De structuur en kenmerken van het magnetisch veld van de aarde
Het magnetische veld van de aarde, of geomagnetisch veld, is magnetisch
Het eigen magnetische veld van de aarde (aardmagnetisch veld) kan worden onderverdeeld in de volgende hoofdonderdelen:
- hoofd veld,
- velden met anomalieën in de wereld,
- extern magnetisch veld.
- Hoofd veld
Meer dan 90% ervan bestaat uit een veld waarvan de bron zich in de aarde bevindt, in de vloeibare buitenkern - dit deel wordt het hoofd-, hoofd- of normale veld genoemd.
Het wordt benaderd als een reeks in harmonischen -van de Gauss-reeks, en in de eerste benadering nabij het aardoppervlak (tot drie van de stralen) is het dicht bij het magnetische dipoolveld, dat wil zeggen dat het lijkt alsof de bol een stripmagneet is met een as die ongeveer is gericht vanaf noord naar zuid.
- Velden met anomalieën in de wereld
Echte magnetische veldlijnen van de aarde,Hoewel ze zich gemiddeld dicht bij de dipoolveldlijnen bevinden, verschillen ze daarvan door lokale onregelmatigheden die verband houden met de aanwezigheid van gemagnetiseerde rotsen in de korst die zich dicht bij het oppervlak bevinden.
Hierdoor op sommige plekken op aardeAan de oppervlakte verschillen de veldparameters sterk van de waarden in nabijgelegen gebieden, waardoor zogenaamde magnetische afwijkingen ontstaan. Ze kunnen elkaar overlappen als de gemagnetiseerde lichamen die ze veroorzaken, op verschillende diepten liggen.
- Extern magnetisch veld
Het wordt bepaald door bronnen in de vorm van stroomsystemen die zich buiten het aardoppervlak, in de atmosfeer, bevinden. In het bovenste deel van de atmosfeer (100 km en hoger) – de ionosfeer – worden de moleculen geïoniseerd, waardoor een dicht koud plasma ontstaat dat hoger stijgt, dus het deel van de magnetosfeer van de aarde boven de ionosfeer, dat zich uitstrekt tot een afstand van maximaal drie meter. van zijn stralen, wordt genoemdplasmasfeer.
Plasma wordt vastgehouden door het magnetische veld van de aarde, maar de toestand ervan wordt bepaald door de interactie met de zonnewind - de plasmastroom van de zonnecorona.
Dus op grotere afstand van het oppervlakHet magnetische veld van de aarde is asymmetrisch, omdat het wordt vervormd onder invloed van de zonnewind: vanaf de zijkant van de zon wordt het samengedrukt en in de richting van de zon krijgt het een ‘spoor’ dat zich over honderdduizenden kilometers uitstrekt , voorbij de baan van de maan.
Deze eigenaardige ‘staartvorm’ ontstaat wanneer het plasma van de zonnewind en de corpusculaire zonnestromen rond het aardoppervlak stromen.magnetosfeer- een gebied in de buurt van de aarde, dat nog steeds wordt beheerst door het magnetische veld van de aarde, en niet door de zon en andere interplanetaire bronnen.
Ze is gescheiden van de interplanetaire ruimtemagnetopauze, waar de dynamische druk van de zonnewind wordt gecompenseerd door de druk van zijn eigen magnetische veld.
- Veldparameters
Visuele weergave van de positie van de lijnenDe magnetische inductie van het aardveld wordt geleverd door een magnetische naald, die zo is bevestigd dat deze vrij kan roteren zowel rond de verticale als rond de horizontale as (bijvoorbeeld in een cardanische ophanging) - op elk punt in de buurt van het aardoppervlak. wordt langs deze lijnen op een bepaalde manier geïnstalleerd.
Omdat de magnetische en geografische polen niet samenvallen, geeft de magnetische naald slechts bij benadering de richting van noord naar zuid aan.
Het verticale vlak waarin de magnetische naald is geïnstalleerd, wordt het vlak van de magnetische meridiaan van een bepaalde plaats genoemd, en de lijn waarlangs dit vlak het aardoppervlak snijdt, wordt genoemdmagnetische meridiaan.
Magnetische meridianen zijn dus projectieskrachtlijnen van het magnetische veld van de aarde op het oppervlak, die samenkomen bij de magnetische noord- en zuidpolen. De hoek tussen de richtingen van de magnetische en geografische meridianen wordt genoemdmagnetische declinatie.
Het kan westers zijn (vaak aangeduid alsteken "-") of oost (teken "+"), afhankelijk van of de noordpool van de magnetische naald naar het westen of oosten afwijkt van het verticale vlak van de geografische meridiaan.
Verder zijn de lijnen van het magnetische veld van de aarde, in het algemeen gesproken,zijn niet evenwijdig aan het oppervlak. Dit betekent dat de magnetische inductie van het aardveld niet in het horizonvlak van een bepaalde plaats ligt, maar een bepaalde hoek vormt met dit vlak - dit heetmagnetische helling. Alleen op punten is het bijna nulmagnetische evenaar- een grootcirkel in een vlak dat loodrecht staat op de magnetische as.
