La structure et les caractéristiques du champ magnétique terrestre
Le champ magnétique terrestre, ou champ géomagnétique - magnétique
Le champ magnétique propre de la Terre (champ géomagnétique) peut être divisé en les parties principales suivantes:
- champ principal,
- champs d'anomalies mondiales,
- champ magnétique externe.
- Champ principal
Plus de 90 % de celui-ci est constitué d'un champ dont la source se trouve à l'intérieur de la Terre, dans le noyau externe liquide - cette partie est appelée champ principal, principal ou normal.
Il est approximé comme une série d'harmoniques -de la série gaussienne, et dans la première approximation près de la surface de la Terre (jusqu'à trois de ses rayons), il est proche du champ dipolaire magnétique, c'est-à-dire qu'il semble que le globe est un aimant en bande avec un axe dirigé approximativement de du nord au sud.
- Champs d'anomalies mondiales
De vraies lignes de champ magnétique terrestre,bien qu'en moyenne elles soient proches des lignes de champ dipolaire, elles s'en distinguent par des irrégularités locales liées à la présence de roches magnétisées dans la croûte situées près de la surface.
Pour cette raison, dans certains endroits sur terreEn surface, les paramètres du champ diffèrent considérablement des valeurs des zones voisines, formant ce que l'on appelle des anomalies magnétiques. Ils peuvent se chevaucher si les corps magnétisés qui les provoquent se trouvent à des profondeurs différentes.
- Champ magnétique externe
Il est déterminé par des sources sous forme de courantsystèmes situés au-delà de la surface terrestre, dans son atmosphère. Dans la partie supérieure de l'atmosphère (100 km et plus) - l'ionosphère - ses molécules sont ionisées, formant un plasma froid dense qui s'élève plus haut, donc la partie de la magnétosphère terrestre au-dessus de l'ionosphère, s'étendant jusqu'à une distance de trois de ses rayons, est appeléplasmasphère.
Le plasma est retenu par le champ magnétique terrestre, mais son état est déterminé par son interaction avec le vent solaire - le flux de plasma de la couronne solaire.
Ainsi, à une plus grande distance de la surfaceLe champ magnétique terrestre est asymétrique, car il se déforme sous l'influence du vent solaire : du côté du Soleil, il est comprimé et, en direction du Soleil, il acquiert une « traînée » qui s'étend sur des centaines de milliers de kilomètres. , dépassant l'orbite de la Lune.
Cette forme particulière de « queue » se produit lorsque le plasma du vent solaire et les flux corpusculaires solaires circulent autour de la surface de la Terre.magnétosphère- une région de l'espace proche de la Terre, toujours contrôlée par le champ magnétique de la Terre, et non par le Soleil et d'autres sources interplanétaires.
Elle est séparée de l'espace interplanétairemagnétopause, où la pression dynamique du vent solaire est équilibrée par la pression de son propre champ magnétique.
- Paramètres de terrain
Représentation visuelle de la position des lignesL'induction magnétique du champ terrestre est fournie par une aiguille magnétique, fixée de manière à pouvoir tourner librement à la fois autour de l'axe vertical et autour de l'axe horizontal (par exemple, dans un cardan) - en chaque point près de la surface de la Terre, il est installé d'une certaine manière le long de ces lignes.
Les pôles magnétique et géographique ne coïncident pas, l'aiguille magnétique n'indique la direction du nord au sud qu'approximativement.
Le plan vertical dans lequel l'aiguille magnétique est installée est appelé le plan du méridien magnétique d'un lieu donné, et la ligne le long de laquelle ce plan coupe la surface de la Terre est appeléeméridien magnétique.
Ainsi, les méridiens magnétiques sont des projectionslignes de force du champ magnétique terrestre à sa surface, convergeant aux pôles magnétiques nord et sud. L'angle entre les directions des méridiens magnétiques et géographiques est appelédéclinaison magnétique.
Il peut être occidental (souvent désignésigne "-") ou est (signe "+"), selon que le pôle nord de l'aiguille magnétique s'écarte du plan vertical du méridien géographique vers l'ouest ou l'est.
De plus, les lignes du champ magnétique terrestre, d'une manière générale,ne sont pas parallèles à sa surface. Cela signifie que l'induction magnétique du champ terrestre ne se situe pas dans le plan de l'horizon d'un lieu donné, mais forme un certain angle avec ce plan - c'est ce qu'on appelleinclinaison magnétique. Il est proche de zéro seulement aux pointséquateur magnétique- un grand cercle dans un plan perpendiculaire à l'axe magnétique.
