Η δομή και τα χαρακτηριστικά του μαγνητικού πεδίου της Γης
Το μαγνητικό πεδίο της Γης, ή γεωμαγνητικό πεδίο - μαγνητικό
Το μαγνητικό πεδίο της Γης (γεωμαγνητικό πεδίο) μπορεί να χωριστεί στα ακόλουθα κύρια μέρη:
- κύριο πεδίο,
- πεδία παγκόσμιων ανωμαλιών,
- εξωτερικό μαγνητικό πεδίο.
- Κύριο πεδίο
Περισσότερο από το 90% του αποτελείται από ένα πεδίο του οποίου η πηγή βρίσκεται μέσα στη Γη, στον υγρό εξωτερικό πυρήνα - αυτό το τμήμα ονομάζεται κύριο, κύριο ή κανονικό πεδίο.
Προσεγγίζεται ως σειρά αρμονικώντης σειράς Gauss, και στην πρώτη προσέγγιση κοντά στην επιφάνεια της Γης (έως και τρεις από τις ακτίνες της) είναι κοντά στο μαγνητικό δίπολο πεδίο, δηλαδή, φαίνεται ότι ο πλανήτης είναι ένας μαγνήτης λωρίδας με έναν άξονα που κατευθύνεται περίπου από Βορρά προς Νότο.
- Πεδία παγκόσμιων ανωμαλιών
Πραγματικές γραμμές μαγνητικού πεδίου της Γης,αν και κατά μέσο όρο είναι κοντά στις γραμμές του διπολικού πεδίου, διαφέρουν από αυτές σε τοπικές ανωμαλίες που σχετίζονται με την παρουσία μαγνητισμένων πετρωμάτων στον φλοιό που βρίσκεται κοντά στην επιφάνεια.
Εξαιτίας αυτού, σε ορισμένα μέρη στη γηΣτην επιφάνεια, οι παράμετροι του πεδίου διαφέρουν πολύ από τις τιμές σε κοντινές περιοχές, σχηματίζοντας τις λεγόμενες μαγνητικές ανωμαλίες, αν τα μαγνητισμένα σώματα που τις προκαλούν βρίσκονται σε διαφορετικά βάθη.
- Εξωτερικό μαγνητικό πεδίο
Καθορίζεται από πηγές με τη μορφή ρεύματοςσυστήματα που βρίσκονται πέρα από την επιφάνεια της γης, στην ατμόσφαιρά της. Στο ανώτερο τμήμα της ατμόσφαιρας (100 km και άνω) - την ιονόσφαιρα - τα μόριά της ιονίζονται, σχηματίζοντας ένα πυκνό ψυχρό πλάσμα που ανεβαίνει ψηλότερα, επομένως το τμήμα της μαγνητόσφαιρας της Γης πάνω από την ιονόσφαιρα, εκτείνεται σε απόσταση έως και τριών των ακτίνων του, λέγεταιπλασμάσφαιρα.
Το πλάσμα συγκρατείται από το μαγνητικό πεδίο της Γης, αλλά η κατάστασή του καθορίζεται από την αλληλεπίδρασή του με τον ηλιακό άνεμο - τη ροή πλάσματος της ηλιακής κορώνας.
Έτσι, σε μεγαλύτερη απόσταση από την επιφάνειαΤο μαγνητικό πεδίο της Γης είναι ασύμμετρο, καθώς παραμορφώνεται υπό την επίδραση του ηλιακού ανέμου: από την πλευρά του Ήλιου συμπιέζεται και προς την κατεύθυνση από τον Ήλιο αποκτά ένα «ίχνος» που εκτείνεται για εκατοντάδες χιλιάδες χιλιόμετρα , υπερβαίνοντας την τροχιά της Σελήνης.
Αυτό το περίεργο σχήμα "ουράς" εμφανίζεται όταν το πλάσμα του ηλιακού ανέμου και των ηλιακών σωματικών ροών ρέουν γύρω από την επιφάνεια της γης.μαγνητόσφαιρα- μια περιοχή του διαστήματος κοντά στη Γη, που εξακολουθεί να ελέγχεται από το μαγνητικό πεδίο της Γης και όχι από τον Ήλιο και άλλες διαπλανητικές πηγές.
Είναι χωρισμένη από τον διαπλανητικό χώρομαγνητική παύση, όπου η δυναμική πίεση του ηλιακού ανέμου εξισορροπείται από την πίεση του μαγνητικού πεδίου.