Resultaten van numerieke modellering van het magnetische veld van de aarde: links - normaal, rechts - tijdens inversie
De aard van het magnetische veld van de aarde
Leg voor het eerst het bestaan van magnetische velden uitDe aarde en de zon werden in 1919 door J. Larmore geprobeerd, waarbij hij het concept van een dynamo voorstelde, volgens welke het behoud van het magnetische veld van een hemellichaam plaatsvindt onder invloed van de hydrodynamische beweging van een elektrisch geleidend medium.
In 1934 bewees T. Cowling echter een stelling over de onmogelijkheid om een asymmetrisch magnetisch veld in stand te houden via een hydrodynamisch dynamomechanisme.
En aangezien de meeste hemellichamen bestudeerd zijn (envooral de aarde) als axiaal symmetrisch werden beschouwd, op basis hiervan was het mogelijk om de veronderstelling te maken dat hun veld ook axiaal symmetrisch zou zijn, en dan zou het genereren ervan volgens dit principe volgens deze stellingen onmogelijk zijn.
Zelfs Albert Einstein was sceptisch overde haalbaarheid van een dergelijke dynamo mits eenvoudige (symmetrische) oplossingen niet bestaan. Pas veel later werd aangetoond dat niet alle vergelijkingen met axiale symmetrie die het proces van opwekking van magnetische velden beschrijven een axiaal symmetrische oplossing zullen hebben, zelfs niet in de jaren vijftig. er zijn asymmetrische oplossingen gevonden.
Sindsdien is de dynamotheorie met succes ontwikkeldTegenwoordig is de algemeen aanvaarde meest waarschijnlijke verklaring voor de oorsprong van het magnetische veld van de aarde en andere planeten een zelfopwekkend dynamomechanisme dat gebaseerd is op het opwekken van een elektrische stroom in een geleider terwijl deze beweegt in een magnetisch veld dat wordt gegenereerd en versterkt door deze stromingen zelf.
De noodzakelijke omstandigheden worden gecreëerd in de kern van de aarde:in de vloeibare buitenkern, die voornamelijk bestaat uit ijzer met een temperatuur in de orde van 4-6 duizend Kelvin, die de stroom perfect geleidt, worden convectieve stromen gecreëerd die warmte verwijderen uit de vaste binnenkern (gegenereerd als gevolg van het verval van radioactieve elementen of het vrijkomen van latente warmte wanneer de substantie stolt op de grens tussen de binnen- en buitenkern terwijl de planeet geleidelijk afkoelt).
Corioliskrachten draaien deze stromen inkarakteristieke spiralen die de zogenaamde Taylor-pilaren vormen. Door de wrijving van de lagen krijgen ze een elektrische lading, waardoor lusstromen ontstaan. Zo ontstaat er een systeem van stromen die circuleren langs een geleidend circuit in geleiders die bewegen in het (aanvankelijk aanwezige, zij het zeer zwakke) magnetische veld, zoals in een schijf van Faraday.
Het creëert een magnetisch veld dat, wanneereen gunstige stromingsgeometrie verbetert het initiële veld, en dit verbetert op zijn beurt de stroom, en het versterkingsproces gaat door totdat de verliezen als gevolg van Joule-warmte, die toeneemt met toenemende stroom, de instroom van energie die arriveert als gevolg van hydrodynamische bewegingen in evenwicht brengen.
Er is gesuggereerd dat de dynamo zou kunnenopgewonden zijn door precessie- of getijdekrachten, dat wil zeggen dat de energiebron de rotatie van de aarde is, maar de meest wijdverspreide en ontwikkelde hypothese is dat dit precies thermochemische convectie is.
Veranderingen in het magnetisch veld van de aarde
Magnetische veldinversie is een verandering in de richting van het magnetische veld van de aarde in de geologische geschiedenis van de planeet (bepaald door de paleomagnetische methode).
Tijdens de omkering, de magnetische noordpool en de zuidpoolDe magnetische polen veranderen van plaats en de kompasnaald begint in de tegenovergestelde richting te wijzen. Inversie is een relatief zeldzaam fenomeen dat nog nooit heeft plaatsgevonden tijdens het bestaan vanHomo sapiens... Vermoedelijk was de laatste keer dat het gebeurde ongeveer 780 duizend jaar geleden.
Omkeringen van het magnetische veld vonden plaats met tijdsintervallen variërend van tienduizenden jaren tot enorme perioden van stille magnetische velden van tientallen miljoenen jaren waarin geen omkeringen plaatsvonden.
Dus neeperiodiciteit in de verandering van polen, en dit proces wordt als stochastisch beschouwd. Lange periodes van een rustig magnetisch veld kunnen worden gevolgd door periodes van meerdere omkeringen met verschillende duur en vice versa. Studies tonen aan dat een verandering in magnetische polen honderden tot honderdduizenden jaren kan duren.
