Väčšina planét v slnečnej sústave má v tej či onej miere magnetické polia.
Špeciálny odbor geofyziky, ktorý študuje pôvod a povahu magnetického poľa Zeme, sa nazýva geomagnetizmus. Geomagnetizmus zvažuje problémy vzniku a vývoja hlavnej, konštantnej zložky geomagnetického poľa, charakter premenlivej zložky (asi 1% hlavného poľa), ako aj štruktúru magnetosféry - najvrchnejšie zmagnetizované vrstvy plazmy. zemskej atmosféry, ktorá interaguje so slnečným vetrom a chráni Zem pred prenikajúcim kozmickým žiarením. Dôležitou úlohou je študovať vzorce zmien geomagnetického poľa, pretože sú spôsobené vonkajšími vplyvmi spojenými predovšetkým so slnečnou aktivitou.

Môže to byť prekvapujúce, ale dnes neexistuje jediný pohľad na mechanizmus vzniku magnetického poľa planét, hoci hypotéza magnetického hydrodynama, založená na rozpoznaní existencie vodivého tekutého vonkajšieho jadra, je takmer univerzálna. prijaté. Tepelná konvekcia, teda premiešavanie hmoty vo vonkajšom jadre, prispieva k tvorbe prstencových elektrických prúdov. Rýchlosť pohybu hmoty v hornej časti tekutého jadra bude o niečo nižšia a v spodných vrstvách - väčšia v porovnaní s plášťom v prvom prípade a pevným jadrom v druhom prípade. Takéto pomalé toky spôsobujú tvorbu prstencových (toroidných) elektrických polí uzavretého tvaru, ktoré nepresahujú jadro. Vplyvom interakcie toroidných elektrických polí s konvekčnými prúdmi vzniká vo vonkajšom jadre celkové magnetické pole dipólového charakteru, ktorého os sa približne zhoduje s osou rotácie Zeme. Na „spustenie“ takéhoto procesu je potrebné počiatočné, prinajmenšom veľmi slabé magnetické pole, ktoré môže vzniknúť gyromagnetickým efektom, keď sa rotujúce teleso zmagnetizuje v smere svojej osi otáčania.

Dôležitú úlohu zohráva aj slnečný vietor – prúd nabitých častíc, najmä protónov a elektrónov, prichádzajúcich zo Slnka. Pre Zem je slnečný vietor prúdom nabitých častíc v konštantnom smere a nie je to nič iné ako elektrický prúd.

Podľa definície smeru prúdu smeruje v smere opačnom k ​​pohybu negatívne nabitých častíc (elektrónov), t.j. zo Zeme na Slnko. Častice, ktoré tvoria slnečný vietor, majú hmotnosť a náboj, sú unášané hornými vrstvami atmosféry v smere rotácie Zeme. V roku 1958 bol objavený radiačný pás Zeme. Toto je obrovská zóna vo vesmíre, ktorá pokrýva Zem na rovníku. V radiačnom páse sú hlavnými nosičmi náboja elektróny. Ich hustota je o 2–3 rády vyššia ako hustota iných nosičov náboja. A tak vzniká elektrický prúd spôsobený usmerneným kruhovým pohybom častíc slnečného vetra, ktorý je unášaný kruhovým pohybom Zeme a vytvára elektromagnetické „vírové“ pole.

Treba poznamenať, že magnetický tok spôsobený prúdom slnečného vetra tiež preniká prúdom horúcej lávy vo vnútri, pričom rotuje so Zemou. V dôsledku tejto interakcie sa v ňom indukuje elektromotorická sila, pod vplyvom ktorej preteká prúd, ktorý zároveň vytvára magnetické pole. V dôsledku toho je magnetické pole Zeme výsledným poľom z interakcie ionosférického prúdu a prúdu lávy.

Skutočný obraz magnetického poľa Zeme závisí nielen od konfigurácie aktuálneho listu, ale aj od magnetických vlastností zemskej kôry, ako aj od relatívnej polohy magnetických anomálií. Tu môžeme nakresliť analógiu s obvodom s prúdom v prítomnosti feromagnetického jadra a bez neho. Je známe, že feromagnetické jadro nielen mení konfiguráciu magnetického poľa, ale ho aj výrazne zvyšuje.

Spoľahlivo sa zistilo, že magnetické pole Zeme reaguje na slnečnú aktivitu, ak však vznik magnetického poľa planét spojíme len so súčasnými vrstvami v tekutom jadre, ktoré interagujú so slnečným vetrom, potom môžeme konštatovať, že planéty slnečná sústava, ktoré majú rovnaký smer otáčania, musia mať rovnaký smer magnetické polia. Napríklad Jupiter však toto tvrdenie vyvracia.

Je zaujímavé, že pri interakcii slnečného vetra s excitovaným magnetickým poľom Zeme pôsobí na Zem krútiaci moment smerujúci k rotácii Zeme. Zem sa teda vzhľadom na slnečný vietor správa podobne ako samobudený jednosmerný motor. Zdrojom energie (generátorom) je v tomto prípade Slnko. Keďže magnetické pole aj krútiaci moment pôsobiaci na Zem závisia od prúdu Slnka a ten od stupňa slnečnej aktivity, potom so zvyšujúcou sa slnečnou aktivitou by sa mal krútiaci moment pôsobiaci na Zem zvyšovať a rýchlosť jeho rotácie by mala zvýšiť.

Zložky geomagnetického poľa

Vlastné magnetické pole Zeme (geomagnetické pole) možno rozdeliť na tieto tri hlavné časti - hlavné (vnútorné) magnetické pole Zeme vrátane globálnych anomálií, magnetické polia miestnych oblastí vonkajších obalov, striedavé (vonkajšie) magnetické pole Zeme.

1. HLAVNÉ MAGNETICKÉ POLE ZEME (vnútorné) , zaznamenávajúce pomalé zmeny v čase (sekulárne variácie) s obdobiami od 10 do 10 000 rokov, sústredené v intervaloch 10–20, 60–100, 600–1200 a 8000 rokov. Ten je spojený so zmenou dipólového magnetického momentu faktorom 1,5–2.

Magnetické siločiary vytvorené z počítačového modelu geodynama ukazujú, ako je štruktúra magnetického poľa Zeme jednoduchšia mimo neho ako vo vnútri jadra (spletité rúrky v strede). Na zemskom povrchu väčšina magnetických siločiar vychádza zvnútra (dlhé žlté trubice) na južnom póle a vstupuje dovnútra (dlhé modré trubice) v blízkosti severného pólu.

Väčšina ľudí zvyčajne nepremýšľa o tom, prečo strelka kompasu ukazuje na sever alebo na juh. Ale magnetické póly planéty neboli vždy umiestnené tak, ako sú dnes.

Štúdie minerálov ukazujú, že magnetické pole Zeme počas 4-5 miliárd rokov existencie planéty zmenilo svoju orientáciu zo severu na juh a späť stokrát. Za posledných 780 tisíc rokov sa však nič také nestalo, napriek tomu, že priemerná doba obrátenia magnetických pólov je 250 tisíc rokov. Geomagnetické pole sa navyše od prvého merania v 30. rokoch minulého storočia oslabilo takmer o 10 %. XIX storočia (t.j. takmer 20-krát rýchlejšie, ako keby po strate zdroja energie prirodzene znižoval svoju silu). Prichádza ďalší posun pólov?

Zdroj oscilácií magnetického poľa je skrytý v strede Zeme. Naša planéta, podobne ako ostatné telesá Slnečnej sústavy, vytvára svoje magnetické pole pomocou vnútorného generátora, ktorého princíp činnosti je rovnaký ako u klasického elektrického, pričom premieňa kinetickú energiu svojich pohybujúcich sa častíc na elektromagnetické pole. V elektrickom generátore dochádza k pohybu v závitoch cievky a vo vnútri planéty alebo hviezdy - vo vodivej kvapalnej látke. V jadre Zeme cirkuluje obrovská masa roztaveného železa s objemom 5-krát väčším ako Mesiac a tvorí takzvané geodynamo.

Za posledných desať rokov vedci vyvinuli nové prístupy k štúdiu fungovania geodynama a jeho magnetických vlastností. Satelity prenášajú jasné snímky geomagnetického poľa na zemskom povrchu a moderné techniky počítačového modelovania a laboratórne vytvorené fyzikálne modely pomáhajú interpretovať údaje z pozorovania obežnej dráhy. Experimenty viedli vedcov k novému vysvetleniu toho, ako k repolarizácii došlo v minulosti a ako môže začať v budúcnosti.

Vnútro Zeme obsahuje roztavené vonkajšie jadro, kde komplexná turbulentná konvekcia vytvára geomagnetické pole.

Energia geodynama

Čo poháňa geodynamo? Do 40. rokov. minulého storočia fyzici uznali tri nevyhnutné podmienky na vytvorenie magnetického poľa planéty a následné vedecké konštrukcie boli založené na týchto ustanoveniach. Prvou podmienkou je veľký objem elektricky vodivej tekutej hmoty, nasýtenej železom, tvoriacej vonkajšie jadro Zeme. Pod ním leží vnútorné jadro Zeme pozostávajúce z takmer čistého železa a nad ním je 2 900 km pevnej horniny, hustého plášťa a tenkej kôry, tvoriacej kontinenty a dno oceánov. Tlak na jadro vytvorené zemskou kôrou a plášťom je 2 milióny krát vyšší ako na povrchu Zeme. Teplota jadra je tiež extrémne vysoká - okolo 5000o Celzia, rovnako ako teplota povrchu Slnka.

