A Föld mágneses mezőjének szerkezete és jellemzői
A Föld mágneses tere, vagy geomágneses mezeje - mágneses
A Föld saját mágneses tere (geomágneses mező) a következő fő részekre osztható:
- fő mező,
- a világ anomáliáinak területei,
- külső mágneses mező.
- Fő mező
Több mint 90%-a mezőből áll, amelynek forrása a Föld belsejében, a folyékony külső magban található - ezt a részt fő, fő vagy normál mezőnek nevezik.
A harmonikus sorozatként közelítjük meg -a Gauss-sorozatból, és az első megközelítésben a Föld felszíne közelében (legfeljebb három sugara) közel van a mágneses dipólus mezőhöz, vagyis úgy néz ki, mintha a földgömb egy szalagmágnes, amelynek tengelye megközelítőleg északról délre.
- A világ anomáliáinak területei
A Föld valódi mágneses erővonalai,bár átlagosan közel vannak a dipólus erővonalakhoz, eltérnek tőlük a felszínhez közeli földkéregben lévő mágnesezett kőzetek jelenlétével összefüggő lokális szabálytalanságokban.
Emiatt egyes helyeken a FöldönA felszínen a térparaméterek nagymértékben eltérnek a közeli területek értékeitől, úgynevezett mágneses anomáliákat képezve, átfedhetik egymást, ha az ezeket okozó mágnesezett testek különböző mélységekben helyezkednek el.
- Külső mágneses mező
Ezt a források áram formájában határozzák mega földfelszínen túl, annak légkörében elhelyezkedő rendszerek. Az atmoszféra felső részén (100 km és afeletti) - az ionoszférában - molekulái ionizálódnak, sűrű hideg plazmát képezve, amely magasabbra emelkedik, ezért a Föld magnetoszférájának az ionoszféra feletti része, amely legfeljebb három távolságig terjed. sugarának únplazmaszféra.
A plazmát a Föld mágneses tere tartja, de állapotát a napszéllel - a napkorona plazmaáramlásával - való kölcsönhatása határozza meg.
Így a felszíntől nagyobb távolságraA Föld mágneses tere aszimmetrikus, mivel a napszél hatására torzul: a Nap oldaláról összenyomódik, a Nap felőli irányban pedig több százezer kilométeres „nyomot” kap. , túllépve a Hold pályáján.
Ez a sajátos „farkú” forma akkor jön létre, amikor a napszél plazmája és a naptestáramlások körbefolynak a Föld felszínén.magnetoszféra- egy földközeli tér tartománya, amelyet továbbra is a Föld mágneses tere irányít, nem pedig a Nap és más bolygóközi források.
Elkülönül a bolygóközi tértőlmagnetopauza, ahol a napszél dinamikus nyomását kiegyenlíti saját mágneses mezőjének nyomása.
- Terepi paraméterek
A vonalak helyzetének vizuális ábrázolásaA Föld mágneses indukcióját egy mágneses tű biztosítja, amely úgy van rögzítve, hogy szabadon foroghat mind a függőleges, mind a vízszintes tengely körül (például kardánban) - a Föld felszíne közelében minden ponton meghatározott módon telepítve van ezek mentén.
Mivel a mágneses és a földrajzi pólusok nem esnek egybe, a mágnestű csak hozzávetőlegesen jelzi az irányt északról délre.
Azt a függőleges síkot, amelybe a mágnestű be van helyezve, egy adott hely mágneses meridiánjának síkjának, az egyenest pedig, amely mentén ez a sík metszi a Föld felszínét, az ún.mágneses meridián.
Így a mágneses meridiánok vetületeka Föld mágneses mezejének erővonalai a felszínén, amelyek az északi és déli mágneses pólusnál összefolynak. A mágneses és a földrajzi meridián iránya közötti szöget únmágneses elhajlás.
Lehet nyugati (gyakran jelöljük"-" jel vagy kelet ("+" jel), attól függően, hogy a mágneses tű északi pólusa eltér-e a földrajzi meridián függőleges síkjától nyugatra vagy keletre.
Továbbá a Föld mágneses mezejének vonalai, általában véve,nem párhuzamosak a felületével. Ez azt jelenti, hogy a Föld mezőjének mágneses indukciója nem egy adott hely horizontsíkjában fekszik, hanem ezzel a síkkal egy bizonyos szöget zár be - ún.mágneses hajlás. Csak pontokon közelít nulláhozmágneses egyenlítő- nagy kör a mágneses tengelyre merőleges síkban.
