Structura și caracteristicile câmpului magnetic al Pământului
Câmpul magnetic al Pământului sau câmpul geomagnetic - magnetic
Câmpul magnetic propriu al Pământului (câmpul geomagnetic) poate fi împărțit în următoarele părți principale:
- domeniul principal,
- câmpurile anomaliilor lumii,
- câmp magnetic extern.
- Domeniul principal
Mai mult de 90% din el constă dintr-un câmp a cărui sursă se află în interiorul Pământului, în miezul exterior lichid - această parte se numește câmp principal, principal sau normal.
Este aproximat ca o serie în armonici -din seria Gaussian și, în prima aproximare în apropierea suprafeței Pământului (până la trei din razele sale), este aproape de câmpul dipol magnetic, adică se pare că globul este un magnet cu bandă cu o axă direcționată aproximativ din de la nord la sud.
- Câmpurile anomaliilor lumii
Liniile reale de câmp magnetic ale Pământului,deși în medie sunt aproape de liniile de câmp dipol, ele diferă de acestea prin neregularități locale asociate cu prezența rocilor magnetizate în crusta situată aproape de suprafață.
Din această cauză, în unele locuri de pe pământLa suprafață, parametrii câmpului diferă foarte mult de valorile din zonele apropiate, formând așa-numitele anomalii magnetice, care se pot suprapune dacă corpurile magnetizate care le provoacă se află la adâncimi diferite.
- Câmp magnetic extern
Este determinată de surse sub formă de curentsisteme situate dincolo de suprafața pământului, în atmosfera acestuia. În partea superioară a atmosferei (100 km și mai sus) - ionosferă - moleculele sale sunt ionizate, formând o plasmă densă rece care se ridică mai sus, deci partea magnetosferei Pământului deasupra ionosferei, extinzându-se pe o distanță de până la trei. a razelor sale, se numeșteplasmasfera.
Plasma este deținută de câmpul magnetic al Pământului, dar starea sa este determinată de interacțiunea sa cu vântul solar - fluxul de plasmă al coroanei solare.
Astfel, la o distanță mai mare de suprafațăCâmpul magnetic al Pământului este asimetric, deoarece este distorsionat sub influența vântului solar: din partea Soarelui este comprimat, iar în direcția Soarelui capătă o „dâră” care se întinde pe sute de mii de kilometri. , trecând dincolo de orbita Lunii.
Această formă particulară „coadă” apare atunci când plasma vântului solar și fluxurile corpusculare solare curg în jurul suprafeței pământului.magnetosferă- o regiune a spațiului apropiat de Pământ, încă controlată de câmpul magnetic al Pământului, și nu de Soare și alte surse interplanetare.
Ea este separată de spațiul interplanetarmagnetopauză, unde presiunea dinamică a vântului solar este echilibrată de presiunea propriului său câmp magnetic.
- Parametrii câmpului
Reprezentarea vizuală a poziției liniilorInducția magnetică a câmpului Pământului este asigurată de un ac magnetic, fixat în așa fel încât să se poată roti liber atât în jurul axei verticale, cât și în jurul axei orizontale (de exemplu, într-un cardan) - în fiecare punct de lângă suprafața Pământului este instalat într-un anumit mod de-a lungul acestor linii.
Deoarece polii magnetici și geografici nu coincid, acul magnetic indică direcția de la nord la sud doar aproximativ.
Planul vertical în care este instalat acul magnetic se numește planul meridianului magnetic al unui loc dat, iar linia de-a lungul căreia acest plan intersectează suprafața Pământului se numeștemeridian magnetic.
Astfel, meridianele magnetice sunt proiecțiilinii de forță ale câmpului magnetic al Pământului pe suprafața sa, convergând la polii magnetici nord și sud. Unghiul dintre direcțiile meridianelor magnetice și geografice se numeștedeclinare magnetică.
Poate fi occidental (adesea notatsemnul "-") sau est (semnul "+"), în funcție de dacă polul nord al acului magnetic se abate de la planul vertical al meridianului geografic spre vest sau est.
În plus, liniile câmpului magnetic al Pământului, vorbind în general,nu sunt paralele cu suprafața sa. Aceasta înseamnă că inducția magnetică a câmpului Pământului nu se află în planul orizontului unui loc dat, ci formează un anumit unghi cu acest plan - se numeșteînclinație magnetică. Este aproape de zero doar în puncteecuator magnetic- un cerc mare într-un plan care este perpendicular pe axa magnetică.
