La estructura y características del campo magnético terrestre.
El campo magnético de la Tierra o campo geomagnético - magnético
El campo magnético propio de la Tierra (campo geomagnético) se puede dividir en las siguientes partes principales:
- campo principal,
- campos de anomalías mundiales,
- campo magnético externo.
- Campo principal
Más del 90% consiste en un campo cuya fuente se encuentra dentro de la Tierra, en el núcleo externo líquido; esta parte se llama campo principal, principal o normal.
Se aproxima como una serie en armónicos -de la serie gaussiana, y en la primera aproximación cerca de la superficie de la Tierra (hasta tres de sus radios) está cerca del campo del dipolo magnético, es decir, parece que el globo es una banda magnética con un eje dirigido aproximadamente desde de norte a sur.
- Campos de anomalías mundiales
Líneas reales del campo magnético de la Tierra,Aunque en promedio están cerca de las líneas del campo dipolar, se diferencian de ellas por irregularidades locales asociadas con la presencia de rocas magnetizadas en la corteza ubicada cerca de la superficie.
Debido a esto, en algunos lugares de la tierraEn la superficie, los parámetros del campo difieren mucho de los valores en zonas cercanas, lo que genera las llamadas anomalías magnéticas, que pueden superponerse entre sí si los cuerpos magnetizados que las provocan se encuentran a diferentes profundidades.
- Campo magnético externo
Está determinado por fuentes en forma de corriente.sistemas ubicados más allá de la superficie terrestre, en su atmósfera. En la parte superior de la atmósfera (a 100 km y más), la ionosfera, sus moléculas se ionizan, formando un plasma frío denso que se eleva más alto, por lo que la parte de la magnetosfera de la Tierra que se encuentra por encima de la ionosfera se extiende a una distancia de hasta tres. de sus radios, se llamaplasmasfera.
El plasma está retenido por el campo magnético de la Tierra, pero su estado está determinado por su interacción con el viento solar, el flujo de plasma de la corona solar.
Así, a mayor distancia de la superficieEl campo magnético de la Tierra es asimétrico, ya que se distorsiona bajo la influencia del viento solar: desde el lado del Sol se comprime y en la dirección del Sol adquiere un "rastro" que se extiende a lo largo de cientos de miles de kilómetros. , yendo más allá de la órbita de la Luna.
Esta peculiar forma de “cola” se produce cuando el plasma del viento solar y los flujos corpusculares solares fluyen alrededor de la superficie terrestre.magnetosfera- una región del espacio cercano a la Tierra, todavía controlada por el campo magnético de la Tierra, y no por el Sol y otras fuentes interplanetarias.
Ella está separada del espacio interplanetario.magnetopausia, donde la presión dinámica del viento solar se equilibra con la presión de su propio campo magnético.
- Parámetros de campo
Representación visual de la posición de las líneas.La inducción magnética del campo de la Tierra es proporcionada por una aguja magnética, fijada de tal manera que puede girar libremente tanto alrededor del eje vertical como alrededor del horizontal (por ejemplo, en un cardán) - en cada punto cerca de la superficie de la Tierra es se instala de cierta manera siguiendo estas líneas.
Dado que los polos magnético y geográfico no coinciden, la aguja magnética indica la dirección de norte a sur sólo de forma aproximada.
El plano vertical en el que está instalada la aguja magnética se llama plano del meridiano magnético de un lugar determinado, y la línea a lo largo de la cual este plano cruza la superficie de la Tierra se llamameridiano magnético.
Por tanto, los meridianos magnéticos son proyecciones.Líneas de fuerza del campo magnético de la Tierra en su superficie, que convergen en los polos magnéticos norte y sur. El ángulo entre las direcciones de los meridianos magnético y geográfico se llamadeclinación magnética.
Puede ser occidental (a menudo denotadosigno "-") o este (signo "+"), dependiendo de si el polo norte de la aguja magnética se desvía del plano vertical del meridiano geográfico hacia el oeste o el este.
Además, las líneas del campo magnético de la Tierra, en términos generales,no son paralelos a su superficie. Esto significa que la inducción magnética del campo terrestre no se encuentra en el plano del horizonte de un lugar determinado, sino que forma un cierto ángulo con este plano; se llamainclinación magnética. Es cercano a cero sólo en puntosecuador magnético- un círculo máximo en un plano perpendicular al eje magnético.
