Strukturen og egenskapene til jordens magnetfelt
Jordens magnetfelt, eller geomagnetisk felt - magnetisk
Jordens eget magnetfelt (geomagnetisk felt) kan deles inn i følgende hoveddeler:
- hovedfelt,
- felt av verdens anomalier,
- eksternt magnetfelt.
- Hovedfelt
Mer enn 90% av det består av et felt hvis kilde er inne i jorden, i den flytende ytre kjernen - denne delen kalles hoved-, hoved- eller normalfeltet.
Det er tilnærmet som en serie i harmoniske -av Gauss-serien, og i den første tilnærmingen nær jordoverflaten (opptil tre av dens radier) er den nær det magnetiske dipolfeltet, det vil si at det ser ut som om kloden er en stripemagnet med en akse rettet omtrent fra nord til sør.
- Felt av verdens anomalier
Ekte magnetiske feltlinjer på jorden,selv om de i gjennomsnitt er nær dipolfeltlinjene, skiller de seg fra dem i lokale uregelmessigheter assosiert med tilstedeværelsen av magnetiserte bergarter i skorpen som ligger nær overflaten.
På grunn av dette, noen steder på jordenPå overflaten avviker feltparametrene sterkt fra verdiene i nærliggende områder, og danner såkalte magnetiske anomalier. De kan overlappe hverandre hvis de magnetiserte legemer som forårsaker dem ligger på forskjellige dyp.
- Eksternt magnetfelt
Det bestemmes av kilder i form av strømsystemer plassert utenfor jordens overflate, i atmosfæren. I den øvre delen av atmosfæren (100 km og over) - ionosfæren - ioniseres dens molekyler, og danner et tett kaldt plasma som stiger høyere, derfor delen av jordens magnetosfære over ionosfæren, som strekker seg til en avstand på opptil tre av dens radier, kallesplasmasfæren.
Plasma holdes av jordens magnetfelt, men tilstanden bestemmes av samspillet med solvinden - plasmastrømmen til solkoronaen.
Altså i større avstand fra overflatenJordens magnetfelt er asymmetrisk, da det forvrenges under påvirkning av solvinden: fra siden av solen komprimeres det, og i retning fra solen får det en "sti" som strekker seg over hundretusenvis av kilometer , går utover månens bane.
Denne særegne "haleformen" oppstår når plasmaet fra solvinden og solceller flyter rundt jordens overflate.magnetosfæren- et område i verdensrommet nær jorden, fortsatt kontrollert av jordas magnetfelt, og ikke solen og andre interplanetære kilder.
Hun er atskilt fra det interplanetære rommetmagnetopause, hvor det dynamiske trykket fra solvinden balanseres av trykket i sitt eget magnetfelt.
- Feltparametere
Visuell fremstilling av linjens posisjonDen magnetiske induksjonen av jordens felt er tilveiebragt av en magnetisk nål, festet på en slik måte at den fritt kan rotere både rundt den vertikale og rundt den horisontale aksen (for eksempel i en kardan) - på hvert punkt nær jordoverflaten installeres på en bestemt måte langs disse linjene.
Siden de magnetiske og geografiske polene ikke faller sammen, angir magnetnålen retningen fra nord til sør bare omtrentlig.
Det vertikale planet som magnetnålen er installert i kalles planet for den magnetiske meridianen til et gitt sted, og linjen langs hvilken dette planet skjærer jordoverflaten kallesmagnetisk meridian.
Dermed er magnetiske meridianer projeksjonerkraftlinjer av jordens magnetfelt på overflaten, konvergerer ved nord- og sørmagnetpolene. Vinkelen mellom retningene til de magnetiske og geografiske meridianene kallesmagnetisk deklinasjon.
Det kan være vestlig (ofte betegnetskilt "-") eller øst (skilt "+"), avhengig av om nordpolen til magnetnålen avviker fra det vertikale planet for den geografiske meridianen mot vest eller øst.
Videre, linjene i jordens magnetfelt, generelt sett,er ikke parallelle med overflaten. Dette betyr at den magnetiske induksjonen av jordas felt ikke ligger i horisontplanet til et gitt sted, men danner en viss vinkel med dette planet - det kallesmagnetisk tilbøyelighet. Den er nær null bare på punktermagnetisk ekvator- en stor sirkel i et plan som er vinkelrett på den magnetiske aksen.
