Zemes magnētiskā lauka struktūra un raksturojums
Zemes magnētiskais lauks jeb ģeomagnētiskais lauks – magnētiskais
Zemes magnētisko lauku (ģeomagnētisko lauku) var sadalīt šādās galvenajās daļās:
- galvenais lauks,
- pasaules anomāliju lauki,
- ārējais magnētiskais lauks.
- Galvenais lauks
Vairāk nekā 90% no tā veido lauks, kura avots atrodas Zemes iekšienē, šķidrajā ārējā kodolā – šo daļu sauc par galveno, galveno vai parasto lauku.
Tas tiek tuvināts kā harmoniku sērija -no Gausa sērijas, un pirmajā tuvinājumā pie Zemes virsmas (līdz trim tās rādiusiem) tas ir tuvu magnētiskajam dipola laukam, tas ir, izskatās, ka globuss ir sloksnes magnēts, kura ass vērsta aptuveni no no ziemeļiem uz dienvidiem.
- Pasaules anomāliju lauki
Reālas Zemes magnētiskā lauka līnijas,lai gan vidēji tie atrodas tuvu dipola lauka līnijām, tie atšķiras no tiem ar lokāliem nelīdzenumiem, kas saistīti ar magnetizētu iežu klātbūtni garozā, kas atrodas tuvu virsmai.
Šī iemesla dēļ dažās vietās uz zemesUz virsmas lauka parametri ļoti atšķiras no vērtībām tuvējos apgabalos, veidojot tā sauktās magnētiskās anomālijas, kas var pārklāties viena ar otru, ja tos izraisošie magnetizētie ķermeņi atrodas dažādos dziļumos.
- Ārējais magnētiskais lauks
To nosaka avoti strāvas veidāsistēmas, kas atrodas ārpus zemes virsmas, tās atmosfērā. Atmosfēras augšējā daļā (100 km un augstāk) - jonosfērā - tās molekulas tiek jonizētas, veidojot blīvu aukstu plazmu, kas paceļas augstāk, tāpēc Zemes magnetosfēras daļa virs jonosfēras, sniedzas līdz trīs attālumam. no tā rādiusiem saucplazmasfēra.
Plazmu notur Zemes magnētiskais lauks, bet tā stāvokli nosaka mijiedarbība ar Saules vēju - Saules vainaga plazmas plūsmu.
Tādējādi lielākā attālumā no virsmasZemes magnētiskais lauks ir asimetrisks, jo saules vēja ietekmē tiek izkropļots: no Saules puses tas tiek saspiests, un virzienā no Saules iegūst “taku”, kas stiepjas simtiem tūkstošu kilometru garumā. , pārsniedzot Mēness orbītu.
Šī savdabīgā “astes” forma rodas, kad Saules vēja plazma un saules korpusa plūsmas plūst ap zemes virsmu.magnetosfēra- Zemei tuvās telpas reģions, ko joprojām kontrolē Zemes magnētiskais lauks, nevis Saule un citi starpplanētu avoti.
Viņa ir atdalīta no starpplanētu telpasmagnetopauze, kur Saules vēja dinamisko spiedienu līdzsvaro paša magnētiskā lauka spiediens.
- Lauka parametri
Līniju pozīcijas vizuāla attēlošanaZemes lauka magnētisko indukciju nodrošina magnētiskā adata, kas piestiprināta tā, lai tā varētu brīvi griezties gan ap vertikālo, gan ap horizontālo asi (piemēram, kardānlīnijā) - katrā Zemes virsmas tuvumā ir uzstādīts noteiktā veidā pa šīm līnijām.
Tā kā magnētiskais un ģeogrāfiskais polis nesakrīt, magnētiskā adata norāda virzienu no ziemeļiem uz dienvidiem tikai aptuveni.
