A estrutura e as características do campo magnético da Terra
O campo magnético da Terra, ou campo geomagnético - magnético
O próprio campo magnético da Terra (campo geomagnético) pode ser dividido nas seguintes partes principais:
- campo principal,
- campos de anomalias mundiais,
- campo magnético externo.
- Campo principal
Mais de 90% dele consiste em um campo cuja fonte está dentro da Terra, no núcleo externo líquido - essa parte é chamada de campo principal, principal ou normal.
É aproximado como uma série em harmônicos -da série gaussiana, e na primeira aproximação próximo à superfície da Terra (até três de seus raios) está próximo ao campo dipolo magnético, ou seja, parece que o globo é um ímã em faixa com um eixo dirigido aproximadamente de norte a sul.
- Campos de anomalias mundiais
Linhas reais do campo magnético da Terra,embora em média estejam próximos das linhas de campo dipolo, diferem delas nas irregularidades locais associadas à presença de rochas magnetizadas na crosta localizada próximo à superfície.
Por causa disso, em alguns lugares da terraNa superfície, os parâmetros de campo diferem muito dos valores em áreas próximas, formando as chamadas anomalias magnéticas.Eles podem se sobrepor se os corpos magnetizados que os causam estiverem em profundidades diferentes.
- Campo magnético externo
É determinado por fontes na forma de correntesistemas localizados além da superfície da Terra, em sua atmosfera. Na parte superior da atmosfera (100 km e acima) - a ionosfera - suas moléculas são ionizadas, formando um denso plasma frio que sobe mais alto, portanto a parte da magnetosfera terrestre acima da ionosfera, estendendo-se por uma distância de até três de seus raios, é chamadoplasmasfera.
O plasma é mantido pelo campo magnético da Terra, mas seu estado é determinado por sua interação com o vento solar - o fluxo de plasma da coroa solar.
Assim, a uma distância maior da superfícieO campo magnético da Terra é assimétrico, pois se distorce sob a influência do vento solar: do lado do Sol é comprimido, e na direção do Sol adquire uma “trilha” que se estende por centenas de milhares de quilômetros , indo além da órbita da Lua.
Esta forma peculiar de “cauda” ocorre quando o plasma do vento solar e os fluxos corpusculares solares fluem ao redor da superfície da Terra.magnetosfera- uma região do espaço próximo à Terra, ainda controlada pelo campo magnético da Terra, e não pelo Sol e outras fontes interplanetárias.
Ela está separada do espaço interplanetáriomagnetopausa, onde a pressão dinâmica do vento solar é equilibrada pela pressão de seu próprio campo magnético.
- Parâmetros de campo
Representação visual da posição das linhasA indução magnética do campo da Terra é fornecida por uma agulha magnética, fixada de tal forma que pode girar livremente em torno do eixo vertical e horizontal (por exemplo, em um gimbal) - em cada ponto próximo à superfície da Terra ele é instalado de uma certa maneira ao longo dessas linhas.
Como os pólos magnético e geográfico não coincidem, a agulha magnética indica a direção de norte a sul apenas aproximadamente.
O plano vertical no qual a agulha magnética está instalada é denominado plano do meridiano magnético de um determinado local, e a linha ao longo da qual esse plano cruza a superfície da Terra é denominadameridiano magnético.
Assim, os meridianos magnéticos são projeçõeslinhas de força do campo magnético da Terra em sua superfície, convergindo nos pólos magnéticos norte e sul. O ângulo entre as direções dos meridianos magnéticos e geográficos é chamadodeclinação magnética.
Pode ser ocidental (frequentemente denotadosinal "-") ou leste (sinal "+"), dependendo se o pólo norte da agulha magnética se desvia do plano vertical do meridiano geográfico para oeste ou leste.
Além disso, as linhas do campo magnético da Terra, em geral,não são paralelos à sua superfície. Isso significa que a indução magnética do campo terrestre não se encontra no plano do horizonte de um determinado local, mas forma um certo ângulo com este plano - é chamadoinclinação magnética. É próximo de zero apenas nos pontosequador magnético- um grande círculo em um plano perpendicular ao eixo magnético.