Vyššie popísané parametre extrémneho prostredia predurčujú druhú požiadavku na fungovanie geodynama: potrebu zdroja energie na uvedenie tekutej hmoty do pohybu. Vnútorná energia, čiastočne tepelného a čiastočne chemického pôvodu, vytvára vo vnútri jadra vypudzovacie podmienky. Jadro sa zohrieva viac dole ako hore. (Vysoké teploty sa v ňom „zamurovali“ už od sformovania Zeme.) To znamená, že teplejšia, menej hustá kovová zložka jadra má tendenciu stúpať. Keď sa tekutá hmota dostane do horných vrstiev, stratí časť svojho tepla, čím sa dostane do nadložného plášťa. Potom sa tekuté železo ochladí, stáva sa hustejším ako okolitá hmota a klesá. Proces prenosu tepla zdvíhaním a spúšťaním kvapalnej hmoty sa nazýva tepelná konvekcia.

Treťou nevyhnutnou podmienkou udržania magnetického poľa je rotácia Zeme. Výsledná Coriolisova sila odchyľuje pohyb stúpajúcej tekutej hmoty vo vnútri Zeme rovnakým spôsobom, ako otáča oceánske prúdy a tropické cyklóny, ktorých pohybové víry sú viditeľné na satelitných snímkach. V strede Zeme Coriolisova sila krúti stúpajúcu tekutú hmotu do vývrtky alebo špirály, podobne ako uvoľnená pružina.

Zem má vo svojom strede sústredenú tekutú hmotu bohatú na železo, dostatočnú energiu na podporu konvekcie a Coriolisovu silu na vírenie konvekčných prúdov. Tento faktor je mimoriadne dôležitý pre udržanie prevádzky geodynama po milióny rokov. Na zodpovedanie otázky, ako vzniká magnetické pole a prečo póly z času na čas menia miesto, sú však potrebné nové poznatky.

Repolarizácia

Vedcov už dlho zaujímalo, prečo si magnetické póly Zeme z času na čas vymenia miesta. Nedávne štúdie vírivých pohybov roztavených hmôt vo vnútri Zeme umožňujú pochopiť, ako dochádza k repolarizácii.

Na rozhraní plášťa a jadra bolo objavené magnetické pole, oveľa intenzívnejšie a zložitejšie ako pole jadra, v rámci ktorého vznikajú magnetické oscilácie. Elektrické prúdy vznikajúce v jadre bránia priamemu meraniu jeho magnetického poľa.

Je dôležité, že väčšina geomagnetického poľa je generovaná iba v štyroch širokých oblastiach na rozhraní jadro-plášť. Hoci geodynamo vytvára veľmi silné magnetické pole, len 1 % jeho energie putuje mimo jadra. Všeobecná konfigurácia magnetického poľa meraného na povrchu sa nazýva dipól, ktorý je väčšinou orientovaný pozdĺž zemskej osi rotácie. Rovnako ako v poli lineárneho magnetu je hlavný geomagnetický tok nasmerovaný zo stredu Zeme na južnej pologuli a do stredu na severnej pologuli. (Ihla kompasu ukazuje na severný geografický pól, pretože južný magnetický pól dipólu je blízko.) Vesmírne pozorovania ukázali, že magnetický tok má nerovnomernú globálnu distribúciu, pričom najväčšie napätie je pozorované na antarktických pobreží, pod Severnou Amerikou. a Sibír.

Ulrich R. Christensen z Inštitútu Maxa Plancka pre výskum slnečnej sústavy v Katlenburg-Lindau v Nemecku sa domnieva, že tieto obrovské oblasti súše existujú už tisíce rokov a sú udržiavané neustále sa vyvíjajúcou konvekciou v jadre. Môžu byť podobné javy príčinou prevrátenia pólov? Historická geológia ukazuje, že zmeny pólov nastali v relatívne krátkych časových obdobiach - od 4 tisíc do 10 tisíc rokov. Ak by geodynamo prestalo fungovať, dipól by existoval ešte ďalších 100 tisíc rokov. Rýchla zmena polarity dáva dôvod domnievať sa, že nejaká nestabilná poloha porušuje pôvodnú polaritu a spôsobuje novú zmenu pólov.

V niektorých prípadoch možno záhadnú nestabilitu vysvetliť nejakou chaotickou zmenou v štruktúre magnetického toku, ktorá len náhodne vedie k repolarizácii. Frekvencia zmien polarity, ktorá je za posledných 120 miliónov rokov stále stabilnejšia, však naznačuje možnosť vonkajšej regulácie. Jedným z dôvodov môže byť teplotný rozdiel v spodnej vrstve plášťa a v dôsledku toho zmena charakteru výlevov jadra.

Niektoré príznaky repolarizácie boli identifikované pri analýze máp, ktoré boli vytvorené zo satelitov Magsat a Oersted. Gauthier Hulot a jeho kolegovia z parížskeho geofyzikálneho inštitútu poznamenali, že k dlhodobým zmenám geomagnetického poľa dochádza na rozhraní jadro-plášť v miestach, kde je smer geomagnetického toku opačný ako je normálny pre danú hemisféru. Najväčšie z takzvaného reverzného magnetického poľa sa tiahne od južného cípu Afriky na západ až po Južnú Ameriku. V tejto oblasti je magnetický tok nasmerovaný dovnútra, smerom k jadru, zatiaľ čo väčšina z neho na južnej pologuli smeruje zo stredu.

Oblasti, kde je magnetické pole nasmerované opačným smerom pre danú hemisféru, vznikajú, keď skrútené a vinuté siločiary magnetického poľa náhodne prerazia za zemské jadro. Oblasti obráteného magnetického poľa môžu výrazne oslabiť magnetické pole na povrchu Zeme, nazývané dipól, a indikovať začiatok obrátenia zemských pólov. Objavujú sa, keď stúpajúca kvapalná hmota tlačí horizontálne magnetické čiary nahor v roztavenom vonkajšom jadre. Tento konvekčný výlev niekedy krúti a vytláča magnetickú čiaru (čiary). Rotačné sily Zeme zároveň spôsobujú špirálovitú cirkuláciu taveniny, ktorá môže utiahnuť slučku na vytlačenej magnetickej línii (b). Keď je vztlaková sila dostatočne silná na to, aby vysunula slučku z jadra, na rozhraní jadro-plášť sa vytvorí pár plošiek magnetického toku.

Najvýznamnejším objavom, ktorý sa dosiahol porovnaním najnovších meraní Oersteda s tými, ktoré boli urobené v roku 1980, bolo, že sa naďalej vytvárajú nové oblasti magnetických zvratov, napríklad na hranici medzi jadrom a plášťom pod východným pobrežím Severnej Ameriky a Arktídy. Navyše predtým identifikované oblasti narástli a mierne sa posunuli smerom k pólom. Koncom 80. rokov. XX storočia David Gubbins z University of Leeds v Anglicku, ktorý študoval staré mapy geomagnetického poľa, poznamenal, že šírenie, rast a posun úsekov inverzného magnetického poľa smerom k pólom vysvetľuje pokles sily dipólu v priebehu historického času.

Podľa teoretických princípov o magnetických siločiarach malé a veľké víry vznikajúce v kvapalnom prostredí jadra pod vplyvom Coriolisovej sily krútia siločiary do uzla. Každá rotácia zhromažďuje viac a viac siločiar v jadre, čím sa zvyšuje energia magnetického poľa. Ak proces pokračuje bez prekážok, magnetické pole sa nekonečne zintenzívňuje. Elektrický odpor sa však rozptýli a vyrovná zákruty siločiar dostatočne na to, aby zastavil spontánny rast magnetického poľa a pokračoval v reprodukcii vnútornej energie.

Oblasti intenzívnych magnetických normálnych a reverzných polí sa tvoria na hranici medzi jadrom a plášťom, kde malé a veľké víry interagujú s východo-západnými magnetickými poľami, ktoré sa označujú ako toroidné, ktoré prenikajú do jadra. Turbulentné pohyby tekutín môžu skrútiť toroidné siločiary do slučiek nazývaných poloidálne polia, ktoré majú orientáciu sever-juh. Niekedy dochádza k skrúteniu, keď sa zdvihne tekutá hmota. Ak je takýto výron dostatočne silný, vrchol poloidálnej slučky sa vytlačí z jadra (pozri obrázok vľavo). V dôsledku tohto vyvrhnutia sa vytvoria dva úseky, v ktorých slučka prekročí hranicu jadro-plášť. Na jednom z nich sa objaví smer magnetického toku, ktorý sa zhoduje so všeobecným smerom dipólového poľa v danej pologuli; v inom úseku je prúdenie smerované opačným smerom.