- Παράμετροι πεδίου
Οπτική αναπαράσταση της θέσης των γραμμώνΗ μαγνητική επαγωγή του πεδίου της Γης παρέχεται από μια μαγνητική βελόνα, στερεωμένη με τέτοιο τρόπο ώστε να μπορεί να περιστρέφεται ελεύθερα τόσο γύρω από τον κατακόρυφο όσο και γύρω από τον οριζόντιο άξονα (για παράδειγμα, σε ένα αντίζυμο) - σε κάθε σημείο κοντά στην επιφάνεια της Γης εγκαθίσταται με έναν συγκεκριμένο τρόπο σε αυτές τις γραμμές.
Δεδομένου ότι ο μαγνητικός και ο γεωγραφικός πόλος δεν συμπίπτουν, η μαγνητική βελόνα δείχνει την κατεύθυνση από βορρά προς νότο μόνο κατά προσέγγιση.
Το κατακόρυφο επίπεδο στο οποίο είναι εγκατεστημένη η μαγνητική βελόνα ονομάζεται επίπεδο του μαγνητικού μεσημβρινού ενός δεδομένου τόπου και η γραμμή κατά την οποία αυτό το επίπεδο τέμνει την επιφάνεια της γης ονομάζεταιμαγνητικός μεσημβρινός.
Έτσι, οι μαγνητικοί μεσημβρινοί είναι προβολέςγραμμές δύναμης του μαγνητικού πεδίου της Γης στην επιφάνειά της, που συγκλίνουν στο βόρειο και νότιο μαγνητικό πόλο. Η γωνία μεταξύ των διευθύνσεων του μαγνητικού και του γεωγραφικού μεσημβρινού ονομάζεταιμαγνητική απόκλιση.
Μπορεί να είναι δυτικό (συχνά υποδηλώνεταισύμβολο "-") ή ανατολικά (σύμβολο "+"), ανάλογα με το εάν ο βόρειος πόλος της μαγνητικής βελόνας αποκλίνει από το κατακόρυφο επίπεδο του γεωγραφικού μεσημβρινού προς τα δυτικά ή ανατολικά.
Επιπλέον, οι γραμμές του μαγνητικού πεδίου της Γης, γενικά,δεν είναι παράλληλες με την επιφάνειά του. Αυτό σημαίνει ότι η μαγνητική επαγωγή του γήινου πεδίου δεν βρίσκεται στο επίπεδο του ορίζοντα ενός δεδομένου τόπου, αλλά σχηματίζει μια ορισμένη γωνία με αυτό το επίπεδο - ονομάζεταιμαγνητική κλίση. Είναι κοντά στο μηδέν μόνο σε σημείαμαγνητικός ισημερινός- ένας μεγάλος κύκλος σε ένα επίπεδο που είναι κάθετο στον μαγνητικό άξονα.
Αποτελέσματα αριθμητικής μοντελοποίησης του μαγνητικού πεδίου της Γης: αριστερά - κανονικό, δεξιά - κατά την αναστροφή
Η φύση του μαγνητικού πεδίου της γης
Εξηγήστε την ύπαρξη μαγνητικών πεδίων για πρώτη φοράΗ Γη και ο Ήλιος επιχείρησε ο J. Larmore το 1919, προτείνοντας την έννοια του δυναμό, σύμφωνα με την οποία η διατήρηση του μαγνητικού πεδίου ενός ουράνιου σώματος γίνεται υπό την επίδραση της υδροδυναμικής κίνησης ενός ηλεκτρικά αγώγιμου μέσου.
Ωστόσο, το 1934, ο T. Cowling απέδειξε ένα θεώρημα σχετικά με την αδυναμία διατήρησης ενός αξονικού συμμετρικού μαγνητικού πεδίου μέσω ενός υδροδυναμικού μηχανισμού δυναμό.
Και δεδομένου ότι τα περισσότερα από τα ουράνια σώματα μελετήθηκαν (καιειδικά η Γη) θεωρήθηκαν αξονικά συμμετρικά, με βάση αυτό ήταν δυνατό να γίνει η υπόθεση ότι το πεδίο τους θα ήταν επίσης αξονικά συμμετρικό και τότε η δημιουργία του σύμφωνα με αυτήν την αρχή θα ήταν αδύνατη σύμφωνα με αυτά τα θεωρήματα.
