfelt, som i en Faraday-skive.
Det skaber et magnetfelt, som nårgunstig strømningsgeometri forbedrer det indledende felt, og dette forstærker igen strømmen, og forstærkningsprocessen fortsætter, indtil tabene på grund af Joule-varme, der vokser med stigende strøm, balancerer tilstrømningen af energi, der ankommer på grund af hydrodynamiske bevægelser.
Det er blevet foreslået, at dynamoen måskevære begejstret på grund af præcession eller tidevandskræfter, det vil sige, at energikilden er Jordens rotation, men den mest udbredte og udviklede hypotese er, at dette netop er termokemisk konvektion.
Ændringer i Jordens magnetfelt
Magnetisk feltinversion er en ændring i retningen af Jordens magnetfelt i planetens geologiske historie (bestemt ved den palæomagnetiske metode).
Under vending, den nordlige magnetiske pol og sydDe magnetiske poler skifter plads, og kompasnålen begynder at pege i den modsatte retning. Inversion er et relativt sjældent fænomen, der aldrig har fundet sted under eksistensen afHomo sapiens... Formentlig var sidste gang det skete omkring 780 tusind år siden.
Magnetiske feltvendinger fandt sted med tidsintervaller fra titusindvis af år til enorme perioder med stille magnetfelt på titusinder af år, hvor der ikke fandt nogen vendinger sted.
Således nejperiodicitet i skift af poler, og denne proces betragtes som stokastisk. Lange perioder med et stille magnetfelt kan efterfølges af perioder med flere reverseringer med forskellige varigheder og omvendt. Undersøgelser viser, at en ændring i magnetiske poler kan vare fra flere hundrede til flere hundrede tusinde år.
Specialister fra Johns Hopkins University (USA)Det antages, at jordens magnetosfære under tilbageførslerne blev svækket så meget, at kosmisk stråling kunne nå jordens overflade, derfor kunne dette fænomen skade levende organismer på planeten, og den næste ændring af poler kunne føre til endnu mere alvorlige konsekvenser for menneskeheden op til en global katastrofe.
Videnskabeligt arbejde i de senere år har vist (herunderherunder i eksperimentet) muligheden for tilfældige ændringer i magnetfeltets retning ("spring") i en stationær turbulent dynamo. Ifølge lederen af laboratoriet for geomagnetisme ved Institut for Jordens Fysik, Vladimir Pavlov, er inversion en ret lang proces efter menneskelige standarder.
Geofysikere ved University of Leeds Yon Mound og Phil Livermore mener, at der om et par tusinde år vil være en inversion af Jordens magnetfelt.
Forskydning af jordens magnetiske poler
For første gang, koordinaterne for den magnetiske pol i nordhalvkugler blev defineret i 1831, igen i 1904, derefter i 1948 og 1962, 1973, 1984, 1994; på den sydlige halvkugle - i 1841, igen - i 1908. Forskydningen af magnetiske poler er blevet registreret siden 1885. I løbet af de sidste 100 år har den magnetiske pol på den sydlige halvkugle flyttet sig næsten 900 km og kommet ind i det sydlige ocean.
De seneste data om tilstanden i Arktismagnetisk pol (bevæger sig mod den østsibiriske verdens magnetiske anomali gennem det arktiske hav) viste, at fra 1973 til 1984 var dens rejse 120 km, fra 1984 til 1994 - mere end 150 km. Selvom disse data er skøn, bekræftes de af målinger af den nordmagnetiske pol.
Efter 1831, da stangens position blev registreret for første gang, havde stangen allerede i 2019 flyttet sig mere end 2.300 km mod Sibirien og fortsætter med at bevæge sig med acceleration.
Hastigheden på bevægelsen steg fra 15 km tilår i 2000 op til 55 km / år i 2019. Denne hurtige drift nødvendiggør hyppigere justeringer af navigationssystemer, der bruger Jordens magnetfelt, såsom kompasser i smartphones eller backupnavigationssystemer til skibe og fly.
Styrken på jordens magnetfelt falderog ujævnt. I løbet af de sidste 22 år er det faldet med et gennemsnit på 1,7%, og i nogle regioner, såsom det sydlige Atlanterhav, med 10%. Nogle steder steg styrken af magnetfeltet, i modsætning til den generelle tendens, endda.
Acceleration af polernes bevægelse (i gennemsnit med 3km / år) og deres bevægelse langs korridorer af inversion af magnetiske poler (disse korridorer gjorde det muligt at afsløre mere end 400 paleoinversioner) antyder, at man i denne forskydning af polerne ikke skal se en udflugt, men en anden inversion af jordens magnetfelt .
Hvordan opstod jordens magnetfelt?
Specialister fra Scripps Oceanographic Instituteog University of California har antydet, at planetens magnetfelt blev dannet af kappen. Amerikanske forskere har udviklet en hypotese, der blev foreslået for 13 år siden af en gruppe forskere fra Frankrig.
Det er kendt over tidfagfolk hævdede, at det var Jordens ydre kerne, der genererede dens magnetfelt. Men så foreslog eksperter fra Frankrig, at planetens kappe altid var solid (fra tidspunktet for dens fødsel).
Denne konklusion fik forskere til at tænke overdet faktum, at det ikke var kernen, der kunne danne magnetfeltet, men den flydende del af den nederste kappe. Mantelsammensætningen er et silikatmateriale, der betragtes som en dårlig leder.
Men da den nederste kappe måtte blivevæske i milliarder af år producerede væskens bevægelse inde i den ikke en elektrisk strøm, men det var simpelthen nødvendigt at generere et magnetfelt.
I dag mener fagfolk, at kappen kunnevære en mere kraftfuld leder end tidligere antaget. Denne konklusion fra specialister retfærdiggør fuldt ud tilstanden på den tidlige jord. En silikatdynamo er kun mulig, hvis den elektriske ledningsevne for dens flydende del var meget højere og havde lavt tryk og temperatur.
Læs mere
Det første nøjagtige kort over verden blev oprettet. Hvad er der galt med alle andre?
NASA fortalte, hvordan de vil levere prøver af Mars til Jorden
En motor til et orbitalfly blev testet i Rusland