La struttura e le caratteristiche del campo magnetico terrestre
Il campo magnetico della Terra, o campo geomagnetico, è magnetico
Il campo magnetico terrestre (campo geomagnetico) può essere suddiviso nelle seguenti parti principali:
- campo principale,
- campi di anomalie del mondo,
- campo magnetico esterno.
- Campo principale
Più del 90% di esso è costituito da un campo la cui sorgente si trova all'interno della Terra, nel nucleo esterno liquido: questa parte è chiamata campo principale, principale o normale.
È approssimato come una serie in armoniche -della serie gaussiana, e in prima approssimazione vicino alla superficie terrestre (fino a tre dei suoi raggi) è vicino al campo del dipolo magnetico, cioè sembra che il globo sia una striscia magnetica con un asse diretto approssimativamente da da nord a sud.
- Campi di anomalie del mondo
Linee reali del campo magnetico terrestre,sebbene mediamente siano vicini alle linee di campo del dipolo, differiscono da queste per irregolarità locali legate alla presenza di rocce magnetizzate nella crosta situata in prossimità della superficie.
Per questo motivo, in alcuni luoghi della terraIn superficie i parametri del campo differiscono notevolmente dai valori delle zone vicine, formando le cosiddette anomalie magnetiche, che possono sovrapporsi se i corpi magnetizzati che le provocano si trovano a profondità diverse.
- Campo magnetico esterno
È determinato da fonti sotto forma di correntesistemi situati oltre la superficie terrestre, nella sua atmosfera. Nella parte superiore dell'atmosfera (100 km e oltre) - la ionosfera - le sue molecole vengono ionizzate, formando un denso plasma freddo che sale più in alto, quindi la parte della magnetosfera terrestre sopra la ionosfera, estendendosi fino a una distanza di tre dei suoi raggi, si chiamaplasmasfera.
Il plasma è trattenuto dal campo magnetico terrestre, ma il suo stato è determinato dalla sua interazione con il vento solare, il flusso di plasma della corona solare.
Quindi, a una distanza maggiore dalla superficieIl campo magnetico terrestre è asimmetrico, poiché viene distorto sotto l'influenza del vento solare: dal lato del Sole viene compresso, e nella direzione del Sole acquisisce una “scia” che si estende per centinaia di migliaia di chilometri , andando oltre l'orbita della Luna.
Questa peculiare forma “a coda” si verifica quando il plasma del vento solare e i flussi corpuscolari solari scorrono attorno alla superficie terrestre.magnetosfera- una regione dello spazio vicino alla Terra, ancora controllata dal campo magnetico della Terra, e non dal Sole e da altre fonti interplanetarie.
È separata dallo spazio interplanetariomagnetopausa, dove la pressione dinamica del vento solare è bilanciata dalla pressione del proprio campo magnetico.
- Parametri di campo
Rappresentazione visiva della posizione delle lineeL'induzione magnetica del campo terrestre è fornita da un ago magnetico, fissato in modo tale da poter ruotare liberamente sia attorno all'asse verticale che attorno all'asse orizzontale (ad esempio, in un giunto cardanico) - in ogni punto vicino alla superficie terrestre esso si installa in un certo modo seguendo queste linee.
Poiché i poli magnetico e geografico non coincidono, l'ago magnetico indica la direzione da nord a sud solo approssimativamente.
Il piano verticale su cui è installato l'ago magnetico è chiamato il piano del meridiano magnetico di un dato luogo e la linea lungo la quale questo piano interseca la superficie della Terra è chiamatameridiano magnetico.
Pertanto, i meridiani magnetici sono proiezionilinee di forza del campo magnetico terrestre sulla sua superficie, convergenti ai poli magnetici nord e sud. Viene chiamato l'angolo tra le direzioni dei meridiani magnetici e geograficideclinazione magnetica.
Può essere occidentale (spesso indicatosegno "-") o est (segno "+"), a seconda che il polo nord dell'ago magnetico si discosti dal piano verticale del meridiano geografico verso ovest o verso est.
Inoltre, le linee del campo magnetico terrestre, in generale,non sono paralleli alla sua superficie. Ciò significa che l'induzione magnetica del campo terrestre non si trova sul piano dell'orizzonte di un dato luogo, ma forma un certo angolo con questo piano - si chiamainclinazione magnetica. È vicino allo zero solo in alcuni puntiequatore magnetico- un cerchio massimo in un piano perpendicolare all'asse magnetico.