Keď rotácia priblíži časť obráteného magnetického poľa ku geografickému pólu ako časť s normálnym tokom, dôjde k oslabeniu dipólu, ktorý je najzraniteľnejší v blízkosti jeho pólov. To môže vysvetliť obrátené magnetické pole v južnej Afrike. S globálnym nástupom obrátenia pólov môžu oblasti obrátených magnetických polí rásť v celej oblasti blízko geografických pólov.

Obrysové mapy magnetického poľa Zeme na rozhraní jadro-plášť, zostavené zo satelitných meraní, ukazujú, že väčšina magnetického toku smeruje zo stredu Zeme na južnej pologuli a do stredu na severnej pologuli. V niektorých oblastiach sa však objavuje opačný obraz. Oblasti reverzného magnetického poľa narástli čo do počtu a veľkosti medzi rokmi 1980 a 2000. Ak by vyplnili celý priestor na oboch póloch, mohlo by dôjsť k repolarizácii.

Modely obrátenia pólov

Mapy magnetického poľa ukazujú, ako pri normálnej polarite väčšina magnetického toku smeruje zo stredu Zeme (žltá) na južnej pologuli a smerom k jej stredu (modrá) na severnej pologuli (a). Začiatok repolarizácie je poznačený objavením sa niekoľkých oblastí reverzného magnetického poľa (modré na južnej pologuli a žlté na severnej pologuli), ktoré pripomínajú vytvorenie jeho sekcií na rozhraní jadro-plášť.

Počas približne 3 tisíc rokov znížili silu dipólového poľa, ktoré bolo nahradené slabším, ale zložitejším prechodovým poľom na rozhraní jadro-plášť (b). Obrátenie pólov sa stalo častým javom po 6 000 rokoch, keď na rozhraní jadro-plášť začali prevládať úseky reverzného magnetického poľa (c). Do tejto doby sa na povrchu Zeme prejavilo aj úplné prevrátenie pólov. Ale až po ďalších 3 000 rokoch došlo k úplnej výmene dipólu vrátane zemského jadra (d).

Čo sa dnes deje s vnútorným magnetickým poľom?

Väčšina z nás vie, že geografické póly neustále vykonávajú zložité slučkové pohyby v smere dennej rotácie Zeme (precesia osi s periódou 25 776 rokov). Tieto pohyby sa zvyčajne vyskytujú v blízkosti pomyselnej osi rotácie Zeme a nevedú k výraznej zmene klímy. Prečítajte si viac o posune pólov. Málokto si však všimol, že na konci roku 1998 sa celkový komponent týchto pohybov posunul. Za mesiac sa pól posunul smerom ku Kanade o 50 kilometrov. V súčasnosti sa severný pól „plazí“ pozdĺž 120. rovnobežky západnej dĺžky. Dá sa predpokladať, že ak bude súčasný trend pohybu pólov pokračovať až do roku 2010, severný pól by sa mohol posunúť o 3-4 tisíc kilometrov. Koncovým bodom driftu sú Veľké medvedie jazerá v Kanade. Južný pól sa teda posunie zo stredu Antarktídy do Indického oceánu.

Navyše sila zemského magnetického poľa klesá, a to veľmi nerovnomerne. Za posledných 22 rokov teda klesol v priemere o 1,7 percenta a v niektorých regiónoch – napríklad v južnom Atlantickom oceáne – o 10 percent. Na niektorých miestach našej planéty sa však intenzita magnetického poľa oproti všeobecnému trendu dokonca mierne zvýšila.

Zdôrazňujeme, že zrýchlenie pohybu pólov (v priemere o 3 km/rok za desaťročie) a ich pohyb po koridoroch inverzie magnetických pólov (viac ako 400 paleoinverzií umožnilo identifikovať tieto koridory) v nás vyvoláva podozrenie, že pohyb pólov by sa nemal považovať za exkurziu a obrátenie magnetického poľa Zeme.

Zrýchlenie môže priniesť pohyb pólov až o 200 km za rok, takže prepólovanie prebehne oveľa rýchlejšie, ako očakávajú výskumníci, ktorí majú ďaleko od profesionálneho hodnotenia reálnych procesov prepólovania.

V dejinách Zeme sa zmeny polohy geografických pólov vyskytovali opakovane a tento jav je spojený predovšetkým so zaľadnením rozsiahlych oblastí pevniny a dramatickými zmenami klímy celej planéty. Ale iba posledná katastrofa, s najväčšou pravdepodobnosťou spojená s posunom pólov, ku ktorému došlo asi pred 12 000 rokmi, dostala ozvenu v histórii ľudstva. Všetci vieme, že mamuty vyhynuli. Všetko však bolo oveľa vážnejšie.

O vyhynutí stoviek živočíšnych druhov niet pochýb. Prebiehajú diskusie o potope a smrti Atlantídy. Jedno je však isté – ozveny najväčšej katastrofy v ľudskej pamäti majú reálny základ. A s najväčšou pravdepodobnosťou je to spôsobené posunom pólov iba o 2000 km.

Nižšie uvedený model ukazuje magnetické pole vo vnútri jadra (zhluk siločiar v strede) a vzhľad dipólu (dlhé zakrivené čiary) 500 rokov (a) pred stredom repolarizácie magnetického dipólu (b) a O 500 rokov neskôr v štádiu jeho dokončenia (c).

Magnetické pole geologickej minulosti Zeme

Za posledných 150 miliónov rokov došlo k repolarizácii stokrát, o čom svedčia minerály zmagnetizované zemským poľom pri zahrievaní hornín. Potom sa horniny ochladili a minerály si zachovali svoju predchádzajúcu magnetickú orientáciu.

Stupnice obrátenia magnetického poľa: I – za posledných 5 miliónov rokov; II – za posledných 55 miliónov rokov. Čierna farba – normálna magnetizácia, biela farba – reverzná magnetizácia (podľa W.W. Harland et al., 1985)

Zvraty magnetického poľa sú zmenou znamienka osí symetrického dipólu. V roku 1906 B. Brun pri meraní magnetických vlastností neogénu, relatívne mladých láv v strednom Francúzsku, zistil, že ich magnetizácia je v opačnom smere ako moderné geomagnetické pole, to znamená, že severný a južný magnetický pól akoby zmenili miesto. Prítomnosť reverzne magnetizovaných hornín nie je dôsledkom nejakých neobvyklých podmienok v čase jeho vzniku, ale výsledkom momentálnej inverzie magnetického poľa Zeme. Prepólovanie geomagnetického poľa je najdôležitejším objavom v paleomagnetológii, ktorý umožnil vytvorenie novej vedy magnetostratigrafie, ktorá študuje delenie ložísk hornín na základe ich priamej alebo spätnej magnetizácie. A tu hlavnou vecou je dokázať synchronicitu týchto zvratov znamení na celom svete. V tomto prípade majú geológovia v rukách veľmi účinnú metódu korelácie sedimentov a udalostí.

V reálnom magnetickom poli Zeme môže byť čas, počas ktorého sa zmení znamienko polarity, krátky, až tisíc rokov, alebo milióny rokov.
Časové intervaly prevahy ktorejkoľvek polarity sa nazývajú geomagnetické epochy a niektoré z nich majú mená vynikajúcich geomagnetológov Bruness, Matuyama, Gauss a Hilbert. V rámci epoch sa rozlišujú kratšie intervaly jednej alebo druhej polarity, nazývané geomagnetické epizódy. Najúčinnejšia identifikácia intervalov priamej a opačnej polarity geomagnetického poľa bola vykonaná pre geologicky mladé lávové prúdy na Islande, v Etiópii a na iných miestach. Obmedzením týchto štúdií je, že erupcia lávy bola prerušovaným procesom, takže je možné, že nejaká magnetická epizóda mohla byť vynechaná.

Keď bolo možné určiť polohu paleomagnetických pólov v časovom intervale, ktorý nás zaujíma, pomocou vybraných hornín rovnakého veku, ale odobratých na rôznych kontinentoch, ukázalo sa, že vypočítaný priemerný pól, povedzme, pre horniny z vrchnej jury ( 170 - 144 miliónov rokov) Severnej Ameriky a rovnaký pól pre rovnaké horniny v Európe bude na rôznych miestach. Vyzeralo to, akoby existovali dva severné póly, čo sa s dipólovým systémom nemôže stať. Aby mohol byť jeden severný pól, musela sa zmeniť poloha kontinentov na povrchu Zeme. V našom prípade to znamenalo zbližovanie Európy a Severnej Ameriky, kým sa ich okraje šelfov nezhodujú, teda do hĺbok oceánu okolo 200 m. Inými slovami, nepohybujú sa póly, ale kontinenty.

Využitie paleomagnetickej metódy umožnilo uskutočniť podrobné rekonštrukcie otvorenia relatívne mladého Atlantického, Indického a Severného ľadového oceánu a pochopiť históriu vývoja staršieho Tichého oceánu. Súčasné usporiadanie kontinentov je výsledkom rozpadu superkontinentu Pangea, ktorý sa začal asi pred 200 miliónmi rokov. Lineárne magnetické pole oceánov umožňuje určiť rýchlosť pohybu platní a jeho vzor poskytuje najlepšie informácie pre geodynamickú analýzu.