Resultados del modelado numérico del campo magnético de la Tierra: a la izquierda - normal, a la derecha - durante la inversión
La naturaleza del campo magnético terrestre.
Explica por primera vez la existencia de campos magnéticosLa Tierra y el Sol fueron intentados por J. Larmore en 1919, proponiendo el concepto de dinamo, según el cual el mantenimiento del campo magnético de un cuerpo celeste se produce bajo la influencia del movimiento hidrodinámico de un medio conductor de electricidad.
Sin embargo, en 1934, T. Cowling demostró un teorema sobre la imposibilidad de mantener un campo magnético axisimétrico mediante un mecanismo de dinamo hidrodinámico.
Y dado que la mayoría de los cuerpos celestes estudiados (yespecialmente la Tierra) se consideraban axialmente simétricos, en base a esto se podía suponer que su campo también sería axialmente simétrico, y entonces su generación según este principio sería imposible según estos teoremas.
Incluso Albert Einstein se mostró escéptico sobrela viabilidad de tal dínamo siempre que no puedan existir soluciones simples (simétricas). Solo mucho más tarde se demostró que no todas las ecuaciones con simetría axial que describen el proceso de generación del campo magnético tendrán una solución axialmente simétrica, incluso en la década de 1950. Se han encontrado soluciones asimétricas.
Desde entonces, la teoría de la dinamo se ha desarrollado con éxito yHoy en día, la explicación más probable generalmente aceptada para el origen del campo magnético de la Tierra y otros planetas es un mecanismo de dinamo autoexcitante basado en la generación de una corriente eléctrica en un conductor a medida que se mueve en un campo magnético generado y amplificado por estas corrientes mismas.
Las condiciones necesarias se crean en el núcleo de la Tierra:En el núcleo externo líquido, compuesto principalmente de hierro a una temperatura del orden de 4 a 6 mil Kelvin, que conduce perfectamente la corriente, se crean flujos convectivos que eliminan el calor del núcleo interno sólido (generado debido a la desintegración de elementos radiactivos o la liberación de calor latente cuando la sustancia se solidifica en el límite entre el núcleo interno y externo a medida que el planeta se enfría gradualmente).
Las fuerzas de Coriolis hacen girar estos flujos haciaespirales características que forman los llamados pilares de Taylor. Debido a la fricción de las capas, adquieren una carga eléctrica, formando corrientes en bucle. De este modo, se crea un sistema de corrientes que circulan a lo largo del circuito conductor en conductores que se mueven en el (inicialmente presente, aunque muy débil) campo magnético, como en un disco de Faraday.
Crea un campo magnético que, cuandouna geometría de flujo favorable mejora el campo inicial, y esto, a su vez, mejora la corriente, y el proceso de amplificación continúa hasta que las pérdidas debidas al calor Joule, que crecen con el aumento de la corriente, equilibran el influjo de energía que llega debido a los movimientos hidrodinámicos.
Se ha sugerido que la dínamo podríaEstar excitado por precesión o fuerzas de marea, es decir, que la fuente de energía es la rotación de la Tierra, sin embargo, la hipótesis más extendida y desarrollada es que se trata precisamente de convección termoquímica.
Cambios en el campo magnético de la Tierra.
La inversión del campo magnético es un cambio en la dirección del campo magnético de la Tierra en la historia geológica del planeta (determinada por el método paleomagnético).
Durante la inversión, el polo norte magnético y el surLos polos magnéticos cambian de lugar y la aguja de la brújula comienza a apuntar en la dirección opuesta. La inversión es un fenómeno relativamente raro que nunca ha ocurrido durante la existencia deHomo sapiens... Presumiblemente, la última vez que sucedió fue hace unos 780 mil años.
Las inversiones del campo magnético se produjeron en intervalos de tiempo que iban desde decenas de miles de años hasta enormes períodos de campo magnético tranquilo de decenas de millones de años en los que no se produjeron inversiones.
Por tanto, noperiodicidad en el cambio de polos, y este proceso se considera estocástico. Los períodos prolongados de un campo magnético silencioso pueden ir seguidos de períodos de múltiples inversiones con diferentes duraciones y viceversa. Los estudios muestran que un cambio en los polos magnéticos puede durar desde varios cientos hasta varios cientos de miles de años.