Ακόμη και ο Άλμπερτ Αϊνστάιν ήταν δύσπιστοςτη σκοπιμότητα ενός τέτοιου δυναμό, υπό την προϋπόθεση ότι δεν μπορούν να υπάρχουν απλές (συμμετρικές) λύσεις Μόνο αργότερα, αποδείχθηκε ότι δεν θα έχουν όλες οι εξισώσεις με αξονική συμμετρία που περιγράφουν τη διαδικασία παραγωγής μαγνητικού πεδίου αξονικά συμμετρική λύση, ακόμη και στη δεκαετία του 1950. Βρέθηκαν ασύμμετρες λύσεις.
Από τότε, η θεωρία του δυναμό αναπτύχθηκε με επιτυχία καιΣήμερα, η γενικά αποδεκτή πιο πιθανή εξήγηση για την προέλευση του μαγνητικού πεδίου της Γης και άλλων πλανητών είναι ένας αυτοδιεγερτικός μηχανισμός δυναμό που βασίζεται στη δημιουργία ηλεκτρικού ρεύματος σε έναν αγωγό καθώς κινείται σε ένα μαγνητικό πεδίο που δημιουργείται και ενισχύεται από αυτά τα ίδια τα ρεύματα.
Στον πυρήνα της Γης δημιουργούνται οι απαραίτητες συνθήκες:στον υγρό εξωτερικό πυρήνα, που αποτελείται κυρίως από σίδηρο σε θερμοκρασία της τάξεως των 4-6 χιλιάδων kelvin, ο οποίος άγει τέλεια το ρεύμα, δημιουργούνται αγωγές ροές που απομακρύνουν τη θερμότητα από τον στερεό εσωτερικό πυρήνα (που δημιουργείται λόγω της αποσύνθεσης ραδιενεργών στοιχείων ή η απελευθέρωση λανθάνουσας θερμότητας όταν η ουσία στερεοποιείται στο όριο μεταξύ εσωτερικού και εξωτερικού πυρήνα καθώς ο πλανήτης σταδιακά ψύχεται).
Οι δυνάμεις Coriolis περιστρέφουν αυτές τις ροέςχαρακτηριστικές σπείρες που σχηματίζουν τους λεγόμενους πυλώνες Taylor. Λόγω της τριβής των στρωμάτων, αποκτούν ηλεκτρικό φορτίο, σχηματίζοντας ρεύματα βρόχου. Έτσι, δημιουργείται ένα σύστημα ρευμάτων που κυκλοφορεί κατά μήκος του αγώγιμου κυκλώματος σε αγωγούς που κινούνται στο (αρχικά παρόν, αν και πολύ ασθενές) μαγνητικό πεδίο, όπως σε έναν δίσκο Faraday.
Δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο το οποίο, ότανΗ ευνοϊκή γεωμετρία ροής ενισχύει το αρχικό πεδίο, και αυτό, με τη σειρά του, ενισχύει το ρεύμα και η διαδικασία ενίσχυσης συνεχίζεται έως ότου οι απώλειες λόγω θερμότητας Joule, που αυξάνονται με το αυξανόμενο ρεύμα, εξισορροπούν την εισροή ενέργειας που φθάνει λόγω υδροδυναμικών κινήσεων.
Έχει προταθεί ότι το δυναμό μπορείνα είστε ενθουσιασμένοι λόγω της ύφεσης ή των παλιρροιακών δυνάμεων, δηλαδή ότι η πηγή ενέργειας είναι η περιστροφή της Γης, ωστόσο, η πιο διαδεδομένη και ανεπτυγμένη υπόθεση είναι ότι αυτή είναι ακριβώς η θερμοχημική μεταφορά.
Αλλαγές στο μαγνητικό πεδίο της Γης
Η αντιστροφή μαγνητικού πεδίου είναι μια αλλαγή στην κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου της Γης στη γεωλογική ιστορία του πλανήτη (που καθορίζεται με την παλαιομαγνητική μέθοδο).
