Građa i karakteristike Zemljinog magnetskog polja
Zemljino magnetsko polje, odnosno geomagnetsko polje – magnetsko
Zemljino vlastito magnetsko polje (geomagnetsko polje) možemo podijeliti u sljedeće glavne dijelove:
- glavno polje,
- polja svjetskih anomalija,
- vanjsko magnetsko polje.
- Glavno polje
Više od 90% sastoji se od polja čiji je izvor unutar Zemlje, u tekućoj vanjskoj jezgri – taj se dio naziva glavno, glavno ili normalno polje.
Približno je prikazan kao niz u harmonikama -Gaussove serije, a u prvoj je aproksimaciji u blizini Zemljine površine (do tri njegova polumjera) blizu magnetskog dipolnog polja, odnosno izgleda kao da je globus trakasti magnet s osi usmjerenom približno od sjever prema jugu.
- Polja svjetskih anomalija
Linije stvarnog magnetskog polja Zemlje,iako su u prosjeku blizu linija polja dipola, razlikuju se od njih po lokalnim nepravilnostima povezanim s prisutnošću magnetiziranih stijena u kori smještenih blizu površine.
Zbog toga se na nekim mjestima na zemljiNa površini se parametri polja jako razlikuju od vrijednosti u obližnjim područjima, tvoreći takozvane magnetske anomalije. One se mogu preklapati ako magnetizirana tijela koja ih uzrokuju leže na različitim dubinama.
- Vanjsko magnetsko polje
Određen je izvorima u obliku strujesustava smještenih izvan zemljine površine, u njezinoj atmosferi. U gornjem dijelu atmosfere (100 km i više) - ionosferi - njezine molekule su ionizirane, tvoreći gustu hladnu plazmu koja se diže više, dakle dio Zemljine magnetosfere iznad ionosfere, proteže se na udaljenosti do tri njegovih radijusa, naziva seplazmasfera.
Plazmu zadržava Zemljino magnetsko polje, ali njezino je stanje određeno njenom interakcijom sa sunčevim vjetrom - protokom plazme solarne korone.
Dakle, na većoj udaljenosti od površineZemljino magnetsko polje je asimetrično, jer se pod utjecajem Sunčevog vjetra iskrivljuje: sa strane Sunca se komprimira, a u smjeru od Sunca dobiva "trag" koji se proteže stotinama tisuća kilometara , izlazeći izvan Mjesečeve orbite.
Ovaj osebujni oblik "repa" nastaje kada plazma Sunčevog vjetra i solarni korpuskularni tokovi teku oko Zemljine površine.magnetosfera- područje svemira blizu Zemlje, koje još uvijek kontrolira magnetsko polje Zemlje, a ne Sunce i drugi međuplanetarni izvori.
Ona je odvojena od međuplanetarnog prostoramagnetopauza, gdje je dinamički tlak sunčevog vjetra uravnotežen tlakom vlastitog magnetskog polja.
- Parametri polja
Vizualni prikaz položaja linijaMagnetsku indukciju zemaljskog polja pruža magnetska igla, učvršćena na takav način da se može slobodno okretati i oko vertikalne i oko vodoravne osi (na primjer, u kardanskom ormaru) - u svakoj točki u blizini Zemljine površine je instaliran na određeni način duž ovih linija.
Budući da se magnetski i zemljopisni pol ne poklapaju, magnetska igla samo približno pokazuje smjer od sjevera prema jugu.
Okomita ravnina u kojoj je postavljena magnetska igla naziva se ravnina magnetskog meridijana određenog mjesta, a linija po kojoj ta ravnina siječe površinu Zemlje naziva semagnetski meridijan.
Dakle, magnetski meridijani su projekcijelinije sile Zemljinog magnetskog polja na njezinoj površini, koje konvergiraju na sjevernom i južnom magnetskom polu. Kut između smjerova magnetskog i zemljopisnog meridijana naziva semagnetska deklinacija.
Može biti zapadnjačka (često označenaznak "-") ili istok (znak "+"), ovisno o tome odstupa li sjeverni pol magnetske igle od okomite ravnine zemljopisnog meridijana prema zapadu ili istoku.
Nadalje, linije Zemljinog magnetskog polja, općenito govoreći,nisu paralelne s njegovom površinom. To znači da magnetska indukcija Zemljinog polja ne leži u ravnini horizonta određenog mjesta, već čini određeni kut s tom ravninom - tzv.magnetski nagib. Blizu je nule samo u točkamamagnetski ekvator- velika kružnica u ravnini koja je okomita na magnetsku os.