Resultater av numerisk modellering av jordens magnetfelt: til venstre - normal, til høyre - under inversjon
Naturen til jordens magnetfelt
Forklar eksistensen av magnetiske felt for første gangJorden og solen ble forsøkt av J. Larmore i 1919, og foreslo konseptet med en dynamo, ifølge hvilken opprettholdelsen av magnetfeltet til et himmellegeme skjer under påvirkning av den hydrodynamiske bevegelsen til et elektrisk ledende medium.
I 1934 beviste imidlertid T. Cowling et teorem om umuligheten av å opprettholde et aksesymmetrisk magnetfelt gjennom en hydrodynamisk dynamomekanisme.
Og siden de fleste av himmellegemene studerte (ogspesielt Jorden) ble ansett som aksialt symmetrisk, på grunnlag av dette var det mulig å anta at deres felt også ville være aksialt symmetrisk, og da ville dets generering i henhold til dette prinsippet være umulig i henhold til disse teoremene.
Selv Albert Einstein var skeptisk tilgjennomførbarheten av en slik dynamo forutsatt at enkle (symmetriske) løsninger ikke kan eksistere. Først mye senere ble det vist at ikke alle ligninger med aksial symmetri som beskriver prosessen med magnetfeltgenerering, vil ha en aksialt symmetrisk løsning, selv på 1950-tallet. asymmetriske løsninger er funnet.
Siden den gang har dynamoteorien blitt utviklet med suksess, ogI dag er den allment aksepterte mest sannsynlige forklaringen på opprinnelsen til magnetfeltet til jorden og andre planeter en selvspennende dynamomekanisme basert på generering av en elektrisk strøm i en leder når den beveger seg i et magnetfelt generert og forsterket av disse strømningene selv.
De nødvendige forholdene skapes i jordens kjerne:i den flytende ytre kjernen, hovedsakelig bestående av jern ved en temperatur i størrelsesorden 4–6 tusen kelvin, som perfekt leder strøm, dannes det konveksjonsstrømmer som fjerner varme fra den faste indre kjernen (generert på grunn av nedbrytning av radioaktive elementer eller frigjøring av latent varme når stoffet størkner ved grensen mellom indre og ytre kjerne når planeten gradvis avkjøles).
Coriolis-krefter spinner disse strømmene innkarakteristiske spiraler som danner de såkalte Taylor-søylene. På grunn av friksjonen til lagene får de en elektrisk ladning, og danner sløyfestrømmer. Dermed skapes et strømsystem som sirkulerer langs den ledende kretsen i ledere som beveger seg i det (opprinnelig tilstedeværende, om enn svært svake) magnetiske feltet, som i en Faraday-disk.
Det skaper et magnetfelt som, nårgunstig strømningsgeometri forbedrer startfeltet, og dette øker igjen strømmen, og forsterkningsprosessen fortsetter til tapene på grunn av Joule-varme, som vokser med økende strøm, balanserer tilstrømningen av energi som kommer på grunn av hydrodynamiske bevegelser.
Det har blitt antydet at dynamoen kanskjevære begeistret på grunn av presesjon eller tidevannskrefter, det vil si at energikilden er jordens rotasjon, men den mest utbredte og utviklede hypotesen er at dette er nettopp termokjemisk konveksjon.
Endringer i jordens magnetfelt
Magnetisk feltinversjon er en endring i retningen til jordens magnetfelt i planetens geologiske historie (bestemt av den paleomagnetiske metoden).
Under reversering, nord magnetiske pol og sørDe magnetiske polene bytter plass, og kompassnålen begynner å peke i motsatt retning. Inversjon er et relativt sjeldent fenomen som aldri har forekommet under eksistensen avHomo sapiens... Antagelig var den siste gangen det skjedde for rundt 780 tusen år siden.
Magnetiske feltreverseringer skjedde med tidsintervaller fra titusenvis av år til enorme perioder med stille magnetfelt på titalls millioner år når ingen reverseringer skjedde.
Dermed neiperiodisitet i endring av poler, og denne prosessen regnes som stokastisk. Lange perioder med et stille magnetfelt kan følges av perioder med flere reverseringer med forskjellig varighet og omvendt. Studier viser at en endring i magnetiske poler kan vare fra flere hundre til flere hundre tusen år.