Vďaka paleomagnetickým štúdiám sa zistilo, že k rozdeleniu Afriky a Antarktídy došlo pred 160 miliónmi rokov. Najstaršie anomálie s vekom 170 miliónov rokov (stredná jura) sa našli pozdĺž okrajov Atlantiku pri pobreží Severnej Ameriky a Afriky. Toto je čas, keď sa superkontinent začal rozpadať. Južný Atlantik vznikol pred 120 - 110 miliónmi rokov a Severný Atlantik oveľa neskôr (pred 80 - 65 miliónmi rokov) atď. Podobné príklady možno uviesť pre ktorýkoľvek z oceánov a ako pri „čítaní“ paleomagnetického záznamu možno rekonštruovať históriu ich vývoja a pohybu litosférických dosiek.

Svetové anomálie– odchýlky od ekvivalentného dipólu do 20 % intenzity jednotlivých oblastí s charakteristickými rozmermi do 10 000 km. Tieto anomálne polia zažívajú sekulárne variácie, ktoré vedú k zmenám v priebehu mnohých rokov a storočí. Príklady anomálií: brazílska, kanadská, sibírska, kurská. V priebehu sekulárnych variácií sa svetové anomálie posúvajú, rozpadávajú a znovu vznikajú. V nízkych zemepisných šírkach dochádza k západnému posunu zemepisnej dĺžky rýchlosťou 0,2° za rok.

2. MAGNETICKÉ POLIA MIESTNYCH OBLASTÍ vonkajšie škrupiny s dĺžkou od niekoľkých do stoviek km. Sú spôsobené magnetizáciou hornín v hornej vrstve Zeme, ktoré tvoria zemskú kôru a nachádzajú sa blízko povrchu. Jednou z najsilnejších je kurská magnetická anomália.

3. STRIEDAVÉ MAGNETICKÉ POLE ZEME (nazývaný aj vonkajší) je determinovaný zdrojmi v podobe prúdových systémov umiestnených mimo zemského povrchu a v jeho atmosfére. Hlavnými zdrojmi takýchto polí a ich zmien sú korpuskulárne toky magnetizovanej plazmy prichádzajúce zo Slnka spolu so slnečným vetrom a tvoriace štruktúru a tvar magnetosféry Zeme.

V prvom rade je jasné, že táto štruktúra má „vrstvený“ tvar. Niekedy však možno pozorovať „pretrhnutie“ horných vrstiev, ku ktorému zjavne dochádza pod vplyvom silnejúceho slnečného vetra. Napríklad ako tu:

Stupeň „ohrievania“ zároveň závisí od rýchlosti a hustoty slnečného vetra v takom momente sa odráža vo farebnej škále od žltej po fialovú, čo v skutočnosti odráža množstvo tlaku na magnetické pole túto zónu (obrázok vpravo hore).

Štruktúra magnetického poľa zemskej atmosféry (vonkajšie magnetické pole Zeme)

Magnetické pole Zeme je ovplyvnené tokom zmagnetizovanej slnečnej plazmy. V dôsledku interakcie s poľom Zeme vzniká vonkajšia hranica blízkozemského magnetického poľa, tzv. magnetopauza. Obmedzuje zemskú magnetosféru. Vplyvom slnečných korpuskulárnych tokov sa veľkosť a tvar magnetosféry neustále mení a vzniká striedavé magnetické pole, determinované vonkajšími zdrojmi. Za svoju variabilitu vďačí súčasným systémom vyvíjajúcim sa v rôznych nadmorských výškach od spodných vrstiev ionosféry až po magnetopauzu. Zmeny magnetického poľa Zeme v priebehu času spôsobené rôznymi príčinami sa nazývajú geomagnetické variácie, ktoré sa líšia trvaním, ako aj lokalizáciou na Zemi a v jej atmosfére.

Magnetosféra je oblasť blízkozemského priestoru riadená magnetickým poľom Zeme. Magnetosféra vzniká v dôsledku interakcie slnečného vetra s plazmou hornej atmosféry a magnetickým poľom Zeme. Tvar magnetosféry je kaverna a dlhý chvost, ktoré opakujú tvar magnetických siločiar. Subsolárny bod je v priemere vo vzdialenosti 10 polomerov Zeme a chvost magnetosféry siaha za obežnú dráhu Mesiaca. Topológia magnetosféry je určená oblasťami invázie slnečnej plazmy do magnetosféry a povahou súčasných systémov.

Chvost magnetosféry tvoria siločiary magnetického poľa Zeme, vychádzajúce z polárnych oblastí a rozšírené vplyvom slnečného vetra do stoviek zemských polomerov od Slnka až po nočnú stranu Zeme. V dôsledku toho sa zdá, že plazma slnečného vetra a solárnych korpuskulárnych tokov prúdi okolo zemskej magnetosféry, čo jej dáva zvláštny chvostový tvar.
V chvoste magnetosféry, vo veľkých vzdialenostiach od Zeme, je sila magnetického poľa Zeme, a teda aj ich ochranné vlastnosti, oslabené a niektoré častice slnečnej plazmy sú schopné preniknúť a dostať sa do vnútra magnetosféry Zeme a magnetické pasce radiačných pásov. Chvost, prenikajúci do čela magnetosféry do oblasti polárnych oválov vplyvom meniaceho sa tlaku slnečného vetra a medziplanetárneho poľa, slúži ako miesto pre tvorbu prúdov precipitujúcich častíc, spôsobujúcich polárne žiary a aurorálne prúdy. Magnetosféra je oddelená od medziplanetárneho priestoru magnetopauzou. Pozdĺž magnetopauzy prúdia častice korpuskulárnych tokov okolo magnetosféry. Vplyv slnečného vetra na magnetické pole Zeme je niekedy veľmi silný. Magnetopauza je vonkajšia hranica magnetosféry Zeme (alebo planéty), pri ktorej je dynamický tlak slnečného vetra vyvážený tlakom jeho vlastného magnetického poľa. Pri typických parametroch slnečného vetra je subsolárny bod vzdialený 9–11 polomerov Zeme od stredu Zeme. Počas období magnetických porúch na Zemi môže magnetopauza presiahnuť geostacionárnu dráhu (6,6 polomerov Zeme). Pri slabom slnečnom vetre sa subsolárny bod nachádza vo vzdialenosti 15–20 polomerov Zeme.

Geomagnetické variácie

Zmeny magnetického poľa Zeme v priebehu času pod vplyvom rôznych faktorov sa nazývajú geomagnetické variácie. Rozdiel medzi pozorovanou silou magnetického poľa a jeho priemernou hodnotou za akékoľvek dlhé časové obdobie, napríklad mesiac alebo rok, sa nazýva geomagnetická variácia. Podľa pozorovaní sa geomagnetické variácie v priebehu času neustále menia a takéto zmeny sú často periodické.

Denné variácie geomagnetické polia vznikajú pravidelne, najmä v dôsledku prúdenia v ionosfére Zeme, spôsobeného zmenami osvetlenia ionosféry Zeme Slnkom počas dňa.

Denná geomagnetická variácia pre obdobie 19.03.2010 12:00 až 21.03.2010 00:00

Magnetické pole Zeme je opísané siedmimi parametrami. Na meranie zemského magnetického poľa v akomkoľvek bode musíme zmerať smer a silu poľa. Parametre popisujúce smer magnetického poľa: deklinácia (D), sklon (I). D a I sa merajú v stupňoch. Všeobecnú intenzitu poľa (F) popisuje horizontálna zložka (H), vertikálna zložka (Z) a severná (X) a východná (Y) zložka horizontálnej intenzity. Tieto zložky možno merať v Oerstedoch (1 Oersted = 1 gauss), ale zvyčajne v nanoTesle (1nT x 100 000 = 1 oersted).

Nepravidelné variácie magnetické polia vznikajú vplyvom prúdenia slnečnej plazmy (slnečného vetra) na magnetosféru Zeme, ako aj zmien v magnetosfére a interakcie magnetosféry s ionosférou.

Na obrázku nižšie sú (zľava doprava) obrázky aktuálneho magnetického poľa, tlaku, konvekčných prúdov v ionosfére, ako aj grafy zmien rýchlosti a hustoty slnečného vetra (V, Dens) a hodnoty vertikálnych a východných zložiek vonkajšieho magnetického poľa Zeme.

27 dňové variácie existujú ako tendencia opakovať nárast geomagnetickej aktivity každých 27 dní, čo zodpovedá perióde rotácie Slnka voči pozemskému pozorovateľovi. Tento vzor je spojený s existenciou dlhotrvajúcich aktívnych oblastí na Slnku, pozorovaných počas niekoľkých slnečných revolúcií. Tento vzorec sa prejavuje vo forme 27-dňovej opakovateľnosti magnetickej aktivity a magnetických búrok.

