מבנה ומאפייני השדה המגנטי של כדור הארץ
השדה המגנטי של כדור הארץ, או השדה הגיאומגנטי - מגנטי
ניתן לחלק את השדה המגנטי של כדור הארץ עצמו (שדה גאומגנטי) לחלקים העיקריים הבאים:
- שדה עיקרי,
- שדות חריגות עולם,
- שדה מגנטי חיצוני.
- תחום עיקרי
יותר מ-90% ממנו מורכב משדה שמקורו בתוך כדור הארץ, בליבה החיצונית הנוזלית - חלק זה נקרא השדה הראשי, הראשי או הרגיל.
זה מקורב לסדרה בהרמוניות -של הסדרה הגאוסית, ובקירוב הראשון ליד פני כדור הארץ (עד שלושה מרדיוסיה) הוא קרוב לשדה הדיפול המגנטי, כלומר נראה כאילו כדור הארץ הוא מגנט רצועה עם ציר המכוון בערך מ מצפון לדרום.
- שדות חריגות עולם
קווי שדה מגנטי אמיתיים של כדור הארץ,למרות שבממוצע הם קרובים לקווי השדה הדיפוליים, הם שונים מהם באי סדרים מקומיים הקשורים לנוכחות של סלעים ממוגנטים בקרום הממוקם קרוב לפני השטח.
בגלל זה, במקומות מסוימים על פני כדור הארץעל פני השטח, פרמטרי השדה שונים מאוד מהערכים באזורים הסמוכים, ויוצרים מה שנקרא חריגות מגנטיות. הם יכולים לחפוף זה את זה אם הגופים הממוגנטים הגורמים להם נמצאים בעומקים שונים.
- שדה מגנטי חיצוני
זה נקבע על ידי מקורות בצורה של זרםמערכות הממוקמות מעבר לפני כדור הארץ, באטמוספירה שלו. בחלק העליון של האטמוספירה (100 ק"מ ומעלה) - היונוספירה - המולקולות שלה מיוננות, ויוצרות פלזמה קרה צפופה העולה גבוה יותר, לכן החלק של המגנטוספרה של כדור הארץ שמעל היונוספירה, משתרע למרחק של עד שלושה של הרדיוסים שלו, נקראפלסמוספירה.
פלזמה מוחזקת על ידי השדה המגנטי של כדור הארץ, אך מצבה נקבע על ידי האינטראקציה שלה עם רוח השמש - זרימת הפלזמה של קורונה השמש.
כך, במרחק גדול יותר מפני השטחהשדה המגנטי של כדור הארץ הוא א-סימטרי, שכן הוא מעוות בהשפעת רוח השמש: מצד השמש הוא נדחס, ובכיוון מהשמש הוא מקבל "שביל" הנמשך לאורך מאות אלפי קילומטרים. , מעבר למסלול הירח.
צורה "זנב" מוזרה זו מתרחשת כאשר הפלזמה של רוח השמש וזרימות גופיות השמש זורמות סביב פני כדור הארץ.מגנטוספירה- אזור של חלל קרוב לכדור הארץ, שעדיין נשלט על ידי השדה המגנטי של כדור הארץ, ולא השמש ומקורות בין-פלנטריים אחרים.
היא מופרדת מהמרחב הבין-פלנטרימגנטופאוזה, שבו הלחץ הדינמי של רוח השמש מאוזן על ידי הלחץ של השדה המגנטי שלה.
- פרמטרים של שדה
ייצוג חזותי של מיקום הקוויםהאינדוקציה המגנטית של שדה כדור הארץ מסופקת על ידי מחט מגנטית, קבועה באופן שתוכל להסתובב באופן חופשי הן סביב האנך והן סביב הציר האופקי (למשל, בגימבל) - בכל נקודה ליד פני כדור הארץ. מותקן בצורה מסוימת לאורך קווים אלה.
מכיוון שהקוטב המגנטי והגיאוגרפי אינם חופפים, המחט המגנטית מציינת את הכיוון מצפון לדרום רק בקירוב.
המישור האנכי שבו מותקנת המחט המגנטית נקרא מישור המרידיאן המגנטי של מקום נתון, והקו שלאורכו מישור זה חוצה את פני כדור הארץ נקראמרידיאן מגנטי.
לפיכך, מרידיאנים מגנטיים הם הקרנותקווי הכוח של השדה המגנטי של כדור הארץ על פניו, מתכנסים בקוטב המגנטי הצפוני והדרומי. הזווית בין כיווני המרידיאנים המגנטיים והגיאוגרפיים נקראתנטייה מגנטית.
זה יכול להיות מערבי (מסומן לעתים קרובותסימן "-") או מזרח (סימן "+"), תלוי אם הקוטב הצפוני של המחט המגנטית סוטה מהמישור האנכי של המרידיאן הגיאוגרפי למערב או למזרח.