A Föld mágneses mezejének numerikus modellezésének eredményei: bal oldalon - normál, jobb oldalon - inverzió során
A föld mágneses mezőjének jellege
Magyarázza el először a mágneses mezők létezését!A Földet és a Napot J. Larmore próbálkozta 1919-ben, javaslatot téve a dinamó koncepciójára, amely szerint az égitest mágneses mezejének fenntartása egy elektromosan vezető közeg hidrodinamikus mozgásának hatására történik.
1934-ben azonban T. Cowling bebizonyította azt a tételt, hogy lehetetlen egy tengelyszimmetrikus mágneses mezőt hidrodinamikus dinamómechanizmuson keresztül fenntartani.
És mivel a legtöbb vizsgált égitest (éskülönösen a Földet) tengelyirányban szimmetrikusnak tekintették, ez alapján feltehető volt, hogy a mezőjük is tengelyszimmetrikus lesz, és akkor ennek az elvnek megfelelő előállítása lehetetlen lenne ezen tételek szerint.
Még Albert Einstein is szkeptikus voltegy ilyen dinamó megvalósíthatósága, feltéve, hogy nem létezhetnek egyszerű (szimmetrikus) megoldások. Csak jóval később mutatták ki, hogy nem minden, a mágneses tér létrehozásának folyamatát leíró axiális szimmetriájú egyenletnek lesz tengelyirányban szimmetrikus megoldása, még az 1950-es években is. aszimmetrikus megoldásokat találtak.
Azóta sikeresen kidolgozták a dinamóelméletet, ésMa a Föld és más bolygók mágneses tere keletkezésének általánosan elfogadott legvalószínűbb magyarázata egy öngerjesztő dinamómechanizmus, amely azon alapul, hogy egy vezetőben elektromos áram keletkezik, miközben az a mágneses térben képződik és felerősíti. maguk ezek az áramlatok.
A Föld magjában létrejönnek a szükséges feltételek:a főként 4-6 ezer kelvin nagyságrendű vasból álló folyékony külső magban, amely tökéletesen vezeti az áramot, konvektív áramlások jönnek létre, amelyek hőt vonnak el a szilárd belső magból (radioaktív elemek bomlása, ill. látens hő felszabadulása, amikor az anyag a belső és a külső mag határán megszilárdul, ahogy a bolygó fokozatosan lehűl).
A Coriolis erők beforgatják ezeket az áramlásokatjellegzetes spirálok alkotják az úgynevezett Taylor-oszlopokat. A rétegek súrlódása miatt elektromos töltést kapnak, hurokáramokat képezve. Így létrejön egy áramrendszer, amely egy vezető áramkör mentén kering a (kezdetben jelen lévő, bár nagyon gyenge) mágneses térben mozgó vezetőkben, mint egy Faraday-korongban.
Mágneses mezőt hoz létre, amely amikorA kedvező áramlási geometria növeli a kezdeti mezőt, ez pedig növeli az áramerősséget, és az erősítési folyamat addig tart, amíg a Joule-hő okozta, növekvő árammal növekvő veszteségek kiegyenlítik a hidrodinamikai mozgások hatására érkező energia beáramlását.
Felvetődött, hogy a dinamó talánizgatni a precesszió vagy az árapály erők miatt, vagyis, hogy az energia forrása a Föld forgása, a legelterjedtebb és legfejlettebb hipotézis azonban az, hogy ez pontosan termokémiai konvekció.
Változások a Föld mágneses mezőjében
A mágneses tér inverziója a Föld mágneses tere irányának változása a bolygó geológiai történetében (a paleomágneses módszerrel meghatározva).
Fordítás során az északi mágneses pólus és a déliA mágneses pólusok helyet cserélnek, és az iránytű tűje az ellenkező irányba mutat. Az inverzió viszonylag ritka jelenség, amely a létezés során soha nem fordult előHomo sapiens... Feltehetően utoljára körülbelül 780 ezer évvel ezelőtt történt.
A mágneses tér megfordulása több tízezer évtől a csendes mágneses tér hatalmas, több tízmillió éves periódusáig terjedt, amikor nem fordult elő megfordulás.
Így nema pólusok változásának periodicitása, és ezt a folyamatot sztochasztikusnak tekintik. A csendes mágneses mező hosszú periódusai többszörös, különböző időtartamú visszafordulással járhatnak, és fordítva. Tanulmányok azt mutatják, hogy a mágneses pólusok változása több száz, több száz ezer évig is eltarthat.
A Johns Hopkins Egyetem (USA) szakembereiFeltételezzük, hogy a megfordulás során a Föld magnetoszférája annyira meggyengült, hogy a kozmikus sugárzás elérhette a Föld felszínét, ezért ez a jelenség károsíthatja a bolygó élő organizmusait, és a következő pólusváltás még súlyosabb következményekkel járhat az emberiség számára felfelé globális katasztrófára.