Résultats de la modélisation numérique du champ magnétique terrestre : à gauche - normal, à droite - lors de l'inversion
La nature du champ magnétique terrestre
Expliquer l'existence des champs magnétiques pour la première foisLa Terre et le Soleil ont été tentés par J. Larmore en 1919, proposant le concept de dynamo, selon lequel le maintien du champ magnétique d'un corps céleste s'effectue sous l'influence du mouvement hydrodynamique d'un milieu électriquement conducteur.
Cependant, en 1934, T. Cowling démontra un théorème sur l'impossibilité de maintenir un champ magnétique axisymétrique grâce à un mécanisme dynamo hydrodynamique.
Et comme la plupart des corps célestes étudiés (eten particulier la Terre) étaient considérés comme axialement symétriques, sur cette base, il était possible de supposer que leur champ serait également axialement symétrique, et alors sa génération selon ce principe serait impossible selon ces théorèmes.
Même Albert Einstein était sceptique surla faisabilité d'une telle dynamo à condition que des solutions simples (symétriques) ne puissent exister. Ce n'est que beaucoup plus tard qu'il a été montré que toutes les équations à symétrie axiale décrivant le processus de génération de champ magnétique n'auront pas une solution à symétrie axiale, même dans les années 1950. des solutions asymétriques ont été trouvées.
Depuis lors, la théorie de la dynamo a été développée avec succès etAujourd'hui, l'explication la plus probable généralement acceptée pour l'origine du champ magnétique de la Terre et d'autres planètes est un mécanisme dynamo auto-excitant basé sur la génération d'un courant électrique dans un conducteur lorsqu'il se déplace dans un champ magnétique généré et amplifié par ces courants eux-mêmes.
Les conditions nécessaires sont créées au cœur de la Terre :dans le noyau externe liquide, constitué principalement de fer à une température de l'ordre de 4 à 6 000 kelvins, qui conduit parfaitement le courant, des flux convectifs sont créés qui évacuent la chaleur du noyau interne solide (générée en raison de la désintégration d'éléments radioactifs ou la libération de chaleur latente lorsque la substance se solidifie à la limite entre le noyau interne et externe à mesure que la planète se refroidit progressivement).
Les forces de Coriolis font tourner ces flux enspirales caractéristiques formant ce qu'on appelle les piliers de Taylor. En raison du frottement des couches, elles acquièrent une charge électrique, formant des courants de boucle. Ainsi, il se crée un système de courants circulant le long du circuit conducteur dans des conducteurs se déplaçant dans le champ magnétique (initialement présent, quoique très faible), comme dans un disque de Faraday.
Il crée un champ magnétique qui, lorsqueUne géométrie d'écoulement favorable améliore le champ initial, ce qui, à son tour, améliore le courant, et le processus d'amplification se poursuit jusqu'à ce que les pertes dues à la chaleur Joule, augmentant avec l'augmentation du courant, équilibrent l'afflux d'énergie arrivant en raison des mouvements hydrodynamiques.
Il a été suggéré que la dynamo pourraitêtre excité en raison de la précession ou des forces de marée, c'est-à-dire que la source d'énergie est la rotation de la Terre, cependant, l'hypothèse la plus répandue et la plus développée est qu'il s'agit précisément d'une convection thermochimique.
Modifications du champ magnétique terrestre
L’inversion du champ magnétique est un changement de direction du champ magnétique terrestre dans l’histoire géologique de la planète (déterminé par la méthode paléomagnétique).
Lors de l'inversion, le pôle magnétique nord et le pôle sudLes pôles magnétiques changent de place et l’aiguille de la boussole commence à pointer dans la direction opposée. L'inversion est un phénomène relativement rare qui ne s'est jamais produit au cours de l'existence deHomo sapiens... Vraisemblablement, la dernière fois que cela s'est produit, c'était il y a environ 780 000 ans.
Les inversions du champ magnétique se sont produites à des intervalles de temps allant de dizaines de milliers d'années à d'énormes périodes de champ magnétique calme de plusieurs dizaines de millions d'années pendant lesquelles aucune inversion ne s'est produite.
Ainsi, nonpériodicité dans le changement de pôles, et ce processus est considéré comme stochastique. De longues périodes d'un champ magnétique calme peuvent être suivies de périodes de multiples inversions avec des durées différentes et vice versa. Des études montrent qu'un changement des pôles magnétiques peut durer de plusieurs centaines à plusieurs centaines de milliers d'années.