Vertikālo plakni, kurā ir uzstādīta magnētiskā adata, sauc par noteiktas vietas magnētiskā meridiāna plakni, un līniju, pa kuru šī plakne krustojas ar Zemes virsmu, sauc parmagnētiskais meridiāns.
Tādējādi magnētiskie meridiāni ir projekcijasZemes magnētiskā lauka spēka līnijas uz tās virsmas, kas saplūst ziemeļu un dienvidu magnētiskajos polos. Leņķi starp magnētiskā un ģeogrāfiskā meridiāna virzieniem saucmagnētiskā deklinācija.
Tas var būt rietumu (bieži apzīmētszīme "-") vai austrumi (zīme "+") atkarībā no tā, vai magnētiskās adatas ziemeļu pols novirzās no ģeogrāfiskā meridiāna vertikālās plaknes uz rietumiem vai austrumiem.
Turklāt Zemes magnētiskā lauka līnijas, vispārīgi runājot,nav paralēli tās virsmai. Tas nozīmē, ka Zemes lauka magnētiskā indukcija neatrodas noteiktas vietas horizonta plaknē, bet veido noteiktu leņķi ar šo plakni - to saucmagnētiskais slīpums. Tikai punktos tas ir tuvu nulleimagnētiskais ekvators- liels aplis plaknē, kas ir perpendikulāra magnētiskajai asij.
Zemes magnētiskā lauka skaitliskās modelēšanas rezultāti: pa kreisi - normāli, pa labi - inversijas laikā
Zemes magnētiskā lauka daba
Pirmo reizi izskaidrojiet magnētisko lauku esamībuZemi un Sauli 1919. gadā mēģināja izveidot Dž.Larmors, piedāvājot dinamo koncepciju, saskaņā ar kuru debess ķermeņa magnētiskā lauka uzturēšana notiek elektriski vadošas vides hidrodinamiskās kustības ietekmē.
Tomēr 1934. gadā T. Koulings pierādīja teorēmu par asimetrisko magnētiskā lauka uzturēšanas neiespējamību, izmantojot hidrodinamisko dinamo mehānismu.
Un tā kā lielākā daļa debess ķermeņu pētīja (unīpaši Zeme) tika uzskatīti par aksiāli simetriskiem, pamatojoties uz to, varēja pieņemt, ka arī to lauks būs aksiāli simetrisks, un tad tā ģenerēšana pēc šī principa saskaņā ar šīm teorēmām būtu neiespējama.
Pat Alberts Einšteins bija skeptisksšādas dinamo iespējamība ar nosacījumu, ka nevar pastāvēt vienkārši (simetriski) risinājumi. Tikai daudz vēlāk tika parādīts, ka ne visiem vienādojumiem ar aksiālo simetriju, kas apraksta magnētiskā lauka radīšanas procesu, pat 50. gados nebūs aksiāli simetriska risinājuma. ir atrasti asimetriski risinājumi.
Kopš tā laika dinamo teorija ir veiksmīgi izstrādāta, unMūsdienās vispārpieņemtais visticamākais Zemes un citu planētu magnētiskā lauka rašanās skaidrojums ir pašizraujošs dinamo mehānisms, kura pamatā ir elektriskās strāvas ģenerēšana vadītājā, kad tas pārvietojas magnētiskajā laukā, ko rada un pastiprina pašas šīs straumes.
Zemes kodolā tiek radīti nepieciešamie apstākļi:šķidrajā ārējā kodolā, kas sastāv galvenokārt no dzelzs 4–6 tūkstošu kelvinu temperatūrā, kas lieliski vada strāvu, veidojas konvekcijas plūsmas, kas noņem siltumu no cietās iekšējās serdes (kas rodas radioaktīvo elementu sabrukšanas vai latenta siltuma izdalīšanās, vielai sacietējot pie robežas starp iekšējo un ārējo kodolu, planētai pakāpeniski atdziestot).