Sezónne variácie magnetická aktivita sa spoľahlivo identifikuje na základe priemerných mesačných údajov o magnetickej aktivite získaných spracovaním pozorovaní počas niekoľkých rokov. Ich amplitúda sa zvyšuje so zvyšujúcou sa celkovou magnetickou aktivitou. Zistilo sa, že sezónne variácie magnetickej aktivity majú dve maximá zodpovedajúce obdobiam rovnodennosti a dve minimá zodpovedajúce obdobiam slnovratov. Dôvodom týchto variácií je vznik aktívnych oblastí na Slnku, ktoré sú zoskupené v zónach od 10 do 30° severnej a južnej heliografickej šírky. Preto v obdobiach rovnodennosti, keď sa roviny zemského a slnečného rovníka zhodujú, je Zem najviac náchylná na pôsobenie aktívnych oblastí na Slnko.

11 ročné variácie. Spojenie medzi slnečnou aktivitou a magnetickou aktivitou sa najzreteľnejšie prejavuje pri porovnaní dlhých sérií pozorovaní, násobkov 11-ročných období slnečnej aktivity. Najznámejším meradlom slnečnej aktivity je počet slnečných škvŕn. Zistilo sa, že v rokoch maximálneho počtu slnečných škvŕn dosahuje aj magnetická aktivita najväčšiu hodnotu, avšak nárast magnetickej aktivity je v pomere k nárastu slnečnej aktivity o niečo oneskorený, takže v priemere je toto oneskorenie jeden rok.

Storočia dlhé variácie – pomalé variácie prvkov zemského magnetizmu s periódami niekoľkých rokov alebo viac. Na rozdiel od denných, sezónnych a iných variácií vonkajšieho pôvodu sú sekulárne variácie spojené so zdrojmi ležiacimi v zemskom jadre. Amplitúda sekulárnych variácií dosahuje desiatky nT/rok zmeny priemerných ročných hodnôt takýchto prvkov sa nazývajú sekulárne variácie. Izoliary sekulárnych variácií sú sústredené okolo niekoľkých bodov - stredov alebo ohnísk sekulárnej variácie v týchto centrách dosahuje veľkosť sekulárnej variácie svoje maximálne hodnoty.

Magnetická búrka – dopad na ľudské telo

Miestne charakteristiky magnetického poľa sa menia a kolíšu, niekedy aj mnoho hodín, a potom sa vrátia na svoju predchádzajúcu úroveň. Tento jav sa nazýva magnetická búrka. Magnetické búrky často začínajú náhle a súčasne na celom svete.

Deň po slnečnej erupcii sa rázová vlna slnečného vetra dostane na obežnú dráhu Zeme a začne sa magnetická búrka. Vážne chorí pacienti jasne reagujú od prvých hodín po erupcii na Slnku, zvyšok - od okamihu, keď sa na Zemi začala búrka. Čo majú všetci spoločné, je zmena biorytmov počas týchto hodín. Počet prípadov infarktu myokardu sa zvyšuje deň po prepuknutí (asi 2-krát viac v porovnaní s magneticky tichými dňami). V ten istý deň sa začína magnetosférická búrka spôsobená erupciou. U absolútne zdravých ľudí sa aktivuje imunitný systém, môže dôjsť k zvýšeniu výkonnosti, zlepšeniu nálady.

Poznámka: geomagnetický kľud, trvajúci niekoľko a viac dní za sebou, pôsobí na organizmus mestského obyvateľa v mnohých smeroch depresívne, podobne ako búrka – spôsobuje depresiu a oslabenie imunitného systému. Mierny „odskok“ magnetického poľa v rozsahu Kp = 0 – 3 pomáha ľahšie tolerovať zmeny atmosférického tlaku a iné poveternostné faktory.

Akceptuje sa nasledujúca gradácia hodnôt Kp-indexu:

Kp = 0-1 – geomagnetická situácia je pokojná (pokojná);

Kp = 1-2 – geomagnetické podmienky od pokoja po mierne narušené;

Kp = 3-4 – od mierne narušenej po narušenú;

Kp = 5 a viac – slabá magnetická búrka (úroveň G1);

Kp = 6 a viac – priemerná magnetická búrka (úroveň G2);

Kp = 7 a viac – silná magnetická búrka (úroveň G3); sú možné nehody, zhoršenie zdravia ľudí závislých od počasia

Kp = 8 a viac – veľmi silná magnetická búrka (úroveň G4);

Kp = 9 – extrémne silná magnetická búrka (stupeň G5) – maximálna možná hodnota.

Online monitoring stavu magnetosféry a magnetických búrok tu:

Výsledkom mnohých štúdií vykonaných na Inštitúte vesmírneho výskumu (IKI), Inštitúte zemského magnetizmu, ionosféry a šírenia rádiových vĺn (IZMIRAN), Lekárskej akadémii. ONI. Sechenovom a Ústavom lekárskych a biologických problémov Ruskej akadémie vied sa ukázalo, že počas geomagnetických búrok u pacientov s patológiami kardiovaskulárneho systému, najmä u tých, ktorí utrpeli infarkt myokardu, krvný tlak vyskočil, viskozita krvi sa výrazne zvýšila, spomalila sa rýchlosť jeho prúdenia v kapilárach, zmenil sa cievny tonus a aktivovali sa stresové hormóny.

Zmeny nastali aj v organizme niektorých zdravých ľudí, no spôsobovali najmä únavu, zníženú pozornosť, bolesti hlavy, závraty a nepredstavovali vážnejšie nebezpečenstvo. Telá astronautov reagovali na zmeny o niečo silnejšie: vyvinuli sa u nich arytmie a zmenil sa cievny tonus. Experimenty na obežnej dráhe tiež ukázali, že sú to elektromagnetické polia, ktoré negatívne ovplyvňujú stav človeka, a nie iné faktory, ktoré pôsobia na Zem, ale vo vesmíre sú vylúčené. Okrem toho bola identifikovaná ďalšia „riziková skupina“ - zdraví ľudia s preťaženým adaptačným systémom spojeným s vystavením ďalšiemu stresu (v tomto prípade stav beztiaže, ktorý ovplyvňuje aj kardiovaskulárny systém).

Vedci dospeli k záveru, že geomagnetické búrky spôsobujú rovnaký adaptačný stres ako prudká zmena časových pásiem, ktorá narúša biologické cirkadiánne rytmy človeka. Náhle slnečné erupcie a iné prejavy slnečnej aktivity dramaticky menia relatívne pravidelné rytmy geomagnetického poľa Zeme, čo spôsobuje, že zvieratá a ľudia narúšajú svoje vlastné rytmy a vytvárajú adaptačný stres.

Zdraví ľudia sa s ňou vyrovnávajú pomerne ľahko, ale pre ľudí s patológiou kardiovaskulárneho systému, s preťaženým adaptačným systémom a pre novorodencov je potenciálne nebezpečná.

Nie je možné predvídať reakciu. Všetko závisí od mnohých faktorov: od stavu človeka, od povahy búrky, od frekvenčného spektra elektromagnetických oscilácií atď. Zatiaľ nie je známe, ako zmeny v geomagnetickom poli ovplyvňujú biochemické a biofyzikálne procesy prebiehajúce v tele: aké sú prijímače geomagnetických signálov-receptory, či človek reaguje na vystavenie elektromagnetickému žiareniu celým telom, jednotlivými orgánmi, resp. aj jednotlivé bunky. V súčasnosti sa na Ústave kozmického výskumu otvára heliobiologické laboratórium s cieľom skúmať vplyv slnečnej aktivity na ľudí.

9. N.V. Koronovský. MAGNETICKÉ POLE GEOLOGICKEJ MINULOSTI ZEME // Moskovská štátna univerzita. M.V. Lomonosov. Soros Educational Journal, N5, 1996, s. 56-63

Magnetické pole Zeme.

Hlavné problémy diskutované v prednáške:

1. Povaha geomagnetizmu.

2. Prvky magnetického poľa Zeme.

3. Štruktúra geomagnetického poľa.

4. Magnetosféra a radiačné pásy Zeme.

5. Svetské variácie geomagnetického poľa.

6. Anomálie geomagnetického poľa.

1. Povaha geomagnetizmu. Zemský magnetizmus alebo geomagnetizmus je vlastnosť Zeme ako nebeského telesa, ktorá určuje existenciu magnetického poľa okolo nej. Geomagnetológia je veda o Zemi.

Teória hydromagnetického dynama je založená na fakte, ktorý stanovili geofyzici, že v hĺbke 2900 km sa nachádza „tekuté“ vonkajšie jadro Zeme s dobrou elektrickou vodivosťou (106–105 S/m).

Myšlienku hydromagnetického dynama prvýkrát navrhol v roku 1919 Larmore v Anglicku, aby vysvetlil magnetizmus Slnka. Sovietsky fyzik Ya I. Frenkel v knihe Zemský magnetizmus (1947) vyjadril myšlienku, že tepelná konvekcia v zemskom jadre je práve dôvodom, ktorý aktivuje hydromagnetické dynamo zemského jadra.

Hlavné ustanovenia hypotézy hydromagnetického dynama sú nasledovné.

1. Vďaka takzvanému gyromagnetickému (z gréc. Gyro - pradenie, pradenie) efektu a rotácii Zeme pri jej vzniku mohlo vzniknúť veľmi slabé magnetické pole. Gyromagnetický efekt je magnetizácia feromagnetických telies v dôsledku ich rotácie a rotácie za určitých podmienok magnetizácie. Gyromagnetický efekt odhaľuje spojenie medzi mechanickými a magnetickými momentmi atómu.

