Štruktúra a vlastnosti magnetického poľa Zeme
Magnetické pole Zeme, alebo geomagnetické pole – magnetické
Vlastné magnetické pole Zeme (geomagnetické pole) možno rozdeliť do nasledujúcich hlavných častí:
- hlavné pole,
- oblasti anomálií sveta,
- vonkajšie magnetické pole.
- Hlavné pole
Viac ako 90 % z nej tvorí pole, ktorého zdroj je vo vnútri Zeme, v tekutom vonkajšom jadre – táto časť sa nazýva hlavné, hlavné alebo normálne pole.
Je aproximovaný ako rad harmonických -Gaussovej série a v prvej aproximácii blízko povrchu Zeme (až do troch jej polomerov) je blízko magnetického dipólového poľa, to znamená, že vyzerá, akoby bola zemeguľa pásový magnet s osou smerovanou približne od zo severu na juh.
- Oblasti svetových anomálií
Skutočné magnetické siločiary Zeme,hoci sú v priemere blízko k siločiaram dipólu, líšia sa od nich lokálnymi nepravidelnosťami spojenými s prítomnosťou magnetizovaných hornín v kôre umiestnenej blízko povrchu.
Z tohto dôvodu na niektorých miestach na ZemiNa povrchu sa parametre poľa výrazne líšia od hodnôt v blízkych oblastiach, tvoria takzvané magnetické anomálie, ktoré sa môžu navzájom prekrývať, ak zmagnetizované telesá, ktoré ich spôsobujú, ležia v rôznych hĺbkach.
- Vonkajšie magnetické pole
Je určená zdrojmi vo forme prúdusystémy nachádzajúce sa mimo zemského povrchu, v jej atmosfére. V hornej časti atmosféry (100 km a viac) – ionosfére – dochádza k ionizácii jej molekúl, pričom vzniká hustá studená plazma, ktorá stúpa vyššie, preto časť magnetosféry Zeme nad ionosférou siaha až do vzdialenosti troch jeho polomerov, je tzvplazmasféra.
Plazmu drží magnetické pole Zeme, ale jej stav určuje interakcia so slnečným vetrom - plazmový tok slnečnej koróny.
Teda vo väčšej vzdialenosti od povrchuMagnetické pole Zeme je asymetrické, pretože sa vplyvom slnečného vetra deformuje: zo strany Slnka je stlačené a v smere od Slnka získava „stopu“, ktorá sa tiahne na stovky tisíc kilometrov. , idúce za obežnú dráhu Mesiaca.
Tento zvláštny „chvostý“ tvar nastáva, keď plazma slnečného vetra a solárnych korpuskulárnych tokov obteká zemský povrch.magnetosféra- oblasť blízkozemského priestoru, stále ovládaná magnetickým poľom Zeme, a nie Slnkom a inými medziplanetárnymi zdrojmi.
Je oddelená od medziplanetárneho priestorumagnetopauza, kde je dynamický tlak slnečného vetra vyvážený tlakom vlastného magnetického poľa.
- Parametre poľa
Vizuálne znázornenie polohy čiarMagnetická indukcia poľa Zeme je zabezpečená magnetickou ihlou upevnenou tak, aby sa mohla voľne otáčať okolo vertikálnej aj okolo horizontálnej osi (napríklad v kardanovom kĺbe) - v každom bode blízko zemského povrchu týmto spôsobom je nainštalovaný určitým spôsobom.
Keďže magnetický a geografický pól sa nezhodujú, magnetická strelka udáva smer zo severu na juh len približne.
Vertikálna rovina, v ktorej je magnetická ihla inštalovaná, sa nazýva rovina magnetického poludníka daného miesta a čiara, pozdĺž ktorej táto rovina pretína povrch Zeme, sa nazývamagnetický poludník.
Magnetické meridiány sú teda projekciesiločiary magnetického poľa Zeme na jej povrchu, zbiehajúce sa na severnom a južnom magnetickom póle. Uhol medzi smermi magnetického a geografického poludníka sa nazývamagnetická deklinácia.
Môže to byť západný (často označovanýznačka "-") alebo na východ (značka "+") v závislosti od toho, či sa severný pól magnetickej ihly odchyľuje od vertikálnej roviny zemepisného poludníka na západ alebo na východ.
Ďalej, čiary magnetického poľa Zeme, všeobecne povedané,nie sú rovnobežné s jeho povrchom. To znamená, že magnetická indukcia zemského poľa neleží v rovine horizontu daného miesta, ale zviera s touto rovinou určitý uhol – tzv.magnetický sklon. K nule sa blíži len bodovomagnetický rovník- veľký kruh v rovine, ktorá je kolmá na magnetickú os.