Koriolisa spēki iegriež šīs plūsmasraksturīgas spirāles, kas veido tā sauktos Teilora pīlārus. Slāņu berzes dēļ tie iegūst elektrisko lādiņu, veidojot cilpas strāvas. Tādējādi tiek izveidota strāvu sistēma, kas cirkulē pa vadošo ķēdi vadītājiem, kas pārvietojas (sākotnēji esošajā, kaut arī ļoti vājajā) magnētiskajā laukā, kā Faradeja diskā.
Tas rada magnētisko lauku, kas, kadlabvēlīga plūsmas ģeometrija uzlabo sākotnējo lauku, un tas, savukārt, pastiprina strāvu, un pastiprināšanas process turpinās, līdz džoula siltuma radītie zudumi, pieaugot strāvai, līdzsvaro enerģijas pieplūdumu, kas pienāk hidrodinamisko kustību dēļ.
Ir ierosināts, ka dinamo varētubūt satrauktam precedijas vai plūdmaiņas spēku dēļ, tas ir, ka enerģijas avots ir Zemes rotācija, tomēr visizplatītākā un attīstītākā hipotēze ir tāda, ka tā ir tieši termoķīmiskā konvekcija.
Zemes magnētiskā lauka izmaiņas
Magnētiskā lauka inversija ir Zemes magnētiskā lauka virziena maiņa planētas ģeoloģiskajā vēsturē (nosaka ar paleomagnētisko metodi).
Apvērsuma laikā ziemeļu magnētiskais pols un dienvidiMagnētiskie stabi mainās vietām, un kompasa adata sāk rādīt pretējā virzienā. Inversija ir salīdzinoši reta parādība, kas nekad nav notikusi pastāvēšanas laikāHomo sapiens... Jādomā, ka pēdējo reizi tas notika apmēram pirms 780 tūkstošiem gadu.
Magnētiskā lauka maiņa notika laika intervālos, sākot no desmitiem tūkstošu gadu līdz milzīgiem klusa magnētiskā lauka periodiem desmitiem miljonu gadu garumā, kad maiņa nenotika.
Tādējādi nēpolu maiņas periodiskums, un šis process tiek uzskatīts par stohastisku. Pēc ilgiem klusa magnētiskā lauka periodiem var sekot vairāku maiņu periodi ar dažādu ilgumu un otrādi. Pētījumi rāda, ka magnētisko stabu maiņa var ilgt no vairākiem simtiem līdz vairākiem simtiem tūkstošu gadu.
Džona Hopkinsa universitātes (ASV) speciālistiTiek pieņemts, ka apgriešanās laikā Zemes magnetosfēra vājinājās tik ļoti, ka kosmiskais starojums varētu sasniegt Zemes virsmu, tāpēc šī parādība var kaitēt uz planētas dzīvajiem organismiem, un nākamā polu maiņa var izraisīt vēl nopietnākas sekas cilvēcei uz augšu līdz globālai katastrofai.
Pēdējo gadu zinātniskais darbs ir parādījis (ieskaitotieskaitot eksperimentu) magnētiskā lauka virziena nejaušu izmaiņu iespēja ("lec") stacionārā turbulentā dinamo. Pēc Zemes Fizikas institūta ģeomagnetisma laboratorijas vadītāja Vladimira Pavlova teiktā, inversija pēc cilvēku standartiem ir diezgan ilgs process.
Līdsas Yon Mound universitātes ģeofiziķi un Fils Līvermors uzskata, ka pēc pāris tūkstošiem gadu notiks Zemes magnētiskā lauka inversija.
Zemes magnētisko stabu pārvietošana
Pirmo reizi magnētiskā pola koordinātas ziemeļospuslodes tika noteiktas 1831. gadā, atkal 1904. gadā, pēc tam 1948. un 1962., 1973., 1984., 1994. gadā; dienvidu puslodē - 1841. gadā, atkal - 1908. gadā. Magnētisko polu nobīde reģistrēta kopš 1885. gada. Pēdējo 100 gadu laikā magnētiskais pols dienvidu puslodē ir pārvietojies gandrīz 900 km un iekļuvis Dienvidu okeānā.