2. Prítomnosť voľných elektrónov v jadre a rotácia Zeme v takom slabom magnetickom poli viedli k indukcii vírivých elektrických prúdov v jadre.

3. Indukované vírivé prúdy zase vytvárajú (generujú) magnetické pole, ako sa to deje v dynamách. Zvýšenie magnetického poľa Zeme by malo viesť k novému zvýšeniu vírivých prúdov v jadre a to by malo viesť k zvýšeniu magnetického poľa.

4. Proces podobný regenerácii pokračuje dovtedy, kým sa rozptyl energie v dôsledku viskozity jadra a jeho elektrického odporu nekompenzuje dodatočnou energiou vírivých prúdov a iných príčin.

Zemské jadro je teda podľa Frenkela akýmsi prirodzeným turbogenerátorom. Úlohu turbíny v ňom zohrávajú tepelné toky: zdvíhajú veľké masy roztaveného kovu, ktorý má vlastnosť kvapaliny, z hĺbky jadra nahor pozdĺž polomeru. Chladnejšie, a teda ťažšie častice horných vrstiev klesajú. Coriolisova sila ich „otáča“ okolo zemskej osi, čím vytvára obrovské cievky vo vnútri „zemského dynama“. V týchto uzavretých tokoch horúceho kovu, ako v závitoch drôtu na kotve obyčajného dynama, mal už dávno vzniknúť indukčný prúd. Postupne zmagnetizovala zemské jadro. Počiatočné veľmi slabé magnetické pole sa zintenzívňovalo, až časom dosiahlo svoju hraničnú hodnotu. Táto hranica bola dosiahnutá v dávnej minulosti. A hoci zemský turbogenerátor naďalej funguje, kinetická energia prúdov tekutého kovu sa už nevynakladá na magnetizáciu zemského jadra, ale úplne sa premieňa na teplo.

Magnetické pole Zeme existuje približne 3 miliardy rokov, čo je približne o 1,5 miliardy rokov mladšie ako jej vek. To znamená, že nebol relikt a bez obnovovacieho mechanizmu by nemohol existovať počas celej geologickej histórie Zeme.

2. Prvky magnetického poľa Zeme. V každom bode zemského povrchu je magnetické pole charakterizované vektorom celkovej intenzity Ht, ktorého veľkosť a smer určujú tri prvky zemského magnetizmu; horizontálna zložka napätia H, magnetickej deklinácie D a sklonu I. Magnetická deklinácia je uhol v horizontálnej rovine medzi geografickým a magnetickým poludníkom; magnetická inklinácia je uhol vo vertikálnej rovine medzi horizontálnou rovinou a smerom plného vektora Hm.

Veličiny H, X, Y, Z, D a I sa nazývajú prvky zemského magnetizmu, zatiaľ čo prvky H, X, Y a Z sa nazývajú silové zložky zemského magnetického poľa a D a I sa nazývajú uhlové. komponentov.

Celkový vektor sily magnetického poľa Zeme Ht, jeho silové zložky H, X, Y a Z majú rozmer A/m, deklináciu D a sklon I - uhlové stupne, minúty a sekundy. Sila magnetického poľa Zeme je relatívne nízka: celkový vektor Ht sa pohybuje od 52,5 A/m na póle do 26,3 A/m na rovníku.

Ryža. 5.1 – Prvky zemského magnetizmu

Absolútne hodnoty prvkov zemského magnetizmu sú malé, a preto sa na ich meranie používajú vysoko presné prístroje - magnetometre a magnetické variometre; Na meranie hodnôt H a Z sú používané variometre vybavené komplexnými opticko-mechanickými a kvantovými magnetometrami. Čiary spájajúce body na mape s rovnakou deklináciou D sa nazývajú izogóny, s rovnakým sklonom I - izokliny, s rovnakou H alebo Z - izodynami horizontálnych alebo vertikálnych zložiek celkového vektora napätia Ht a s rovnakým X alebo Y. - izodyny severnej alebo východnej zložky. Hodnoty prvkov zemského magnetizmu sa v čase neustále menia a preto sa magnetické mapy aktualizujú každých päť rokov.

3. Štruktúra geomagnetického poľa. Magnetické pole Zeme má heterogénnu štruktúru. Skladá sa z dvoch častí: konštantné a striedavé pole. Konštantné pole je spôsobené vnútornými zdrojmi magnetizmu; Zdrojmi striedavého poľa sú elektrické prúdy vo vyšších vrstvách atmosféry – ionosféra a magnetosféra. Na druhej strane konštantné magnetické pole je svojou povahou nehomogénne a pozostáva z niekoľkých častí. Preto vo všeobecnosti magnetické pole Zeme pozostáva z nasledujúcich polí:

Нт = Ho+Hm+Ha+Hв+δH, (5.1)

kde Нт – intenzita magnetického poľa Zeme; Ale je sila dipólového poľa vytvorená rovnomernou magnetizáciou zemegule; Nm – intenzita nedipólového alebo kontinentálneho poľa, vytvoreného vnútornými dôvodmi v dôsledku heterogenity hlbokých vrstiev Zeme; Na je anomálna sila poľa vytvorená rôznou magnetizáciou horných častí zemskej kôry; Нв – intenzita poľa, ktorej zdroj je spojený s vonkajšími príčinami; δH – intenzita magnetického poľa spôsobené vonkajšími príčinami.

Súčet polí Ho+Hm=NG tvorí hlavné magnetické pole Zeme. Anomálne pole pozostáva z dvoch častí: pole regionálneho charakteru Нр a pole lokálneho (miestneho) charakteru Нл. Lokálna anomália môže byť superponovaná na regionálnu anomáliu a potom Ha = Нр+Нл.

Súčet polí Ho+Hm+Hb sa zvyčajne nazýva normálne pole. Pole Hb však prispieva k celkovému geomagnetickému poľu Hb veľmi málo. Systematické štúdium geomagnetického poľa podľa magnetických observatórií a magnetických prieskumov ukazuje, že vonkajšie pole vo vzťahu k vnútornému poľu je menšie ako 1 %, a preto ho možno zanedbať. V tomto prípade sa normálne pole zhoduje s hlavným magnetickým poľom Zeme.

Geomagnetické póly sa nachádzajú tam, kde zemská magnetická os pretína zemský povrch. Hoci sa severný magnetický pól nachádza na južnej pologuli a južný na severnej pologuli, v každodennom živote sa nazývajú analogicky s geografickými pólmi.

V priebehu času magnetické póly menia svoju polohu. Severný magnetický pól sa teda pohybuje po povrchu Zeme o 20,5 m (7,5 km za rok) za deň a južný pól o 30 m (11 km za rok).

4. Magnetosféra a radiačné pásy Zeme. Magnetické pole Zeme existuje nielen v blízkosti zemského povrchu, ale aj vo veľkých vzdialenostiach od neho, čo bolo objavené pomocou vesmírnych rakiet a medziplanetárnych vesmírnych staníc. Vo vzdialenosti 10–14 polomerov Zeme sa geomagnetické pole stretáva s medzidoskovým magnetickým poľom a poľom takzvaného slnečného vetra. Slnečný vietor je výstup plazmy zo slnečnej koróny (koronálny plyn pozostávajúci hlavne z vodíka a hélia) do medziplanetárneho priestoru. Rýchlosť častíc slnečného vetra (protónov a elektrónov) je obrovská - asi 400 km/s, počet častíc (teliesok) je niekoľko desiatok na 1 cm 3, teplota do 1,5–2 miliónov stupňov. Na rozhraní magnetického poľa a magnetického poľa Zeme je intenzita asi (0,4–0,5)·10-2 A/m.

Oblasť pôsobenia magnetického poľa Zeme sa nazýva magnetosféra a jej vonkajšia hranica sa nazýva magnetopauza (obr. 5.3). Geomagnetické pole je výrazne ovplyvnené slnečným vetrom. Magnetosféra sa rozprestiera na obrovské vzdialenosti: najmenšia - smerom k Slnku - dosahuje 10-14 polomerov Zeme, najväčšia - na nočnej strane - asi 16 polomerov Zeme. Magnetický chvost má ešte väčšie rozmery (podľa údajov z umelých satelitov Zeme – stovky polomerov Zeme).

Obrázok 5.3 – Štruktúra magnetosféry Zeme: 1 – slnečný vietor; 2 – čelo tlmiča; 3 – magnetická dutina; 4 – magnetopauza; 5 – horná hranica polárnej magnetosférickej medzery; 6 – plazmový plášť; 7 – vonkajší radiačný pás alebo plazmová sféra; 9 – neutrálna vrstva; 10 – vrstva plazmy

Maximum vnútorného protónového pásu sa nachádza vo vzdialenosti 3,5 polomerov Zeme (22 tisíc km). Vo vnútri plazmovej sféry, blízko zemského povrchu, sa nachádza druhý pás elektrónového žiarenia. V blízkosti pólov sa tento pás nachádza vo vzdialenosti 100 km, ale jeho hlavná časť sa nachádza vo vzdialenosti 4,4 - 10 tisíc km od povrchu planéty. Elektróny v ňom majú energiu desiatok až stoviek keV. Intenzita tokov elektrónov sa odhaduje na 109 častíc na cm 2 /s, t.j. rádovo vyššia ako vo vonkajšom elektrónovom páse.