Resultados da modelagem numérica do campo magnético terrestre: à esquerda - normal, à direita - durante a inversão
A natureza do campo magnético da Terra
Explique a existência de campos magnéticos pela primeira vezA Terra e o Sol foram tentados por J. Larmore em 1919, propondo o conceito de dínamo, segundo o qual a manutenção do campo magnético de um corpo celeste ocorre sob a influência do movimento hidrodinâmico de um meio eletricamente condutor.
Porém, em 1934, T. Cowling provou um teorema sobre a impossibilidade de manter um campo magnético axissimétrico através de um mecanismo de dínamo hidrodinâmico.
E como a maioria dos corpos celestes estudados (eespecialmente a Terra) foram considerados axialmente simétricos, com base nisso foi possível supor que seu campo também seria axialmente simétrico, e então sua geração de acordo com este princípio seria impossível de acordo com esses teoremas.
Até Albert Einstein estava cético sobrea viabilidade de tal dínamo desde que não possam existir soluções simples (simétricas). Só muito mais tarde foi mostrado que nem todas as equações com simetria axial que descrevem o processo de geração do campo magnético terão uma solução axialmente simétrica, mesmo na década de 1950. soluções assimétricas foram encontradas.
Desde então, a teoria do dínamo foi desenvolvida com sucesso, eHoje, a explicação mais provável geralmente aceita para a origem do campo magnético da Terra e de outros planetas é um mecanismo de dínamo autoexcitante baseado na geração de uma corrente elétrica em um condutor à medida que ele se move em um campo magnético gerado e amplificado por essas próprias correntes.
As condições necessárias são criadas no núcleo da Terra:no núcleo externo líquido, constituído principalmente de ferro a uma temperatura da ordem de 4 a 6 mil Kelvins, que conduz perfeitamente a corrente, são criados fluxos convectivos que removem o calor do núcleo interno sólido (gerado devido à decomposição de elementos radioativos ou a liberação de calor latente quando a substância se solidifica na fronteira entre o núcleo interno e externo à medida que o planeta esfria gradualmente).
As forças de Coriolis giram esses fluxos emespirais características formando os chamados pilares de Taylor. Devido ao atrito das camadas, elas adquirem carga elétrica, formando correntes de loop. Assim, cria-se um sistema de correntes circulando ao longo do circuito condutor em condutores que se movem no campo magnético (inicialmente presente, embora muito fraco), como em um disco de Faraday.
Cria um campo magnético que, quandoa geometria de fluxo favorável aumenta o campo inicial, e este, por sua vez, aumenta a corrente, e o processo de amplificação continua até que as perdas devido ao calor Joule, crescendo com o aumento da corrente, equilibrem o influxo de energia que chega devido aos movimentos hidrodinâmicos.
Foi sugerido que o dínamo poderiaser excitado devido à precessão ou forças de maré, ou seja, que a fonte de energia seja a rotação da Terra, porém, a hipótese mais difundida e desenvolvida é que se trata justamente da convecção termoquímica.
Mudanças no campo magnético da Terra
A inversão do campo magnético é uma mudança na direção do campo magnético da Terra na história geológica do planeta (determinada pelo método paleomagnético).
Durante a reversão, o pólo magnético norte e o pólo sulOs pólos magnéticos mudam de lugar e a agulha da bússola começa a apontar na direção oposta. A inversão é um fenômeno relativamente raro que nunca ocorreu durante a existência deHomo sapiens... Presumivelmente, a última vez que isso aconteceu foi há cerca de 780 mil anos.
As inversões do campo magnético ocorreram em intervalos de tempo que variam de dezenas de milhares de anos a enormes períodos de campo magnético silencioso de dezenas de milhões de anos, quando nenhuma inversão ocorreu.
Portanto, nãoperiodicidade na mudança de pólos, processo considerado estocástico. Longos períodos de um campo magnético silencioso podem ser seguidos por períodos de múltiplas reversões com durações diferentes e vice-versa. Estudos mostram que uma mudança nos pólos magnéticos pode durar de várias centenas a várias centenas de milhares de anos.