Jaunākie dati par Arktikas stāvoklimagnētiskais pols (virzoties uz Austrumsibīrijas pasaules magnētisko anomāliju caur Ziemeļu Ledus okeānu) parādīja, ka no 1973. līdz 1984. gadam tā gājiens bija 120 km, no 1984. līdz 1994. gadam - vairāk nekā 150 km. Lai gan šie dati ir aplēses, tos apstiprina ziemeļu magnētiskā pola mērījumi.
Pēc 1831. gada, kad staba novietojums tika fiksēts pirmo reizi, 2019. gadā stabs jau bija nobīdījies vairāk nekā 2300 km Sibīrijas virzienā un turpina kustēties ar paātrinājumu.
Tās kustības ātrums palielinājās no 15 km līdzgadā 2000. gadā līdz 55 km / gadā 2019. gadā. Šī straujā novirzīšanās dēļ biežāk jāpielāgo navigācijas sistēmas, kas izmanto Zemes magnētisko lauku, piemēram, kompasi viedtālruņos vai rezerves navigācijas sistēmas kuģiem un lidmašīnām.
Zemes magnētiskā lauka stiprums samazināsun nevienmērīgi. Pēdējo 22 gadu laikā tas ir samazinājies vidēji par 1,7%, bet dažos reģionos, piemēram, Atlantijas okeāna dienvidu daļā, par 10%. Dažās vietās magnētiskā lauka stiprums, pretēji vispārējai tendencei, pat palielinājās.
Polu kustības paātrinājums (vidēji par 3km / gadā) un to kustība pa magnētisko polu inversiju koridoriem (šie koridori ļāva atklāt vairāk nekā 400 paleoinversijas) liek domāt, ka šajā polu nobīdē vajadzētu redzēt nevis ekskursiju, bet citu Zemes magnētiskā lauka inversiju .
Kā radās zemes magnētiskais lauks?
Scripps okeanogrāfijas institūta speciālistiun Kalifornijas Universitāte ir ierosinājuši, ka planētas magnētisko lauku veidoja mantija. Amerikāņu zinātnieki ir izstrādājuši hipotēzi, ko pirms 13 gadiem ierosināja pētnieku grupa no Francijas.
Ir zināms, ka laika gaitāprofesionāļi apgalvoja, ka Zemes ārējais kodols radīja magnētisko lauku. Bet tad eksperti no Francijas ierosināja, ka planētas apvalks vienmēr bija ciets (no tās dzimšanas brīža).
Šis secinājums zinātniekiem lika aizdomātiesfakts, ka magnētisko lauku varēja veidot nevis serde, bet apakšējās apvalka šķidrā daļa. Apvalka sastāvs ir silikāta materiāls, kas tiek uzskatīts par sliktu vadītāju.
Bet tā kā apakšējai mantijai bija jāpaliekšķidrums miljardiem gadu, šķidruma kustība tā iekšpusē neradīja elektrisko strāvu, bet vienkārši bija nepieciešams radīt magnētisko lauku.
Šodien profesionāļi uzskata, ka mantija varētuesi jaudīgāks diriģents, nekā tika domāts iepriekš. Šis speciālistu secinājums pilnībā attaisno agrīnās Zemes stāvokli. Silikāta dinamo ir iespējams tikai tad, ja tā šķidrās daļas elektrovadītspēja bija daudz augstāka un tai bija zems spiediens un temperatūra.
Lasīt vairāk
Tika izveidota pirmā precīzā pasaules karte. Kas vainas visiem pārējiem?
NASA pastāstīja, kā viņi nogādās Marsa paraugus uz Zemes
Orbitālās lidmašīnas dzinējs tika pārbaudīts Krievijā