יתר על כן, קווי השדה המגנטי של כדור הארץ, באופן כללי,אינם מקבילים לפני השטח שלו. המשמעות היא שהאינדוקציה המגנטית של שדה כדור הארץ אינה נמצאת במישור האופק של מקום נתון, אלא יוצרת זווית מסוימת עם המישור הזה - זה נקראנטייה מגנטית. זה קרוב לאפס רק בנקודותקו משווה מגנטי — окружности большого круга в плоскости, которая перпендикулярна к магнитной оси.
Результаты численного моделирования магнитного поля Земли: слева — обычное, справа — во время инверсии
טבע השדה המגנטי של כדור הארץ
Впервые объяснить существование магнитных полей Земли и Солнца попытался Дж. Лармор в 1919 году, предложив концепцию динамо, согласно которой поддержание магнитного поля небесного тела происходит под действием гидродинамического движения электропроводящей среды.
Однако в 1934 году Т. Каулинг доказал теорему о невозможности поддержания осесимметричного магнитного поля посредством гидродинамического динамо-механизма.
А поскольку большинство изучаемых небесных тел (и тем более Земля) считались аксиально-симметричными, на основании этого можно было сделать предположение, что их поле тоже будет аксиально-симметричным, и тогда его генерация по такому принципу будет невозможна согласно этой теорем.
אפילו אלברט איינשטיין היה ספקן לגביההיתכנות של דינמו כזה בתנאי שפתרונות פשוטים (סימטריים) אינם יכולים להתקיים. רק מאוחר יותר הוכח שלא לכל המשוואות עם סימטריה צירית המתארות את תהליך ייצור השדה המגנטי יהיה פיתרון סימטרי צירית, אפילו בשנות החמישים. נמצאו פתרונות אסימטריים.
С тех пор теория динамо успешно развивается, и на сегодняшний день общепринятым наиболее вероятным объяснением происхождения магнитного поля Земли и других планет является самовозбуждающийся динамо-механизм, основанный на генерации электрического тока в проводнике при его движении в магнитном поле, порождаемом и усиливаемом самими этими токами.
Необходимые условия создаются в ядре Земли: в жидком внешнем ядре, состоящем в основном из железа при температуре порядка 4–6 тысяч кельвинов, которое отлично проводит ток, создаются конвективные потоки, отводящие от твердого внутреннего ядра тепло (генерируемое благодаря распаду радиоактивных элементов либо освобождению скрытой теплоты при затвердевании вещества на границе между внутренним и внешним ядром по мере постепенного остывания планеты).
Силы Кориолиса закручивают эти потоки в характерные спирали, образующие так называемые столбы Тейлора. Благодаря трению слоев они приобретают электрический заряд, формируя контурные токи. Таким образом, создается система токов, циркулирующих по проводящему контуру в движущихся в (изначально присутствующем, пусть и очень слабом) магнитном поле проводниках, как в диске Фарадея.
Она создает магнитное поле, которое при благоприятной геометрии течений усиливает начальное поле, а это, в свою очередь, усиливает ток, и процесс усиления продолжается до тех пор, пока растущие с увеличением тока потери на джоулево тепло не уравновесят притоки энергии, поступающей за счет гидродинамических движений.
הוצע כי הדינמו עשוילהיות נרגש בגלל כוחות גזירה או גאות, כלומר שמקור האנרגיה הוא סיבוב כדור הארץ, אולם ההשערה הנפוצה והמפותחת ביותר היא שזו בדיוק הסעה תרמו-כימית.
שינויים בשדה המגנטי של כדור הארץ
Инверсия магнитного поля — изменение направления магнитного поля Земли в геологической истории планеты (определяется палеомагнитным методом).
При инверсии северный магнитный полюс и южный магнитный полюс меняются местами, и стрелка компаса начинает показывать противоположное направление. Инверсия — относительно редкое явление, которое ни разу не происходило за время существования הומו סאפיינס... יש להניח שהפעם האחרונה שזה קרה הייתה לפני כ- 780 אלף שנה.
Инверсии магнитного поля происходили через интервалы времени от десятков тысяч лет до огромных промежутков спокойного магнитного поля в десятки миллионов лет, когда инверсии не происходили.
לפיכך, לאמחזוריות בשינוי הקטבים, ותהליך זה נחשב סטוכסטי. לתקופות ארוכות של שדה מגנטי שקט יכולות להיות אחריו תקופות של היפוכים מרובים עם משכי זמן שונים ולהיפך. מחקרים מראים כי שינוי בקטבים מגנטיים יכול להימשך בין כמה מאות למספר מאות אלפי שנים.