Sila žiarenia v radiačných pásoch je pomerne vysoká - niekoľko stoviek a dokonca tisíc biologických ekvivalentov röntgenového žiarenia za deň. Preto sa kozmické lode s astronautmi na palube vypúšťajú na obežnú dráhu umiestnenú pod týmito pásmi.

Ak by neexistovala magnetosféra, prúdy slnečného a kozmického vetra, ktoré by sa nestretli s odporom, by sa rútili na povrch Zeme a mali by škodlivý vplyv na všetky živé bytosti vrátane ľudí.

5. Svetské variácie geomagnetického poľa. Proces zmeny priemerných ročných hodnôt jedného alebo druhého prvku pozemského magnetizmu v priebehu niekoľkých desaťročí a storočí sa nazýva sekulárne variácie a ich zmena z roka na rok sa nazýva sekulárny priebeh.

Takzvaný efekt „zamrznutia magnetického poľa do materiálu“ nám umožňuje posúdiť minulosť geomagnetického poľa – jeho smer a intenzitu. Akákoľvek hornina, akákoľvek látka obsahujúca železo alebo iný feromagnetický prvok je neustále pod vplyvom magnetického poľa Zeme. Elementárne magnety v tomto materiáli majú tendenciu orientovať sa pozdĺž magnetických siločiar.

Ak sa materiál zahreje, dôjde k bodu, keď sa tepelný pohyb častíc stane takým energetickým, že zničí magnetický poriadok. Potom, keď sa materiál ochladí, potom, počnúc Curieovým bodom (Curiieho bod je teplota, pod ktorou sa horniny stávajú feromagnetickými; pre čisté železo je Curieov bod 769 ° C, pre magnetit - 580 ° C), prevláda magnetické pole. nad silami chaotického pohybu . Elementárne magnety sa opäť zoradia tak, ako im to prikáže magnetické pole, a zostanú v tejto polohe, kým sa telo opäť nezahreje. Zdá sa teda, že geomagnetické pole je „zamrznuté“ v materiáli.

V súčasnosti sa magnetické pole Zeme znižuje o 2,5 % za 100 rokov a približne o 4000 rokov, ak sa nezmení charakter tohto poklesu, by sa malo znížiť na nulu. Paleomagnetológovia však tvrdia, že sa tak nestane.

Ak spočítame všetky cyklické krivky s rôznymi periódami oscilácie magnetického poľa Zeme, dostaneme takzvanú „vyhladenú alebo spriemerovanú krivku“, ktorá sa celkom dobre zhoduje so sínusoidou s periódou 8000 rokov. V súčasnosti je celková hodnota oscilácií magnetického poľa na zostupnom segmente sínusoidy.

Rozdielne trvanie periód oscilácií geomagnetického poľa sa zrejme vysvetľuje nedostatočnou rovnováhou v pohyblivých častiach hydromagnetického dynama a ich rozdielnou elektrickou vodivosťou.

Inverzia je výmena magnetických pólov v miestach. Pri reverzáciách sa severný magnetický pól presúva na miesto juhu a južný na miesto severu.

Niekedy namiesto inverzie hovoria o „skoku“ pólov. Toto slovo vo vzťahu k pólom však nie je úplne vhodné, pretože póly sa nepohybujú tak rýchlo - podľa niektorých odhadov trvá „skok“ 5 a dokonca 10 tisíc rokov.

Za posledných 600 tisíc rokov sa ustanovilo 12 epoch zvrátenia geomagnetického poľa (Gottenborg - 10-12 tisíc rokov, Lachami - 20-24 tisíc rokov atď.). Je charakteristické, že významné geologické, klimatické a biologické zmeny na planéte sa zhodujú s týmito epochami.

6. Anomálie geomagnetického poľa. Magnetická anomália je odchýlka hodnôt prvkov zemského magnetizmu od normálnych hodnôt, ktoré by boli na danom mieste pozorované v prípade rovnomernej magnetizácie Zeme.

Ak sa na ktoromkoľvek mieste zistia náhle zmeny magnetickej deklinácie a sklonu, naznačuje to, že pod zemským povrchom sú ukryté horniny obsahujúce feromagnetické minerály. Patria sem magnetit, titanomagnetit, hematit atď. Magnetit má najväčšiu magnetickú susceptibilitu, preto je s jeho prítomnosťou v horninách spojený značný počet anomálií.

Magnetické anomálie sa podľa veľkosti delia na kontinentálne, regionálne a lokálne. Kontinentálne anomálie sú dôsledkom prítomnosti silných vírivých prúdov pod ich centrami. Príčinou regionálnych a lokálnych anomálií sú horniny so zvýšenými magnetickými vlastnosťami. Tieto horniny, ktoré sú v magnetickom poli Zeme, sa zmagnetizujú a vytvárajú dodatočné magnetické pole.

Magnetické vlastnosti sú v tej či onej miere vlastné všetkým horninám. Keď sa akýkoľvek kameň umiestni do magnetického poľa, každý prvok jeho objemu sa zmagnetizuje. Schopnosť látky meniť svoju magnetizáciu vplyvom vonkajšieho magnetického poľa sa nazýva magnetická susceptibilita. V závislosti od číselnej hodnoty a znaku magnetickej susceptibility sa všetky prírodné látky delia do troch skupín: diamagnetické, paramagnetické, feromagnetické. Navyše pre diamagnetické látky je magnetická susceptibilita negatívna a pre paramagnetické a feromagnetické látky je pozitívna.

Pre diamagnetické látky (kremeň, mramor, grafit, meď, zlato, striebro, olovo, voda atď.) je magnetizácia úmerná sile magnetického poľa a smeruje k nemu. Diamagnetické látky spôsobujú zoslabovanie magnetického poľa Zeme a prispievajú k vzniku negatívnych magnetických anomálií.

V paramagnetických látkach (metamorfované a vyvrelé horniny, alkalické kovy a pod.) je magnetizácia tiež úmerná sile magnetického poľa, ale na rozdiel od diamagnetických látok má rovnaký smer ako ona. Vo feromagnetických látkach (železo, nikel, kobalt atď.) je magnetizácia oveľa väčšia ako u dia- a paramagnetických látok, nie je úmerná sile magnetického poľa a silne závisí od teploty a „magnetickej prehistórie“ látky. .

Hlavný podiel na vzniku anomálií magnetického poľa majú feromagnetické minerály (magnetit, titanomagnetit, ilmenit a pod.) a horniny, ktoré ich obsahujú. Keďže vo všeobecnosti sa magnetická susceptibilita hornín pohybuje v širokých medziach (miliónkrát), intenzita anomálií magnetického poľa sa tiež pohybuje v širokých medziach.

Striedavé magnetické pole Zeme. Zdroje striedavých magnetických polí sa nachádzajú mimo zemského priestoru. Svojím pôvodom sú to indukčné prúdy, ktoré vznikajú vo vysokých vrstvách atmosféry (od sto do niekoľko tisíc kilometrov). Indukčné prúdy vznikajú výronom plazmy – prúdom nabitých častíc oboch znamení (teliesok) letiacich zo Slnka. Pri prenikaní do magnetického poľa Zeme sa ním zachytávajú telieska a spôsobujú množstvo zložitých javov, ako je ionizácia atmosféry, polárna žiara, vznik radiačných pásov Zeme atď.

Striedavé magnetické pole je superponované na hlavné magnetické pole Zeme a spôsobuje jeho rôzne variácie v čase. Niektoré z nich prebiehajú plynule a sledujú určitý vzor. Ide o takzvané periodické (nerušené) variácie. Iné sú chaotického charakteru, parametre geomagnetického poľa (periódy, amplitúdy, fázy) priebežne a prudko menia svoju hodnotu.

Solárne-denné variácie sú zmeny prvkov zemského magnetizmu s periódou rovnajúcou sa dĺžke slnečného dňa. Slnečné denné variácie prvkov zemského magnetizmu závisia od ročného obdobia a zemepisnej šírky, pretože sú určené intenzitou ultrafialových lúčov Slnka, a teda polohou Zeme voči Slnku. Je charakteristické, že fázy kmitov v zemepisnej šírke aj v ročnom období sa prakticky nemenia, menia sa najmä amplitúdy kmitov.

Lunárno-denné variácie prvkov zemského magnetizmu sú spojené s polohou Mesiaca voči horizontu a sú spôsobené vplyvom gravitácie Mesiaca na zemskú atmosféru. Lunárne-denné variácie prvkov zemského magnetizmu sú malé - tvoria len 10–15% slnečných-denných variácií.

Medzi narušené neperiodické oscilácie patria magnetické búrky. Jednou z ich charakteristických čŕt je náhlosť ich vzhľadu. Na pozadí celkom pokojného magnetického poľa, takmer v rovnakom okamihu na celej zemeguli, všetky prvky zemského magnetizmu náhle zmenia svoje hodnoty a ďalší priebeh búrky prechádza veľmi rýchlymi a nepretržitými zmenami.