Κατά την αναστροφή, ο βόρειος μαγνητικός πόλος και ο νότοςΟι μαγνητικοί πόλοι αλλάζουν θέσεις και η βελόνα της πυξίδας αρχίζει να δείχνει προς την αντίθετη κατεύθυνση. Η αναστροφή είναι ένα σχετικά σπάνιο φαινόμενο που δεν έχει συμβεί ποτέ κατά τη διάρκεια της ύπαρξης τουHomo sapiens... Προφανώς, η τελευταία φορά που συνέβη ήταν περίπου 780 χιλιάδες χρόνια πριν.
Οι αντιστροφές μαγνητικού πεδίου συνέβησαν σε χρονικά διαστήματα που κυμαίνονταν από δεκάδες χιλιάδες χρόνια έως τεράστιες περιόδους ήσυχου μαγνητικού πεδίου δεκάδων εκατομμυρίων ετών, όταν δεν συνέβαιναν αντιστροφές.
Έτσι, όχιπεριοδικότητα στην αλλαγή πόλων, και αυτή η διαδικασία θεωρείται στοχαστική. Οι μεγάλες περίοδοι ενός ήσυχου μαγνητικού πεδίου μπορούν να ακολουθηθούν από περιόδους πολλαπλών αντιστροφών με διαφορετικές χρονικές περιόδους και το αντίστροφο. Μελέτες δείχνουν ότι μια αλλαγή στους μαγνητικούς πόλους μπορεί να διαρκέσει από αρκετές εκατοντάδες έως αρκετές εκατοντάδες χιλιάδες χρόνια.
Ειδικοί από το Πανεπιστήμιο Johns Hopkins (ΗΠΑ)Υποτίθεται ότι κατά τη διάρκεια των αντιστροφών, η μαγνητόσφαιρα της Γης εξασθενεί τόσο πολύ ώστε η κοσμική ακτινοβολία θα μπορούσε να φτάσει στην επιφάνεια της Γης, έτσι αυτό το φαινόμενο θα μπορούσε να βλάψει τους ζωντανούς οργανισμούς στον πλανήτη και η επόμενη αλλαγή πόλων θα μπορούσε να οδηγήσει σε ακόμη πιο σοβαρές συνέπειες για την ανθρωπότητα σε μια παγκόσμια καταστροφή.
Η επιστημονική εργασία τα τελευταία χρόνια έχει δείξει (συμπεριλαμβανομένωνσυμπεριλαμβανομένου του πειράματος) η δυνατότητα τυχαίων αλλαγών στην κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου ("άλματα") σε ένα στατικό τυρβώδες δυναμό. Σύμφωνα με τον επικεφαλής του εργαστηρίου γεωμαγνητισμού στο Ινστιτούτο Φυσικής της Γης, Vladimir Pavlov, η αντιστροφή είναι μια μάλλον μακρά διαδικασία από τα ανθρώπινα πρότυπα.
Οι γεωφυσικοί στο Πανεπιστήμιο του Leeds Yon Mound και ο Phil Livermore πιστεύουν ότι σε μερικές χιλιάδες χρόνια θα υπάρξει αντιστροφή του μαγνητικού πεδίου της Γης.
Μετατόπιση των μαγνητικών πόλων της Γης
Για πρώτη φορά οι συντεταγμένες του μαγνητικού πόλου στο Βορράτα ημισφαίρια ορίστηκαν το 1831, ξανά το 1904, μετά το 1948 και 1962, 1973, 1984, 1994. στο νότιο ημισφαίριο - το 1841, πάλι - το 1908. Η μετατόπιση των μαγνητικών πόλων καταγράφεται από το 1885. Τα τελευταία 100 χρόνια, ο μαγνητικός πόλος στο νότιο ημισφαίριο έχει μετακινηθεί σχεδόν 900 χιλιόμετρα και εισήλθε στον Νότιο Ωκεανό.
Τα τελευταία στοιχεία για την κατάσταση της ΑρκτικήςΟ μαγνητικός πόλος (που κινείται προς τον κόσμο της μαγνητικής ανωμαλίας της Ανατολικής Σιβηρίας μέσω του Αρκτικού Ωκεανού) έδειξε ότι από το 1973 έως το 1984 το ταξίδι του ήταν 120 km, από το 1984 έως το 1994 - περισσότερα από 150 km. Αν και αυτά τα δεδομένα είναι εκτιμήσεις, επιβεβαιώνονται από μετρήσεις του βόρειου μαγνητικού πόλου.