Risultati della modellazione numerica del campo magnetico terrestre: a sinistra - normale, a destra - durante l'inversione
La natura del campo magnetico terrestre
Spiegare per la prima volta l'esistenza dei campi magneticiLa Terra e il Sole furono tentati da J. Larmore nel 1919, proponendo il concetto di dinamo, secondo il quale il mantenimento del campo magnetico di un corpo celeste avviene sotto l'influenza del movimento idrodinamico di un mezzo elettricamente conduttore.
Tuttavia, nel 1934, T. Cowling dimostrò un teorema sull'impossibilità di mantenere un campo magnetico assialsimmetrico attraverso un meccanismo dinamo idrodinamico.
E poiché la maggior parte dei corpi celesti studiati (esoprattutto la Terra) erano considerati assialsimmetrici, sulla base di ciò si poteva supporre che anche il loro campo fosse assialsimmetrico, e quindi la sua generazione secondo questo principio sarebbe impossibile secondo questi teoremi.
Anche Albert Einstein era scetticola fattibilità di una simile dinamo a condizione che non possano esistere soluzioni semplici (simmetriche). Solo molto più tardi è stato dimostrato che non tutte le equazioni con simmetria assiale che descrivono il processo di generazione del campo magnetico avranno una soluzione assialmente simmetrica, anche negli anni '50. sono state trovate soluzioni asimmetriche.
Da allora, la teoria della dinamo è stata sviluppata con successo eOggi, la spiegazione più probabile generalmente accettata per l'origine del campo magnetico della Terra e di altri pianeti è un meccanismo dinamo autoeccitante basato sulla generazione di una corrente elettrica in un conduttore mentre si muove in un campo magnetico generato e amplificato da queste stesse correnti.
Nel nucleo della Terra si creano le condizioni necessarie:nel nucleo esterno liquido, costituito principalmente da ferro ad una temperatura dell'ordine di 4-6mila Kelvin, che conduce perfettamente la corrente, si creano flussi convettivi che sottraggono calore al nucleo interno solido (generato dal decadimento di elementi radioattivi o il rilascio di calore latente quando la sostanza si solidifica al confine tra il nucleo interno ed esterno mentre il pianeta si raffredda gradualmente).
Le forze di Coriolis ruotano questi flussicaratteristiche spirali che formano i cosiddetti pilastri di Taylor. A causa dell'attrito degli strati, acquisiscono una carica elettrica, formando correnti di circuito. Si crea così un sistema di correnti che circolano lungo il circuito conduttore in conduttori che si muovono nel campo magnetico (inizialmente presente, anche se molto debole), come in un disco di Faraday.
Crea un campo magnetico che, quandola geometria favorevole del flusso aumenta il campo iniziale e questo, a sua volta, aumenta la corrente, e il processo di amplificazione continua finché le perdite dovute al calore Joule, crescendo con l'aumentare della corrente, bilanciano l'afflusso di energia che arriva a causa dei movimenti idrodinamici.
È stato suggerito che la dinamo potrebbeessere eccitato a causa della precessione o delle forze di marea, cioè che la fonte di energia è la rotazione della Terra, tuttavia l'ipotesi più diffusa e sviluppata è che si tratti proprio di convezione termochimica.
Cambiamenti nel campo magnetico terrestre
L’inversione del campo magnetico è un cambiamento nella direzione del campo magnetico terrestre nella storia geologica del pianeta (determinato con il metodo paleomagnetico).
Durante l'inversione, il polo magnetico nord e quello sudI poli magnetici cambiano di posto e l'ago della bussola inizia a puntare nella direzione opposta. L'inversione è un fenomeno relativamente raro che non si è mai verificato durante l'esistenza diHomo sapiens... Presumibilmente, l'ultima volta che è successo è stato circa 780 mila anni fa.
Le inversioni del campo magnetico si sono verificate a intervalli di tempo che vanno da decine di migliaia di anni a enormi periodi di campo magnetico calmo di decine di milioni di anni in cui non si sono verificate inversioni.
Quindi noperiodicità nel cambio dei poli e questo processo è considerato stocastico. Lunghi periodi di un campo magnetico silenzioso possono essere seguiti da periodi di inversioni multiple con durate diverse e viceversa. Gli studi dimostrano che un cambiamento nei poli magnetici può durare da diverse centinaia a diverse centinaia di migliaia di anni.