Spécialistes de l'Université Johns Hopkins (États-Unis)On suppose que pendant les inversions, la magnétosphère terrestre s'est tellement affaiblie que le rayonnement cosmique pourrait atteindre la surface de la Terre, donc ce phénomène pourrait nuire aux organismes vivants sur la planète, et le prochain changement de pôles pourrait entraîner des conséquences encore plus graves pour l'humanité. à une catastrophe mondiale.
Les travaux scientifiques de ces dernières années ont montré (y comprisy compris dans l'expérience) la possibilité de changements aléatoires dans la direction du champ magnétique ("sauts") dans une dynamo turbulente stationnaire. Selon le chef du laboratoire de géomagnétisme de l'Institut de physique de la Terre, Vladimir Pavlov, l'inversion est un processus assez long selon les normes humaines.
Les géophysiciens de l'Université de Leeds Yon Mound et Phil Livermore pensent que dans deux mille ans, il y aura une inversion du champ magnétique terrestre.
Déplacement des pôles magnétiques de la Terre
Pour la première fois, les coordonnées du pôle magnétique au Nordles hémisphères ont été définis en 1831, puis à nouveau en 1904, puis en 1948 et 1962, 1973, 1984, 1994 ; dans l'hémisphère sud - en 1841, et encore - en 1908. Le déplacement des pôles magnétiques est enregistré depuis 1885. Au cours des 100 dernières années, le pôle magnétique de l’hémisphère sud s’est déplacé de près de 900 km et est entré dans l’océan Austral.
Les dernières données sur l'état de l'Arctiquepôle magnétique (se déplaçant vers l'anomalie magnétique mondiale de la Sibérie orientale à travers l'océan Arctique) a montré que de 1973 à 1984, son parcours était de 120 km, de 1984 à 1994 - plus de 150 km. Bien que ces données soient des estimations, elles sont confirmées par les mesures du pôle nord magnétique.
Après 1831, lorsque la position du pôle a été enregistrée pour la première fois, en 2019, le pôle s'était déjà déplacé de plus de 2 300 km vers la Sibérie et continue de se déplacer avec accélération.
La vitesse de son mouvement est passée de 15 km àan 2000 jusqu'à 55 km / an en 2019. Cette dérive rapide nécessite des ajustements plus fréquents des systèmes de navigation qui utilisent le champ magnétique terrestre, comme les boussoles dans les smartphones ou les systèmes de navigation de secours pour les navires et les aéronefs.
La force du champ magnétique terrestre diminueet inégalement. Au cours des 22 dernières années, il a diminué en moyenne de 1,7% et dans certaines régions, comme l'océan Atlantique Sud, de 10%. Dans certains endroits, la force du champ magnétique, contrairement à la tendance générale, a même augmenté.
Accélération du mouvement des pôles (en moyenne de 3km / an) et leur déplacement le long des couloirs d'inversion des pôles magnétiques (ces couloirs ont permis de révéler plus de 400 paléoinversions) suggèrent que dans ce déplacement des pôles on ne devrait pas voir une excursion, mais une autre inversion du champ magnétique terrestre .
Comment le champ magnétique terrestre est-il né?
Spécialistes du Scripps Oceanographic Instituteet l'Université de Californie ont suggéré que le champ magnétique de la planète était formé par le manteau. Des scientifiques américains ont développé une hypothèse proposée il y a 13 ans par un groupe de chercheurs français.
On sait qu'au fil du tempsles professionnels affirmaient que c'était le noyau externe de la Terre qui générait son champ magnétique. Mais ensuite, des experts français ont suggéré que le manteau de la planète était toujours solide (dès sa naissance).
Cette conclusion a fait réfléchir les scientifiquesle fait que ce n'était pas le noyau qui pouvait former le champ magnétique, mais la partie liquide du manteau inférieur. La composition du manteau est un matériau silicate considéré comme un mauvais conducteur.
Mais comme le manteau inférieur devait resterliquide pendant des milliards d’années, le mouvement du liquide à l’intérieur ne produisait pas de courant électrique, mais il fallait simplement générer un champ magnétique.
Aujourd'hui, les professionnels estiment que le manteau pourraitêtre un chef d'orchestre plus puissant qu'on ne le pensait auparavant. Cette conclusion de spécialistes justifie pleinement l'état de la Terre primitive. Une dynamo au silicate n'est possible que si la conductivité électrique de sa partie liquide était beaucoup plus élevée et avait une pression et une température basses.
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