Výsledky numerického modelovania magnetického poľa Zeme: vľavo - normálne, vpravo - počas inverzie
Povaha zemského magnetického poľa
Prvýkrát vysvetlite existenciu magnetických políO Zem a Slnko sa v roku 1919 pokúsil J. Larmore, ktorý navrhol koncept dynama, podľa ktorého k udržaniu magnetického poľa nebeského telesa dochádza vplyvom hydrodynamického pohybu elektricky vodivého prostredia.
V roku 1934 však T. Cowling dokázal vetu o nemožnosti udržať osovo symetrické magnetické pole prostredníctvom hydrodynamického dynamo mechanizmu.
A keďže väčšina nebeských telies študovala (anajmä Zem) boli považované za osovo symetrické, na základe toho bolo možné vysloviť predpoklad, že aj ich pole bude osovo symetrické a potom by jeho generovanie podľa tohto princípu podľa týchto teorém nebolo možné.
Aj Albert Einstein bol skeptickýuskutočniteľnosť takého dynama za predpokladu, že nemôžu existovať jednoduché (symetrické) riešenia. Až oveľa neskôr sa ukázalo, že nie všetky rovnice s axiálnou symetriou popisujúce proces generovania magnetického poľa budú mať axiálne symetrické riešenie, a to ani v 50. rokoch 20. storočia. našli sa asymetrické riešenia.
Odvtedy sa teória dynama úspešne rozvíja aDnes je všeobecne akceptovaným najpravdepodobnejším vysvetlením pôvodu magnetického poľa Zeme a iných planét samobudiaci mechanizmus dynama založený na generovaní elektrického prúdu vo vodiči, keď sa pohybuje v magnetickom poli generovanom a zosilňovanom samotné tieto prúdy.
V jadre Zeme sú vytvorené potrebné podmienky:v kvapalnom vonkajšom jadre, pozostávajúcom najmä zo železa s teplotou rádovo 4–6 tisíc kelvinov, ktoré dokonale vedie prúd, vznikajú konvekčné toky, ktoré odvádzajú teplo z pevného vnútorného jadra (vzniknuté rozpadom rádioaktívnych prvkov resp. uvoľnenie latentného tepla, keď látka tuhne na hranici medzi vnútorným a vonkajším jadrom pri postupnom ochladzovaní planéty).
Coriolisove sily roztáčajú tieto toky docharakteristické špirály tvoriace takzvané Taylorove piliere. V dôsledku trenia vrstiev získavajú elektrický náboj a vytvárajú slučkové prúdy. Vzniká tak sústava prúdov cirkulujúcich po vodivom obvode vo vodičoch pohybujúcich sa v (pôvodne prítomnom, aj keď veľmi slabom) magnetickom poli, ako vo Faradayovom disku.
Vytvára magnetické pole, ktoré keďpriaznivá geometria toku zvyšuje počiatočné pole a to zase zvyšuje prúd a proces zosilňovania pokračuje, kým straty spôsobené Jouleovým teplom, rastúce so zvyšujúcim sa prúdom, nevyrovnajú prílev energie prichádzajúcej v dôsledku hydrodynamických pohybov.
Bolo navrhnuté, že dynamo by mohlobyť nadšení kvôli precesii alebo slapovým silám, to znamená, že zdrojom energie je rotácia Zeme, najrozšírenejšou a najrozvinutejšou hypotézou však je, že ide práve o termochemickú konvekciu.
Zmeny magnetického poľa Zeme
Inverzia magnetického poľa je zmena smeru magnetického poľa Zeme v geologickej histórii planéty (určená paleomagnetickou metódou).
Počas reverzácie severný magnetický pól a juhMagnetické póly si vymenia miesta a strelka kompasu začne ukazovať opačným smerom. Inverzia je pomerne zriedkavý jav, ktorý sa počas existencie nikdy nevyskytolHomo sapiens... Pravdepodobne naposledy sa to stalo asi pred 780 tisíc rokmi.
Zvraty magnetického poľa sa vyskytovali v časových intervaloch od desiatok tisíc rokov až po obrovské obdobia pokojného magnetického poľa v trvaní desiatok miliónov rokov, keď k žiadnym zvratom nedošlo.
Teda nieperiodicita pri zmene pólov a tento proces sa považuje za stochastický. Za dlhými obdobiami tichého magnetického poľa môžu nasledovať obdobia viacerých zvratov s rôznymi trvaniami a naopak. Štúdie ukazujú, že zmena magnetických pólov môže trvať niekoľko sto až niekoľko stotisíc rokov.