Rezultati numeričkog modeliranja magnetskog polja Zemlje: lijevo - normalno, desno - tijekom inverzije
Priroda zemaljskog magnetskog polja
Prvi put objasniti postojanje magnetskih poljaZemlju i Sunce pokušao je 1919. J. Larmore, predloživši koncept dinama, prema kojem se održavanje magnetskog polja nebeskog tijela događa pod utjecajem hidrodinamičkog kretanja medija koji vodi električnu energiju.
Međutim, 1934. T. Cowling je dokazao teorem o nemogućnosti održavanja osnosimetričnog magnetskog polja kroz hidrodinamički dinamo mehanizam.
A budući da je većina proučavanih nebeskih tijela (iosobito Zemlje) smatrali osno simetričnim, na temelju toga je bilo moguće pretpostaviti da bi i njihovo polje bilo osno simetrično, a onda bi njegovo generiranje prema ovom principu bilo nemoguće prema ovim teoremima.
Čak je i Albert Einstein bio skeptičan prema tomeizvedivost takvog dinara pod uvjetom da jednostavna (simetrična) rješenja ne mogu postojati. Tek mnogo kasnije pokazalo se da neće sve jednadžbe s aksijalnom simetrijom koje opisuju proces stvaranja magnetskog polja imati aksijalno simetrično rješenje, čak ni u 1950-ima. pronađena su asimetrična rješenja.
Od tada se teorija dinama uspješno razvijala iDanas je općeprihvaćeno najvjerojatnije objašnjenje podrijetla magnetskog polja Zemlje i drugih planeta samouzbudni dinamo mehanizam koji se temelji na stvaranju električne struje u vodiču dok se kreće u magnetskom polju koje stvara i pojačava te same struje.
U jezgri Zemlje stvaraju se potrebni uvjeti:u tekućoj vanjskoj jezgri, koja se uglavnom sastoji od željeza na temperaturi reda 4-6 tisuća kelvina, koja savršeno provodi struju, stvaraju se konvektivna strujanja koja oduzimaju toplinu iz čvrste unutarnje jezgre (nastale zbog raspada radioaktivnih elemenata ili oslobađanje latentne topline kada se tvar skrutne na granici između unutarnje i vanjske jezgre dok se planet postupno hladi).
Coriolisove sile okreću ove tokovekarakteristične spirale koje tvore takozvane Taylorove stupove. Zbog trenja slojeva dobivaju električni naboj, tvoreći strujne petlje. Tako se stvara sustav struja koji cirkulira po provodnom krugu u vodičima koji se kreću u (u početku prisutnom, iako vrlo slabom) magnetskom polju, kao u Faradayevom disku.
Stvara magnetsko polje koje, kadapovoljna geometrija toka pojačava početno polje, a ovo zauzvrat pojačava struju, a proces pojačanja se nastavlja sve dok gubici zbog Jouleove topline, rastući s porastom struje, ne uravnoteže dotok energije koja pristiže uslijed hidrodinamičkih kretanja.
Sugerira se da bi dinamo mogaobiti uzbuđeni zbog precesije ili plimnih sila, odnosno da je izvor energije rotacija Zemlje, međutim, najraširenija i najrazvijenija hipoteza je da je to upravo termokemijska konvekcija.
Promjene u magnetskom polju Zemlje
Inverzija magnetskog polja je promjena smjera Zemljinog magnetskog polja u geološkoj povijesti planeta (određena paleomagnetskom metodom).
Tijekom obrata, sjeverni magnetski pol i južniMagnetski polovi mijenjaju mjesta, a igla kompasa počinje pokazivati u suprotnom smjeru. Inverzija je relativno rijedak fenomen koji se nikada nije dogodio tijekom postojanjaHomo sapiens... Pretpostavlja se da se zadnji put to dogodilo prije oko 780 tisuća godina.
Preokreti magnetskog polja događali su se u vremenskim intervalima u rasponu od desetaka tisuća godina do ogromnih razdoblja tihog magnetskog polja od desetaka milijuna godina kada se preokreti nisu događali.
Dakle, brperiodičnost u promjeni polova, a taj se proces smatra stohastičkim. Duga razdoblja tihog magnetskog polja mogu pratiti razdoblja višestrukih preokreta s različitim trajanjima i obrnuto. Studije pokazuju da promjena magnetskih polova može trajati od nekoliko stotina do nekoliko stotina tisuća godina.