Μετά το 1831, όταν καταγράφηκε για πρώτη φορά η θέση του πόλου, μέχρι το 2019 ο πόλος είχε ήδη μετατοπιστεί πάνω από 2.300 km προς τη Σιβηρία και συνεχίζει να κινείται με επιτάχυνση.
Η ταχύτητα της κίνησής της αυξήθηκε από 15 km σεέτος το 2000 έως 55 km / έτος το 2019. Αυτή η γρήγορη μετατόπιση απαιτεί συχνότερες προσαρμογές στα συστήματα πλοήγησης που χρησιμοποιούν το μαγνητικό πεδίο της Γης, όπως πυξίδες σε smartphone ή συστήματα εφεδρικής πλοήγησης για πλοία και αεροσκάφη.
Η δύναμη του μαγνητικού πεδίου της γης μειώνεταικαι άνισα. Κατά τα τελευταία 22 χρόνια, έχει μειωθεί κατά 1,7% κατά μέσο όρο, και σε ορισμένες περιοχές, όπως ο Νότιος Ατλαντικός Ωκεανός, κατά 10%. Σε ορισμένα μέρη, η ισχύς του μαγνητικού πεδίου, σε αντίθεση με τη γενική τάση, αυξήθηκε ακόμη και.
Επιτάχυνση της κίνησης των πόλων (κατά μέσο όρο κατά 3km / έτος) και η κίνησή τους κατά μήκος των διαδρόμων των αντιστροφών μαγνητικών πόλων (αυτοί οι διάδρομοι κατέστησαν δυνατή την αποκάλυψη περισσότερων από 400 παλαιοστροφών) υποδηλώνει ότι σε αυτήν την μετατόπιση των πόλων δεν πρέπει να δούμε μια εκδρομή, αλλά μια άλλη αντιστροφή του μαγνητικού πεδίου της Γης .
Πώς δημιουργήθηκε το μαγνητικό πεδίο της γης;
Ειδικοί από το Scripps Oceanographic Instituteκαι το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια έχουν προτείνει ότι το μαγνητικό πεδίο του πλανήτη σχηματίστηκε από τον μανδύα. Αμερικανοί επιστήμονες έχουν αναπτύξει μια υπόθεση που προτάθηκε πριν από 13 χρόνια από μια ομάδα ερευνητών από τη Γαλλία.
Είναι γνωστό ότι διαχρονικάΟι επαγγελματίες υποστήριξαν ότι ήταν ο εξωτερικός πυρήνας της Γης που δημιούργησε το μαγνητικό της πεδίο. Αλλά στη συνέχεια ειδικοί από τη Γαλλία πρότειναν ότι ο μανδύας του πλανήτη ήταν πάντα συμπαγής (από τη στιγμή της γέννησής του).
Αυτό το συμπέρασμα έκανε τους επιστήμονες να σκεφτούντο γεγονός ότι όχι ο πυρήνας θα μπορούσε να σχηματίσει το μαγνητικό πεδίο, αλλά το υγρό μέρος του κάτω μανδύα. Η σύνθεση του μανδύα είναι ένα πυριτικό υλικό που θεωρείται κακός αγωγός.
Αλλά αφού ο κάτω μανδύας έπρεπε να παραμείνειυγρό για δισεκατομμύρια χρόνια, η κίνηση του υγρού μέσα σε αυτό δεν παρήγαγε ηλεκτρικό ρεύμα, αλλά ήταν απλώς απαραίτητο να δημιουργηθεί ένα μαγνητικό πεδίο.
Σήμερα οι επαγγελματίες πιστεύουν ότι ο μανδύας θα μπορούσενα είναι πιο ισχυρός αγωγός από ό, τι πιστεύαμε προηγουμένως. Αυτό το συμπέρασμα των ειδικών δικαιολογεί πλήρως την κατάσταση της πρώιμης Γης. Ένα δυναμό πυριτικού είναι δυνατή μόνο εάν η ηλεκτρική αγωγιμότητα του υγρού του τμήματος ήταν πολύ υψηλότερη και είχε χαμηλή πίεση και θερμοκρασία.
Διαβάστε περισσότερα
Δημιουργήθηκε ο πρώτος ακριβής χάρτης του κόσμου. Τι συμβαίνει με όλους τους άλλους;
Η NASA είπε πώς θα παραδώσει δείγματα του Άρη στη Γη
Ένας κινητήρας για ένα τροχιακό αεροσκάφος δοκιμάστηκε στη Ρωσία