Spesialister fra Johns Hopkins University (USA)Det antas at under reverseringene svekket Jordens magnetosfære seg så mye at kosmisk stråling kunne nå jordoverflaten, derfor kan dette fenomenet skade levende organismer på planeten, og neste endring av polene kan føre til enda mer alvorlige konsekvenser for menneskeheten opp til en global katastrofe.
Vitenskapelig arbeid de siste årene har vist (inkludertinkludert i eksperimentet) muligheten for tilfeldige endringer i retning av magnetfeltet ("hopp") i en stasjonær turbulent dynamo. I følge lederen for laboratoriet for geomagnetisme ved Institutt for jordens fysikk, Vladimir Pavlov, er inversjon en ganske lang prosess etter menneskelig målestokk.
Geofysikere ved University of Leeds Yon Mound og Phil Livermore mener at det om et par tusen år vil være en inversjon av jordens magnetfelt.
Forskyvning av jordens magnetiske poler
For første gang koordinatene til den magnetiske polen i nordhalvkuler ble definert i 1831, igjen i 1904, deretter i 1948 og 1962, 1973, 1984, 1994; på den sørlige halvkule - i 1841, igjen - i 1908. Forskyvningen av magnetiske poler har blitt registrert siden 1885. I løpet av de siste 100 årene har den magnetiske polen på den sørlige halvkule flyttet seg nesten 900 km og kommet inn i Sørishavet.
De siste dataene om tilstanden i Arktismagnetisk pol (beveger seg mot den østsibirske verden magnetisk anomali gjennom Polhavet) viste at fra 1973 til 1984 var reiseveien 120 km, fra 1984 til 1994 - mer enn 150 km. Selv om disse dataene er estimater, bekreftes de av målinger av den magnetiske nordpolen.
Etter 1831, da posisjonen til stangen ble registrert for første gang, hadde stangen allerede i 2019 forskjøvet seg mer enn 2300 km mot Sibir og fortsetter å bevege seg med akselerasjon.
Hastigheten på bevegelsen økte fra 15 km tilår i 2000 opp til 55 km / år i 2019. Denne raske driften krever hyppigere justeringer av navigasjonssystemer som bruker jordens magnetfelt, for eksempel kompasser i smarttelefoner eller backupnavigasjonssystemer for skip og fly.
Styrken til jordens magnetfelt synkerog ujevnt. I løpet av de siste 22 årene har den redusert med et gjennomsnitt på 1,7%, og i noen regioner, som det sørlige Atlanterhavet, med 10%. Noen steder økte magnetfeltets styrke, i motsetning til den generelle trenden, til og med.
Akselerasjon av stolpenes bevegelse (i gjennomsnitt med 3km / år) og deres bevegelse langs korridorene til magnetiske polers inversjon (disse korridorene gjorde det mulig å avsløre mer enn 400 paleoinversjoner) antyder at man i denne forskyvningen av polene ikke skal se en ekskursjon, men en annen inversjon av jordens magnetfelt .
Hvordan ble jordens magnetfelt til?
Spesialister fra Scripps Oceanographic Instituteog University of California har antydet at planetens magnetfelt ble dannet av kappen. Amerikanske forskere har utviklet en hypotese foreslått for 13 år siden av en gruppe forskere fra Frankrike.
Det er kjent over tidfagfolk hevdet at det var jordens ytre kjerne som genererte magnetfeltet. Men så antydet eksperter fra Frankrike at planetens mantel alltid var solid (fra det ble født).
Denne konklusjonen fikk forskere til å tenke pådet faktum at det ikke var kjernen som kunne danne magnetfeltet, men den flytende delen av den nedre kappen. Mantelens sammensetning er et silikatmateriale som regnes som en dårlig leder.
Men siden den nedre mantelen måtte forblivæske i milliarder av år, ga bevegelsen av væsken inne i den ikke en elektrisk strøm, men det var rett og slett nødvendig å generere et magnetfelt.
I dag mener fagpersoner at kappen kunnevære en kraftigere leder enn tidligere antatt. Denne konklusjonen fra spesialister rettferdiggjør fullt ut tilstanden til den tidlige jorden. En silikatdynamo er bare mulig hvis den elektriske ledningsevnen til den flytende delen var mye høyere og hadde lavt trykk og temperatur.
Les mer
Det første nøyaktige kartet over verden ble opprettet. Hva er galt med alle andre?
NASA fortalte hvordan de vil levere prøver av Mars til jorden
En motor for et orbitalfly ble testet i Russland