Specialisti della Johns Hopkins University (USA)Si presume che durante le inversioni la magnetosfera terrestre si sia indebolita così tanto che la radiazione cosmica potrebbe raggiungere la superficie terrestre, quindi questo fenomeno potrebbe danneggiare gli organismi viventi sul pianeta, e il prossimo cambio di poli potrebbe portare a conseguenze ancora più gravi per l'umanità in su a una catastrofe globale.
Il lavoro scientifico negli ultimi anni ha dimostrato (inclusiincludendo nell'esperimento) la possibilità di cambiamenti casuali nella direzione del campo magnetico ("salti") in una dinamo turbolenta stazionaria. Secondo il capo del laboratorio di geomagnetismo presso l'Istituto di fisica della Terra, Vladimir Pavlov, l'inversione è un processo piuttosto lungo per gli standard umani.
I geofisici dell'Università di Leeds Yon Mound e Phil Livermore ritengono che tra un paio di migliaia di anni ci sarà un'inversione del campo magnetico terrestre.
Spostamento dei poli magnetici terrestri
Per la prima volta le coordinate del polo magnetico del Nordgli emisferi furono definiti nel 1831, di nuovo nel 1904, poi nel 1948 e nel 1962, 1973, 1984, 1994; nell'emisfero australe - nel 1841, ancora - nel 1908. Lo spostamento dei poli magnetici è stato registrato dal 1885. Negli ultimi 100 anni, il polo magnetico nell'emisfero australe si è spostato di quasi 900 km ed è entrato nell'Oceano Australe.
Gli ultimi dati sullo stato dell'Articopolo magnetico (l'anomalia magnetica del mondo siberiano orientale attraverso l'Oceano Artico) ha mostrato che dal 1973 al 1984 il suo viaggio è stato di 120 km, dal 1984 al 1994 - più di 150 km. Sebbene questi dati siano stime, sono confermati dalle misurazioni del polo nord magnetico.
Dopo il 1831, quando fu registrata per la prima volta la posizione del polo, nel 2019 il polo si era già spostato di oltre 2.300 km verso la Siberia e continua a muoversi con accelerazione.
La velocità del suo movimento è aumentata da 15 km aanno nel 2000 fino a 55 km / anno nel 2019. Questa rapida deriva richiede aggiustamenti più frequenti ai sistemi di navigazione che utilizzano il campo magnetico terrestre, come le bussole negli smartphone o i sistemi di navigazione di riserva per navi e aerei.
La forza del campo magnetico terrestre sta diminuendoe in modo non uniforme. Negli ultimi 22 anni è diminuito in media dell'1,7% e in alcune regioni, come l'Oceano Atlantico meridionale, del 10%. In alcuni punti, la forza del campo magnetico, contrariamente alla tendenza generale, è addirittura aumentata.
Accelerazione del movimento dei poli (in media di 3km / anno) e il loro movimento lungo i corridoi di inversione dei poli magnetici (questi corridoi hanno permesso di rivelare più di 400 paleoinversioni) suggerisce che in questo spostamento dei poli non si dovrebbe vedere un'escursione, ma un'altra inversione del campo magnetico terrestre .
Come è nato il campo magnetico terrestre?
Specialisti dell'Istituto oceanografico Scrippse l'Università della California hanno suggerito che il campo magnetico del pianeta fosse formato dal mantello. Scienziati americani hanno sviluppato un'ipotesi proposta 13 anni fa da un gruppo di ricercatori francesi.
Lo si sa col tempoi professionisti sostenevano che fosse il nucleo esterno della Terra a generare il suo campo magnetico. Ma poi gli esperti francesi hanno suggerito che il mantello del pianeta fosse sempre solido (dal momento della sua nascita).
Questa conclusione ha fatto riflettere gli scienziatiil fatto che non era il nucleo che poteva formare il campo magnetico, ma la parte liquida del mantello inferiore. La composizione del mantello è un materiale silicato considerato un cattivo conduttore.
Ma poiché il mantello inferiore doveva rimanereliquido per miliardi di anni, il movimento del liquido al suo interno non produceva corrente elettrica, ma era semplicemente necessario generare un campo magnetico.
Oggi i professionisti credono che il mantello potrebbeessere un conduttore più potente di quanto si pensasse in precedenza. Questa conclusione di specialisti giustifica pienamente lo stato della Terra primordiale. Una dinamo ai silicati è possibile solo se la conduttività elettrica della sua parte liquida era molto più alta e aveva bassa pressione e temperatura.
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