Stručnjaci sa Sveučilišta Johns Hopkins (SAD)Pretpostavlja se da je tijekom preokreta Zemljina magnetosfera oslabila toliko da je kozmičko zračenje moglo doći do Zemljine površine, pa bi ovaj fenomen mogao naštetiti živim organizmima na planetu, a sljedeća promjena polova mogla bi dovesti do još ozbiljnijih posljedica za čovječanstvo do globalne katastrofe.
Znanstveni rad posljednjih godina pokazao je (uključujućiuključujući u pokus) mogućnost slučajnih promjena smjera magnetskog polja ("skokovi") u stacionarnom turbulentnom dinamu. Prema riječima voditelja laboratorija za geomagnetizam na Institutu za fiziku Zemlje Vladimira Pavlova, inverzija je po ljudskim standardima prilično dug proces.
Geofizičari sa Sveučilišta Leeds Yon Mound i Phil Livermore vjeruju da će za nekoliko tisuća godina doći do inverzije Zemljinog magnetskog polja.
Pomicanje Zemljinih magnetskih polova
Po prvi put koordinate magnetskog pola na Sjevhemisfere su definirane 1831., ponovno 1904., zatim 1948. i 1962., 1973., 1984., 1994.; na južnoj hemisferi - 1841., ponovno - 1908. Pomicanje magnetskih polova bilježi se od 1885. godine. Tijekom proteklih 100 godina, magnetski pol na južnoj hemisferi pomaknuo se gotovo 900 km i ušao u Južni ocean.
Najnoviji podaci o stanju Arktikamagnetski pol (koji se kreće prema istočnosibirskoj svjetskoj magnetskoj anomaliji kroz Arktički ocean) pokazao je da je od 1973. do 1984. njegovo putovanje bilo 120 km, od 1984. do 1994. - više od 150 km. Iako su ovi podaci procjene, potvrđuju ih mjerenja sjevernog magnetskog pola.
Nakon 1831. godine, kada je prvi put zabilježen položaj pola, do 2019. godine pol se već pomaknuo više od 2300 km prema Sibiru i nastavlja se kretati ubrzano.
Brzina njegovog kretanja povećala se s 15 km nagodine u 2000. do 55 km / godine u 2019. Zbog ovog brzog zanošenja potrebna su češća prilagođavanja navigacijskih sustava koji koriste Zemljino magnetsko polje, poput kompasa u pametnim telefonima ili rezervnih navigacijskih sustava za brodove i zrakoplove.
Jačina magnetskog polja Zemlje opadai to neravnomjerno. Tijekom posljednje 22 godine smanjio se u prosjeku za 1,7%, au nekim regijama, poput Južnog Atlantskog oceana, za 10%. Ponegdje se jačina magnetskog polja, suprotno općem trendu, čak povećavala.
Ubrzanje kretanja polova (u prosjeku za 3km / god.) i njihovo kretanje hodnicima inverzije magnetskih polova (ti su hodnici omogućili otkrivanje više od 400 paleoinverzija) sugerira da u tom pomicanju polova ne treba vidjeti izlet, već drugu inverziju Zemljinog magnetskog polja .
Kako je došlo do zemaljskog magnetskog polja?
Stručnjaci s oceanografskog instituta Scrippsi Kalifornijsko sveučilište sugeriraju da je magnetsko polje planeta formiralo plašt. Američki su znanstvenici razvili hipotezu koju je prije 13 godina predložila skupina istraživača iz Francuske.
Poznato je da se vremenomstručnjaci su tvrdili da Zemljina vanjska jezgra stvara njezino magnetsko polje. Ali onda su stručnjaci iz Francuske sugerirali da je plašt planeta uvijek bio čvrst (od trenutka njegova rođenja).
Ovaj zaključak natjerao je znanstvenike na razmišljanječinjenica da nije jezgra mogla formirati magnetsko polje, već tekući dio donjeg plašta. Sastav plašta je silikatni materijal koji se smatra lošim provodnikom.
Ali budući da je donji plašt morao ostatitekućine milijardama godina, kretanje tekućine unutar nje nije proizvelo električnu struju, već je jednostavno bilo potrebno generirati magnetsko polje.
Danas profesionalci vjeruju da bi plašt mogaobiti snažniji dirigent nego što se prije mislilo. Ovaj zaključak stručnjaka u potpunosti opravdava stanje rane Zemlje. Silikatni dinamo je moguć samo ako je električna vodljivost njegovog tekućeg dijela bila mnogo veća te je imao nizak tlak i temperaturu.
Čitaj više
Stvorena je prva točna karta svijeta. Što nije u redu sa svima ostalima?
NASA je rekla kako će dostaviti uzorke Marsa na Zemlju
Motor za orbitalni zrakoplov testiran je u Rusiji