Specialisten van de Johns Hopkins University (VS)Aangenomen wordt dat tijdens de omkeringen de magnetosfeer van de aarde zo verzwakt is dat kosmische straling het aardoppervlak kan bereiken, dus dit fenomeen zou levende organismen op de planeet kunnen schaden, en de volgende verandering van polen zou tot nog ernstiger gevolgen voor de mensheid kunnen leiden. tot een wereldwijde catastrofe.
Wetenschappelijk werk van de afgelopen jaren heeft aangetoond (inclusiefinclusief in het experiment) de mogelijkheid van willekeurige veranderingen in de richting van het magnetische veld ("sprongen") in een stationaire turbulente dynamo. Volgens het hoofd van het laboratorium voor aardmagnetisme aan het Instituut voor Fysica van de Aarde, Vladimir Pavlov, is inversie naar menselijke maatstaven een vrij lang proces.
Geofysici van de Universiteit van Leeds Yon Mound en Phil Livermore geloven dat er over een paar duizend jaar een inversie zal zijn van het magnetische veld van de aarde.
Verplaatsing van de magnetische polen van de aarde
Voor het eerst de coördinaten van de magnetische pool in het noordenhemisferen werden gedefinieerd in 1831, opnieuw in 1904, vervolgens in 1948 en 1962, 1973, 1984, 1994; op het zuidelijk halfrond – opnieuw in 1841 – in 1908. De verplaatsing van magnetische polen wordt sinds 1885 geregistreerd. De afgelopen 100 jaar is de magnetische pool op het zuidelijk halfrond bijna 900 km verplaatst en de Zuidelijke Oceaan binnengedrongen.
De nieuwste gegevens over de toestand van het NoordpoolgebiedDe magnetische pool (die zich naar de magnetische anomalie van de Oost-Siberische wereld door de Noordelijke IJszee beweegt) toonde aan dat de reis van 1973 tot 1984 120 km bedroeg, en van 1984 tot 1994 meer dan 150 km. Hoewel deze gegevens schattingen zijn, worden ze bevestigd door metingen aan de magnetische noordpool.
Na 1831, toen de positie van de pool voor het eerst werd geregistreerd, was de pool in 2019 al meer dan 2.300 km richting Siberië verschoven en blijft zich met versnelling bewegen.
De snelheid van zijn beweging nam toe van 15 km naarjaar in 2000 tot 55 km / jaar in 2019. Deze snelle drift vereist vaker aanpassingen aan navigatiesystemen die gebruikmaken van het aardmagnetische veld, zoals kompassen in smartphones of back-upnavigatiesystemen voor schepen en vliegtuigen.
De sterkte van het magnetische veld van de aarde neemt afen ongelijk. In de afgelopen 22 jaar is het met gemiddeld 1,7% afgenomen en in sommige regio's, zoals de Zuid-Atlantische Oceaan, met 10%. Op sommige plaatsen nam de sterkte van het magnetische veld, in tegenstelling tot de algemene trend, zelfs toe.
Versnelling van de beweging van de palen (gemiddeld met 3km / jaar) en hun beweging langs de gangen van magnetische poolinversies (deze gangen maakten het mogelijk om meer dan 400 paleo-inversies te onthullen) suggereert dat men bij deze verplaatsing van de polen geen uitwijking zou moeten zien, maar een andere inversie van het magnetisch veld van de aarde .
Hoe is het magnetische veld van de aarde ontstaan?
Specialisten van het Scripps Oceanographic Instituteen de Universiteit van Californië hebben gesuggereerd dat het magnetische veld van de planeet werd gevormd door de mantel. Amerikaanse wetenschappers hebben een hypothese ontwikkeld die dertien jaar geleden werd voorgesteld door een groep onderzoekers uit Frankrijk.
Het is bekend dat dit in de loop van de tijd is gebeurdprofessionals voerden aan dat het de buitenste kern van de aarde was die zijn magnetische veld genereerde. Maar toen suggereerden experts uit Frankrijk dat de mantel van de planeet altijd solide was (vanaf het moment van zijn geboorte).
Deze conclusie zette wetenschappers aan het denkenhet feit dat niet de kern het magnetische veld kon vormen, maar het vloeibare deel van de ondermantel. De samenstelling van de mantel is een silicaatmateriaal dat als een slechte geleider wordt beschouwd.
Maar omdat de lagere mantel moest blijvenmiljarden jaren lang vloeibaar was, produceerde de beweging van de vloeistof erin geen elektrische stroom, maar was het eenvoudigweg nodig om een magnetisch veld op te wekken.
Tegenwoordig geloven professionals dat de mantel dat zou kunnenwees een sterkere dirigent dan eerder werd gedacht. Deze conclusie van specialisten rechtvaardigt volledig de toestand van de vroege aarde. Een silicaatdynamo is alleen mogelijk als de elektrische geleidbaarheid van het vloeibare deel veel hoger was en een lage druk en temperatuur had.
Lees verder
De eerste nauwkeurige kaart van de wereld is gemaakt. Wat is er mis met de rest?
NASA vertelde hoe ze monsters van Mars naar de aarde zullen brengen
In Rusland werd een motor voor een orbitaal vliegtuig getest