Rezultatele modelării numerice a câmpului magnetic al Pământului: la stânga - normal, la dreapta - în timpul inversării
Natura câmpului magnetic al pământului
Explicați pentru prima dată existența câmpurilor magneticePământul și Soarele au fost încercate de J. Larmore în 1919, propunând conceptul de dinam, conform căruia menținerea câmpului magnetic al unui corp ceresc are loc sub influența mișcării hidrodinamice a unui mediu conductor electric.
Totuși, în 1934, T. Cowling a demonstrat o teoremă despre imposibilitatea menținerii unui câmp magnetic axisimetric printr-un mecanism dinam hidrodinamic.
Și din moment ce majoritatea corpurilor cerești au studiat (șiîn special Pământul) au fost considerate simetrice axial, pe baza acesteia s-a putut face ipoteza că câmpul lor ar fi și simetric axial, iar atunci generarea lui după acest principiu ar fi imposibilă conform acestor teoreme.
Chiar și Albert Einstein era sceptic cu privire la acest lucrufezabilitatea unui astfel de dinam cu condiția să nu existe soluții simple (simetrice). Abia mult mai târziu s-a arătat că nu toate ecuațiile cu simetrie axială care descriu procesul de generare a câmpului magnetic vor avea o soluție simetrică axial, chiar și în anii 1950. s-au găsit soluții asimetrice.
De atunci, teoria dinamului a fost dezvoltată cu succes șiAstăzi, cea mai probabilă explicație general acceptată pentru originea câmpului magnetic al Pământului și al altor planete este un mecanism dinam autoexcitant bazat pe generarea unui curent electric într-un conductor în timp ce acesta se mișcă într-un câmp magnetic generat și amplificat de acești curenti înșiși.
Condițiile necesare sunt create în miezul Pământului:în miezul exterior lichid, constând în principal din fier la o temperatură de ordinul a 4–6 mii kelvin, care conduce perfect curentul, se creează fluxuri convective care elimină căldura din miezul interior solid (generată din cauza dezintegrarii elementelor radioactive sau eliberarea de căldură latentă atunci când substanța se solidifică la limita dintre miezul interior și cel exterior pe măsură ce planeta se răcește treptat).
Forțele Coriolis învârt aceste fluxuri înspirale caracteristice care formează așa-numiții stâlpi Taylor. Datorită frecării straturilor, acestea capătă o sarcină electrică, formând curenți de buclă. Astfel, se creează un sistem de curenți care circulă de-a lungul circuitului conductor în conductori care se mișcă în câmpul magnetic (inițial prezent, deși foarte slab), ca într-un disc Faraday.
Se creează un câmp magnetic care, cândgeometria de curgere favorabilă îmbunătățește câmpul inițial, iar acesta, la rândul său, îmbunătățește curentul, iar procesul de amplificare continuă până când pierderile datorate căldurii Joule, crescând odată cu creșterea curentului, echilibrează afluxul de energie sosit din cauza mișcărilor hidrodinamice.
S-a sugerat că dinamul ar puteafi excitat din cauza precesiunii sau a forțelor de maree, adică că sursa de energie este rotația Pământului, cu toate acestea, cea mai răspândită și dezvoltată ipoteză este că aceasta este tocmai convecția termochimică.
Modificări ale câmpului magnetic al Pământului
Inversarea câmpului magnetic este o schimbare a direcției câmpului magnetic al Pământului în istoria geologică a planetei (determinată prin metoda paleomagnetică).
În timpul inversării, polul magnetic nord și sudulPolii magnetici își schimbă locul, iar acul busolei începe să îndrepte în direcția opusă. Inversarea este un fenomen relativ rar care nu a avut loc niciodată în timpul existențeiHomo sapiens... Probabil, ultima dată când sa întâmplat a fost acum aproximativ 780 de mii de ani.
Inversările câmpului magnetic au avut loc la intervale de timp care variază de la zeci de mii de ani până la perioade uriașe de câmp magnetic liniștit de zeci de milioane de ani, când nu au avut loc inversări.
Astfel, nuperiodicitate în schimbarea polilor, iar acest proces este considerat stocastic. Perioadele lungi ale unui câmp magnetic liniștit pot fi urmate de perioade de inversări multiple cu durate diferite și invers. Studiile arată că o schimbare a polilor magnetici poate dura de la câteva sute la câteva sute de mii de ani.
Specialiști de la Universitatea Johns Hopkins (SUA)Se presupune că în timpul inversărilor, magnetosfera Pământului a slăbit atât de mult încât radiația cosmică ar putea ajunge la suprafața Pământului, prin urmare acest fenomen ar putea dăuna organismelor vii de pe planetă, iar următoarea schimbare a polilor ar putea duce la consecințe și mai grave pentru omenire la o catastrofă globală.