Az elmúlt évek tudományos munkája kimutatta (ideértve a következőket:beleértve a kísérletet is) a mágneses tér irányának véletlenszerű megváltoztatásának ("ugrások") lehetősége egy álló turbulens dinamóban. A Föld Fizikai Intézet geomágneses laboratóriumának vezetője, Vlagyimir Pavlov szerint az inverzió emberi standardok szerint meglehetősen hosszú folyamat.
A Leeds-i Yon Mound Egyetem geofizikusai és Phil Livermore úgy vélik, hogy pár ezer év múlva megfordul a Föld mágneses tere.
A Föld mágneses pólusainak elmozdulása
Először a mágneses pólus koordinátái északona féltekéket 1831-ben, ismét 1904-ben, majd 1948-ban és 1962-ben, 1973-ban, 1984-ben, 1994-ben határozták meg; a déli féltekén - 1841-ben, ismét - 1908-ban. A mágneses pólusok elmozdulását 1885 óta regisztrálják. Az elmúlt 100 év során a déli féltekén lévő mágneses pólus közel 900 km-t mozdult el, és belépett a Déli-óceánba.
A legfrissebb adatok az Északi-sarkvidék állapotárólmágneses pólus (a kelet-szibériai világ mágneses anomáliája felé haladva a Jeges-tengeren keresztül) azt mutatta, hogy 1973 és 1984 között 120 km, 1984 és 1994 között több mint 150 km volt. Bár ezek az adatok becslések, az északi mágneses pólus mérései megerősítik őket.
1831 után, amikor először rögzítették a rúd helyzetét, 2019-re a pólus már több mint 2300 km-rel eltolódott Szibéria felé, és gyorsulással halad tovább.
Mozgásának sebessége 15 km-ről nőttévben 2000-ig 55 km / évig 2019-ben. Ez a gyors elsodródás szükségessé teszi a Föld mágneses terét használó navigációs rendszerek - például okostelefonok iránytűinek vagy hajók és repülőgépek navigációs rendszereinek - gyakoribb beállítását.
A föld mágneses mezőjének erőssége csökkenés egyenetlenül. Az elmúlt 22 évben átlagosan 1,7% -kal, egyes régiókban, például az Atlanti-óceán déli részén, 10% -kal csökkent. Néhány helyen a mágneses tér erőssége az általános trenddel ellentétben még nőtt is.
A pólusok mozgásának gyorsulása (átlagosan 3km / év) és mozgásuk a mágneses pólusok inverziójának folyosói mentén (ezek a folyosók több mint 400 paleoinverzió feltárását tették lehetővé) arra utal, hogy a pólusok ezen elmozdulásában nem kirándulást, hanem a Föld mágneses mezőjének másik inverzióját kell látni .
Hogyan keletkezett a föld mágneses tere?
A Scripps Oceanográfiai Intézet szakembereiés a Kaliforniai Egyetem felvetette, hogy a bolygó mágneses terét a palást képezte. Amerikai tudósok kidolgoztak egy hipotézist, amelyet 13 évvel ezelőtt javasolt egy francia kutatócsoport.
Köztudott, hogy idővelA szakemberek azzal érveltek, hogy a Föld külső magja generálja a mágneses terét. De a francia szakértők azt sugallták, hogy a bolygó köpenye mindig szilárd volt (születésétől kezdve).
Ez a következtetés elgondolkodtatta a tudósokataz a tény, hogy nem a mag alkothatta a mágneses teret, hanem az alsó palást folyékony része. A palást összetétele szilikát anyag, amelyet rossz vezetőnek tekintenek.
Но так как нижняя мантия должна была оставаться жидкой в течение миллиардов лет, движения жидкости внутри нее не производило электрического тока, а ведь для генерации магнитного поля он был просто необходим.
Ma a szakemberek úgy vélik, hogy a köpeny képeserősebb vezető legyen, mint azt korábban gondolták. A szakemberek ezen következtetése teljes mértékben igazolja a korai Föld állapotát. A szilikátdinamó csak akkor lehetséges, ha folyékony részének elektromos vezetőképessége jóval nagyobb, alacsony nyomású és hőmérsékletű volt.
Olvass tovább
Létrehozták az első pontos világtérképet. Mi a baj mindenki mással?
A NASA elmondta, hogyan szállítják a Mars mintáit a Földre
Egy orbitális repülőgép motorját Oroszországban tesztelték