Especialistas de la Universidad Johns Hopkins (EE. UU.)Se supone que durante las reversiones, la magnetosfera de la Tierra se debilitó tanto que la radiación cósmica podría llegar a la superficie de la Tierra, por lo que este fenómeno podría dañar a los organismos vivos del planeta, y el próximo cambio de polos podría traer consecuencias aún más graves para la humanidad. a una catástrofe global.
El trabajo científico de los últimos años ha demostrado (incluyendoincluyendo en el experimento) la posibilidad de cambios aleatorios en la dirección del campo magnético ("saltos") en una dínamo turbulenta estacionaria. Según el jefe del laboratorio de geomagnetismo del Instituto de Física de la Tierra, Vladimir Pavlov, la inversión es un proceso bastante largo para los estándares humanos.
Los geofísicos de la Universidad de Leeds Yon Mound y Phil Livermore creen que en un par de miles de años habrá una inversión del campo magnético de la Tierra.
Desplazamiento de los polos magnéticos de la Tierra.
Por primera vez, las coordenadas del polo magnético del Nortelos hemisferios se definieron en 1831, nuevamente en 1904, luego en 1948 y 1962, 1973, 1984, 1994; en el hemisferio sur - en 1841, nuevamente - en 1908. El desplazamiento de los polos magnéticos se registra desde 1885. En los últimos 100 años, el polo magnético del hemisferio sur se ha movido casi 900 km y ha entrado en el Océano Austral.
Los últimos datos sobre el estado del ÁrticoEl polo magnético (que se mueve hacia la anomalía magnética del mundo de Siberia Oriental a través del Océano Ártico) mostró que de 1973 a 1984 su recorrido fue de 120 km, de 1984 a 1994, más de 150 km. Aunque estos datos son estimaciones, están confirmados por mediciones del polo norte magnético.
Después de 1831, cuando se registró por primera vez la posición del polo, en 2019 el polo ya se había desplazado más de 2.300 km hacia Siberia y continúa moviéndose con aceleración.
La velocidad de su movimiento aumentó de 15 km aaño en 2000 hasta 55 km / año en 2019. Esta deriva rápida requiere ajustes más frecuentes en los sistemas de navegación que utilizan el campo magnético de la Tierra, como brújulas en teléfonos inteligentes o sistemas de navegación de respaldo para barcos y aviones.
La fuerza del campo magnético de la tierra está disminuyendo.y de manera desigual. En los últimos 22 años, ha disminuido en un promedio del 1,7% y en algunas regiones, como el Océano Atlántico Sur, en un 10%. En algunos lugares, la fuerza del campo magnético, contrariamente a la tendencia general, incluso aumentó.
Aceleración del movimiento del poste (en promedio en 3km / año) y su movimiento a lo largo de los corredores de inversiones de polos magnéticos (estos corredores permitieron revelar más de 400 paleoinversiones) sugiere que en este desplazamiento de los polos no se debe ver una excursión, sino otra inversión del campo magnético terrestre. .
¿Cómo surgió el campo magnético terrestre?
Especialistas del Instituto Oceanográfico Scrippsy la Universidad de California han sugerido que el manto formó el campo magnético del planeta. Los científicos estadounidenses han desarrollado una hipótesis propuesta hace 13 años por un grupo de investigadores de Francia.
Se sabe que con el tiempoLos profesionales sostuvieron que era el núcleo externo de la Tierra el que generaba su campo magnético. Pero luego los expertos de Francia sugirieron que el manto del planeta siempre fue sólido (desde el momento de su nacimiento).
Esta conclusión hizo que los científicos pensaran enel hecho de que no era el núcleo lo que podía formar el campo magnético, sino la parte líquida del manto inferior. La composición del manto es un material de silicato que se considera un mal conductor.
Pero como el manto inferior tuvo que permanecerlíquido durante miles de millones de años, el movimiento del líquido en su interior no producía una corriente eléctrica, sino que simplemente era necesario generar un campo magnético.
Hoy los profesionales creen que el manto podríaser un conductor más poderoso de lo que se pensaba. Esta conclusión de los especialistas justifica plenamente el estado de la Tierra primitiva. Una dínamo de silicato es posible solo si la conductividad eléctrica de su parte líquida es mucho mayor y tiene baja presión y temperatura.
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