Lucrările științifice din ultimii ani au arătat (inclusivinclusiv în experiment) posibilitatea unor modificări aleatorii în direcția câmpului magnetic („salturi”) într-o dinamă turbulentă staționară. Potrivit șefului laboratorului de geomagnetism de la Institutul de Fizică al Pământului, Vladimir Pavlov, inversiunea este un proces destul de lung conform standardelor umane.
Geofizicienii de la Universitatea din Leeds Yon Mound și Phil Livermore cred că peste câteva mii de ani va avea loc o inversare a câmpului magnetic al Pământului.
Deplasarea polilor magnetici ai Pământului
Pentru prima dată, coordonatele polului magnetic din nordemisferele au fost definite în 1831, din nou în 1904, apoi în 1948 și 1962, 1973, 1984, 1994; în emisfera sudică - în 1841, din nou - în 1908. Deplasarea polilor magnetici este înregistrată din 1885. În ultimii 100 de ani, polul magnetic din emisfera sudică s-a deplasat cu aproape 900 km și a intrat în Oceanul Sudic.
Cele mai recente date despre starea Arcticiipolul magnetic (deplasarea către anomalia magnetică a lumii din Siberia de Est prin Oceanul Arctic) a arătat că din 1973 până în 1984 călătoria sa a fost de 120 km, din 1984 până în 1994 - mai mult de 150 km. Deși aceste date sunt estimări, ele sunt confirmate de măsurători ale polului nord magnetic.
După 1831, când poziția stâlpului a fost înregistrată pentru prima dată, până în 2019 stâlpul se deplasase deja cu peste 2.300 km spre Siberia și continuă să se miște cu accelerație.
Viteza mișcării sale a crescut de la 15 km laan în 2000 până la 55 km / an în 2019. Această deriva rapidă necesită ajustări mai frecvente la sistemele de navigație care utilizează câmpul magnetic al Pământului, cum ar fi busolele din smartphone-uri sau sistemele de navigație de rezervă pentru nave și aeronave.
Puterea câmpului magnetic al pământului scadeși inegal. În ultimii 22 de ani, a scăzut cu o medie de 1,7%, iar în unele regiuni, cum ar fi Oceanul Atlantic de Sud, cu 10%. În unele locuri, puterea câmpului magnetic, spre deosebire de tendința generală, a crescut chiar.
Accelerarea mișcării polilor (în medie cu 3km / an) și mișcarea lor de-a lungul coridoarelor inversării polilor magnetici (aceste coridoare au făcut posibilă dezvăluirea a mai mult de 400 de paleoinversii) sugerează că în această deplasare a polilor ar trebui să se vadă nu o excursie, ci o altă inversare a câmpului magnetic al Pământului .
Cum a apărut câmpul magnetic al Pământului?
Specialiști de la Institutul Oceanografic Scrippsși Universitatea din California au sugerat că câmpul magnetic al planetei a fost format de manta. Oamenii de știință americani au dezvoltat o ipoteză propusă acum 13 ani de un grup de cercetători din Franța.
Se știe că în timpprofesioniștii au susținut că nucleul exterior al Pământului a generat câmpul său magnetic. Dar apoi experții din Franța au sugerat că mantaua planetei a fost întotdeauna solidă (din momentul nașterii sale).
Această concluzie i-a făcut pe oamenii de știință să se gândeascăfaptul că nu nucleul ar putea forma câmpul magnetic, ci partea lichidă a mantalei inferioare. Compoziția mantalei este un material silicat care este considerat un conductor slab.
Dar din moment ce mantaua inferioară trebuia să rămânălichid de miliarde de ani, mișcarea lichidului în interiorul acestuia nu producea curent electric, ci pur și simplu era necesar să se genereze un câmp magnetic.
Astăzi profesioniștii cred că mantaua ar puteafii un dirijor mai puternic decât se credea anterior. Această concluzie a specialiștilor justifică pe deplin starea primului Pământ. O dinamă de silicat este posibilă numai dacă conductivitatea electrică a părții sale lichide a fost mult mai mare și a avut presiune și temperatură scăzute.
Citeste mai mult
A fost creată prima hartă exactă a lumii. Ce este în neregulă cu toți ceilalți?
NASA a spus cum vor livra mostre de Marte pe Pământ
Un motor pentru un avion orbital a fost testat în Rusia