Špecialisti z Johns Hopkins University (USA)Predpokladá sa, že počas zvratov zemská magnetosféra oslabila natoľko, že sa kozmické žiarenie mohlo dostať na povrch Zeme, takže tento jav by mohol poškodiť živé organizmy na planéte a ďalšia zmena pólov by mohla mať pre ľudstvo ešte vážnejšie následky ku globálnej katastrofe.
Vedecká práca za posledné roky ukázala (vrátanevrátane experimentu) možnosť náhodných zmien v smere magnetického poľa („skokov“) v stacionárnom turbulentnom dynamu. Podľa vedúceho laboratória geomagnetizmu na Ústave fyziky Zeme Vladimíra Pavlova je inverzia podľa ľudských štandardov dosť dlhý proces.
Geofyzici z University of Leeds Yon Mound a Phil Livermore veria, že za pár tisíc rokov dôjde k inverzii magnetického poľa Zeme.
Posun magnetických pólov Zeme
Prvýkrát súradnice magnetického pólu na severehemisféry boli definované v roku 1831, opäť v roku 1904, potom v rokoch 1948 a 1962, 1973, 1984, 1994; na južnej pologuli - v roku 1841, znova - v roku 1908. Posun magnetických pólov sa zaznamenáva od roku 1885. Za posledných 100 rokov sa magnetický pól na južnej pologuli posunul takmer o 900 km a vstúpil do južného oceánu.
Najnovšie údaje o stave Arktídymagnetický pól (pohybujúci sa smerom k východnej Sibírskej svetovej magnetickej anomálii cez Severný ľadový oceán) ukázal, že od roku 1973 do roku 1984 bola jeho vzdialenosť 120 km, od roku 1984 do roku 1994 - viac ako 150 km. Hoci sú tieto údaje odhady, potvrdzujú ich merania severného magnetického pólu.
Po roku 1831, kedy bola poloha pólu zaznamenaná prvýkrát, sa do roku 2019 pól už posunul o viac ako 2 300 km smerom na Sibír a naďalej sa pohybuje so zrýchlením.
Rýchlosť jeho pohybu sa zvýšila z 15 km narok v roku 2000 až 55 km / rok v roku 2019. Tento rýchly posun si vyžaduje častejšie úpravy navigačných systémov, ktoré využívajú magnetické pole Zeme, ako sú kompasy v smartfónoch alebo záložné navigačné systémy pre lode a lietadlá.
Sila magnetického poľa Zeme klesáa nerovnomerne. Za posledných 22 rokov sa znížil v priemere o 1,7% a v niektorých regiónoch, napríklad v južnom Atlantickom oceáne, o 10%. Na niektorých miestach sa sila magnetického poľa na rozdiel od všeobecného trendu ešte zvýšila.
Zrýchlenie pohybu pólov (v priemere o 3km / rok) a ich pohyb po chodbách inverzií magnetického pólu (tieto koridory umožnili odhaliť viac ako 400 paleoinverzií) naznačuje, že pri tomto posunutí pólov by človek nemal vidieť exkurziu, ale inú inverziu magnetického poľa Zeme .
Ako vzniklo magnetické pole Zeme?
Špecialisti z oceánografického ústavu Scrippsa Kalifornská univerzita naznačili, že magnetické pole planéty tvoril plášť. Americkí vedci vyvinuli hypotézu, ktorú pred 13 rokmi navrhla skupina vedcov z Francúzska.
Je známe, že časomodborníci tvrdili, že to bolo vonkajšie jadro Zeme, ktoré vytvorilo jej magnetické pole. Ale potom odborníci z Francúzska navrhli, že plášť planéty bol vždy pevný (od okamihu jej zrodu).
Tento záver prinútil vedcov zamyslieť saskutočnosť, že to nebolo jadro, ktoré by mohlo vytvárať magnetické pole, ale kvapalná časť spodného plášťa. Zloženie plášťa je silikátový materiál, ktorý sa považuje za zlý vodič.
Ale keďže spodný plášť musel zostaťkvapalina po miliardy rokov, pohyb kvapaliny v nej nevytváral elektrický prúd, ale bolo jednoducho potrebné vytvoriť magnetické pole.
Dnes odborníci veria, že plášť moholbyť silnejším vodičom, ako sa doteraz myslelo. Tento záver špecialistov plne odôvodňuje stav ranej Zeme. Silikátové dynamo je možné len vtedy, ak elektrická vodivosť jeho kvapalnej časti bola oveľa vyššia a mala nízky tlak a teplotu.
Čítaj viac
Bola vytvorená prvá presná mapa sveta. Čo je zlé na všetkých ostatných?
NASA povedala, ako budú dodávať vzorky Marsu na Zem
V Rusku bol testovaný motor pre orbitálne lietadlo