Especialistas da Johns Hopkins University (EUA)Supõe-se que durante as reversões, a magnetosfera terrestre enfraqueceu tanto que a radiação cósmica poderia atingir a superfície terrestre, portanto, esse fenômeno poderia prejudicar os organismos vivos do planeta, e a próxima mudança de pólos poderia levar a consequências ainda mais graves para a humanidade até para uma catástrofe global.
O trabalho científico nos últimos anos tem mostrado (incluindoincluindo no experimento) a possibilidade de mudanças aleatórias na direção do campo magnético ("saltos") em um dínamo turbulento estacionário. Segundo o chefe do laboratório de geomagnetismo do Instituto de Física da Terra, Vladimir Pavlov, a inversão é um processo bastante longo para os padrões humanos.
Geofísicos da Universidade de Leeds Yon Mound e Phil Livermore acreditam que em alguns milhares de anos haverá uma inversão do campo magnético da Terra.
Deslocamento dos pólos magnéticos da Terra
Pela primeira vez, as coordenadas do pólo magnético no Norteos hemisférios foram definidos em 1831, novamente em 1904, depois em 1948 e 1962, 1973, 1984, 1994; no Hemisfério Sul - em 1841, novamente - em 1908. O deslocamento dos pólos magnéticos foi registrado desde 1885. Nos últimos 100 anos, o pólo magnético do Hemisfério Sul deslocou-se quase 900 km e entrou no Oceano Antártico.
Os dados mais recentes sobre o estado do Árticopólo magnético (movendo-se em direção à anomalia magnética mundial da Sibéria Oriental através do Oceano Ártico) mostrou que de 1973 a 1984 seu deslocamento foi de 120 km, de 1984 a 1994 - mais de 150 km. Embora estes dados sejam estimativas, eles são confirmados por medições do pólo magnético norte.
Depois de 1831, quando a posição do pólo foi registada pela primeira vez, em 2019 o pólo já se tinha deslocado mais de 2.300 km em direcção à Sibéria e continua a mover-se com aceleração.
A velocidade de seu movimento aumentou de 15 km paraano em 2000 até 55 km / ano em 2019. Essa deriva rápida requer ajustes mais frequentes nos sistemas de navegação que usam o campo magnético da Terra, como bússolas em smartphones ou sistemas de navegação de backup para navios e aeronaves.
A força do campo magnético da Terra está caindoe de forma desigual. Nos últimos 22 anos, diminuiu em média 1,7% e, em algumas regiões, como o Oceano Atlântico Sul, 10%. Em alguns lugares, a força do campo magnético, ao contrário da tendência geral, até aumentou.
Aceleração do movimento dos pólos (em média em 3km / ano) e seu movimento ao longo dos corredores de inversões de pólos magnéticos (esses corredores permitiram revelar mais de 400 paleoinversões) sugere que neste deslocamento dos pólos não se deve ver uma excursão, mas outra inversão do campo magnético terrestre .
Como surgiu o campo magnético da Terra?
Especialistas do Scripps Oceanographic Institutee a Universidade da Califórnia sugeriu que o campo magnético do planeta era formado pelo manto. Cientistas americanos desenvolveram uma hipótese proposta há 13 anos por um grupo de pesquisadores da França.
Sabe-se que com o passar do tempoprofissionais argumentaram que foi o núcleo externo da Terra que gerou seu campo magnético. Mas então especialistas da França sugeriram que o manto do planeta sempre foi sólido (desde o momento do seu nascimento).
Esta conclusão fez os cientistas pensarem sobreo fato de que não o núcleo poderia formar o campo magnético, mas a parte líquida do manto inferior. A composição do manto é um material de silicato considerado um mau condutor.
Mas como o manto inferior teve que permanecerlíquido durante bilhões de anos, o movimento do líquido em seu interior não produziu corrente elétrica, mas foi simplesmente necessário para gerar um campo magnético.
Hoje os profissionais acreditam que o manto poderiaser um maestro mais poderoso do que se pensava. Esta conclusão de especialistas justifica totalmente o estado da Terra primitiva. Um dínamo de silicato só é possível se a condutividade elétrica de sua parte líquida for muito maior e tiver baixa pressão e temperatura.
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