מומחים מאוניברסיטת ג'ונס הופקינס (ארה"ב)ההנחה היא כי במהלך המהפכים, המגנטוספירה של כדור הארץ נחלשה כל כך עד שהקרינה הקוסמית יכולה להגיע אל פני כדור הארץ, ולכן תופעה זו עלולה לפגוע באורגניזמים חיים על פני כדור הארץ, והשינוי הבא של הקטבים יכול להוביל לתוצאות חמורות עוד יותר על האנושות למעלה. לקטסטרופה עולמית.
עבודה מדעית בשנים האחרונות הראתה (כוללכולל בניסוי) אפשרות לשינויים אקראיים בכיוון השדה המגנטי ("קפיצות") בדינמו סוער נייח. לדברי ראש המעבדה לגיאומגנטיות במכון לפיזיקה של כדור הארץ, ולדימיר פבלוב, היפוך הוא תהליך ארוך למדי בסטנדרטים אנושיים.
גיאופיזיקאים מאוניברסיטת לידס יון תל ופיל ליברמור מאמינים כי בעוד כמה אלפי שנים תהיה היפוך מהשדה המגנטי של כדור הארץ.
תזוזה של הקטבים המגנטיים של כדור הארץ
Впервые координаты магнитного полюса в Северном полушарии были определены в 1831 году, повторно — в 1904 году, затем в 1948 году и 1962, 1973, 1984, 1994 годах; в Южном полушарии — в 1841 году, повторно — в 1908 году. Смещение магнитных полюсов регистрируется с 1885 года. За последние 100 лет магнитный полюс в Южном полушарии переместился почти на 900 км и вышел в Южный океан.
Новейшие данные по состоянию арктического магнитного полюса (движущегося по направлению к Восточно-Сибирской мировой магнитной аномалии через Северный Ледовитый океан) показали, что с 1973 по 1984 год его пробег составил 120 км, с 1984 по 1994 год — более 150 км. Хотя эти данные расчетные, они подтверждены замерами северного магнитного полюса.
После 1831 года, когда положение полюса было зафиксировано впервые, к 2019 году полюс сместился уже более чем на 2 300 км в сторону Сибири и продолжает двигаться с ускорением.
מהירות תנועתו עלתה מ -15 ק"מ לשנה בשנת 2000 עד 55 ק"מ לשנה בשנת 2019. הסחף המהיר הזה מחייב התאמות תכופות יותר למערכות ניווט המשתמשות בשדה המגנטי של כדור הארץ, כמו מצפנים בסמארטפונים או מערכות ניווט גיבוי לספינות וכלי טיס.
עוצמת השדה המגנטי של כדור הארץ צונחתובאופן לא אחיד. במהלך 22 השנים האחרונות, הוא ירד ב -1.7% בממוצע, ובאזורים מסוימים, כמו דרום האוקיאנוס האטלנטי, ב -10%. במקומות מסוימים, עוצמת השדה המגנטי, בניגוד למגמה הכללית, אף עלתה.
האצת תנועת הקטבים (בממוצע ב -3ק"מ לשנה) ותנועתם לאורך מסדרונות ההיפוך של הקטבים המגנטיים (המסדרונות הללו אפשרו לחשוף יותר מ -400 היפוכי פליאונים) מרמזים כי בתזוזה זו של הקטבים אין לראות טיול, אלא היפוך נוסף של השדה המגנטי של כדור הארץ .
כיצד נוצר השדה המגנטי של כדור הארץ?
מומחים ממכון Scripps Oceanographicואוניברסיטת קליפורניה הציעו כי השדה המגנטי של כדור הארץ נוצר על ידי המעטפת. מדענים אמריקאים פיתחו השערה שהציעה קבוצת חוקרים מצרפת לפני 13 שנה.
Известно, что в течение долгого времени профессионалы утверждали, что именно внешнее ядро Земли генерировало ее магнитное поле. Но потом специалисты из Франции предположили, что мантия планеты была всегда твердой (с момента своего рождения).
מסקנה זו גרמה למדענים לחשובהעובדה שלא הליבה יכולה ליצור את השדה המגנטי, אלא החלק הנוזלי של המעטפת התחתונה. הרכב המעטפת הוא חומר סיליקט הנחשב למוליך גרוע.
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.
כיום אנשי מקצוע מאמינים שהמעטפת יכולהלהיות מנצח חזק יותר ממה שחשבו בעבר. מסקנה זו של מומחים מצדיקה באופן מלא את מצבו של כדור הארץ הקדום. דינמו של סיליקט אפשרי רק אם המוליכות החשמלית של חלקו הנוזלי הייתה גבוהה בהרבה ולחץ וטמפרטורה נמוכים.
קרא עוד
המפה המדויקת הראשונה של העולם נוצרה. מה רע בכולם?
נאס"א סיפרה כיצד הם יעבירו דגימות של מאדים לכדור הארץ
מנוע למטוס מסלול נבדק ברוסיה