Na základe intenzity (amplitúdy) sa magnetické búrky zvyčajne delia na slabé, stredné a veľké. Amplitúdy prvkov zemského magnetizmu počas veľmi veľkých magnetických búrok dosahujú niekoľko stupňov pre magnetickú deklináciu a –2–4 A/m alebo viac pre vertikálnu a horizontálnu zložku. Intenzita búrok sa zvyšuje od nízkych po vysoké geomagnetické zemepisné šírky. Trvanie búrok je zvyčajne niekoľko dní. Frekvencia a sila magnetických búrok závisí od slnečnej aktivity.

V posledných rokoch vedci začali získavať praktické výhody z magnetických búrok, pretože ich dokázali použiť na „sondovanie“ Zeme do veľkých hĺbok. Metóda štúdia vnútra Zeme pomocou magnetických porúch sa nazýva magneticko-telurické ozvučenie, pretože súčasne zohľadňuje magnetické poruchy a telurické (t. j. pozemské) prúdy nimi spôsobené v Zemi. V dôsledku magneticko-telurického snímania sa zistilo, že v hĺbke 300–400 km sa elektrická vodivosť Zeme prudko zvyšuje. Až do týchto hĺbok je Zem prakticky izolantom.

Na čo je potrebné magnetické pole Zeme, sa dozviete z tohto článku.

Akú hodnotu má magnetické pole Zeme?

V prvom rade chráni umelé satelity a obyvateľov planéty pred pôsobením častíc z vesmíru. Patria sem nabité, ionizované častice slnečného vetra. Keď vstúpia do našej atmosféry, magnetické pole zmení ich trajektóriu a nasmeruje ich pozdĺž siločiary.

Navyše sme vďaka nášmu magnetickému poľu vstúpili do éry nových technológií. Všetky moderné vyspelé zariadenia, ktoré pracujú s rôznymi pamäťovými zariadeniami (disky, karty), závisia priamo od magnetického poľa. Jeho napätie a stabilita priamo ovplyvňuje absolútne všetky informačné a počítačové systémy, pretože všetky informácie potrebné pre ich správnu činnosť sú umiestnené na magnetických médiách.

Preto môžeme s istotou povedať, že prosperita modernej civilizácie, „životaschopnosť“ jej technológií úzko závisí od stavu magnetického poľa našej planéty.

Aké je magnetické pole Zeme?

Magnetické pole Zeme je oblasť okolo planéty, kde pôsobia magnetické sily.

Čo sa týka jeho pôvodu, táto otázka ešte nie je definitívne vyriešená. Väčšina výskumníkov sa však prikláňa k názoru, že naša planéta vďačí za svoje magnetické pole jej jadru. Skladá sa z vnútornej pevnej a vonkajšej tekutej časti. Rotácia Zeme prispieva k konštantným prúdom v tekutom jadre. A to vedie k vzniku magnetického poľa okolo nich.

Väčšina planét v slnečnej sústave má v tej či onej miere magnetické polia. Ak ich umiestnite do radu v poradí podľa klesajúceho magnetického dipólového momentu, dostanete nasledujúci obrázok: Jupiter, Saturn, Zem, Merkúr a Mars. Hlavným dôvodom jeho výskytu je prítomnosť tekutého jadra.

V posledných dňoch sa na stránkach s vedeckými informáciami objavilo veľké množstvo správ o magnetickom poli Zeme. Napríklad správy, že sa v poslednom čase výrazne mení, alebo že magnetické pole prispieva k úniku kyslíka zo zemskej atmosféry, či dokonca, že kravy na pastvinách sú orientované podľa čiar magnetického poľa. Čo je magnetické pole a aké dôležité sú všetky tieto novinky?

je oblasť okolo našej planéty, kde pôsobia magnetické sily. Otázka pôvodu magnetického poľa ešte nie je úplne vyriešená. Väčšina výskumníkov sa však zhoduje v tom, že prítomnosť magnetického poľa Zeme je aspoň čiastočne spôsobená jej jadrom. Zemské jadro pozostáva z pevného vnútra a tekutého exteriéru. Rotácia Zeme vytvára konštantné prúdy v tekutom jadre. Ako si možno čitateľ pamätá z hodín fyziky, pohyb elektrických nábojov má za následok vznik magnetického poľa okolo nich.

Jedna z najbežnejších teórií vysvetľujúcich povahu poľa, teória dynamo efektu, predpokladá, že konvekčné alebo turbulentné pohyby vodivej tekutiny v jadre prispievajú k samobudeniu a udržiavaniu poľa v stacionárnom stave.

Zem možno považovať za magnetický dipól. Jeho južný pól sa nachádza na geografickom severnom póle a jeho severný pól je na južnom póle.

V skutočnosti sa geografické a magnetické póly Zeme nezhodujú nielen v „smere“. Os magnetického poľa je naklonená vzhľadom na os rotácie Zeme o 11,6 stupňa. Keďže rozdiel nie je veľmi výrazný, môžeme použiť kompas. Jeho šípka ukazuje presne na južný magnetický pól Zeme a takmer presne na severný geografický pól.

Vedci nevylučujú, že niektoré terestrické planéty nemajú kovové jadro, a preto im chýba magnetické pole. Doteraz sa predpokladalo, že planéty vyrobené z pevnej horniny, podobne ako Zem, obsahujú tri hlavné vrstvy: pevnú kôru, viskózny plášť a pevné alebo roztavené železné jadro. V nedávnom článku vedci z Massachusettského technologického inštitútu navrhli dva možné mechanizmy na vytváranie „kamenných“ planét bez jadra. Ak sa teoretické výpočty výskumníkov potvrdia pozorovaniami, potom bude treba prepísať vzorec na výpočet pravdepodobnosti stretnutia s humanoidmi vo Vesmíre, alebo aspoň niečo, čo pripomína ilustrácie z učebnice biológie.

Pozemšťania môžu tiež stratiť svoju magnetickú ochranu. Pravda, geofyzici zatiaľ nevedia presne povedať, kedy sa tak stane. Faktom je, že magnetické póly Zeme nie sú konštantné. Pravidelne menia miesta. Nie je to tak dávno, čo vedci zistili, že Zem si „pamätá“ obrátenie pólov. Analýza takýchto „spomienok“ ukázala, že za posledných 160 miliónov rokov magnetický sever a juh zmenili miesta asi 100-krát.

Naposledy k tejto udalosti došlo asi pred 720 tisíc rokmi.

Zmena pólov je sprevádzaná zmenou konfigurácie magnetického poľa.

V súčasnosti je ťažké povedať, akú hrozbu to pre ľudstvo predstavuje. Jedným z dôsledkov oslabenia intenzity poľa môže byť zvýšenie (aj keď nevýznamného) obsahu kyslíka v zemskej atmosfére. Spojenie medzi magnetickým poľom Zeme a týmto plynom bolo vytvorené pomocou satelitného systému Cluster, projektu Európskej vesmírnej agentúry.

Vedci zistili, že magnetické pole urýchľuje ióny kyslíka a „vrhá“ ich do vesmíru.

Napriek tomu, že magnetické pole nie je vidieť, obyvatelia Zeme to cítia dobre. Cestu si nájdu napríklad sťahovavé vtáky, ktoré sa na ňu zamerajú. Existuje niekoľko hypotéz vysvetľujúcich, ako presne vnímajú pole. Jeden z najnovších naznačuje, že vtáky vnímajú magnetické pole vizuálne. Špeciálne proteíny - kryptochrómy - v očiach sťahovavých vtákov sú schopné meniť svoju polohu vplyvom magnetického poľa. Autori teórie sa domnievajú, že kryptochrómy môžu fungovať ako kompas.

Morské korytnačky okrem vtákov využívajú namiesto GPS magnetické pole Zeme.

A ako ukázala analýza satelitných fotografií prezentovaných v rámci projektu Google Earth, kravy. Po preštudovaní fotografií 8 510 kráv v 308 oblastiach sveta vedci dospeli k záveru, že tieto zvieratá prednostne orientujú svoje telá zo severu na juh (alebo z juhu na sever). Navyše „referenčné body“ pre kravy nie sú geografické, ale skôr magnetické póly Zeme. Mechanizmus, ktorým kravy vnímajú magnetické pole, a dôvody tejto konkrétnej reakcie naň zostávajú nejasné.

Okrem uvedených pozoruhodných vlastností prispieva magnetické pole k výskytu polárnych žiaroviek. Vznikajú v dôsledku náhlych zmien v poli, ktoré sa vyskytujú v odľahlých oblastiach poľa.

Magnetické pole nebolo ignorované zástancami jednej z „konšpiračných teórií“ - teórie lunárneho podvodu. Ako už bolo spomenuté vyššie, magnetické pole nás chráni pred kozmickými časticami. „Zozbierané“ častice sa hromadia v určitých častiach poľa – takzvaných Van Alenových radiačných pásoch. Skeptici, ktorí neveria v realitu pristátia na Mesiaci, veria, že astronauti by počas letu radiačnými pásmi dostali smrteľnú dávku žiarenia.

V malej vzdialenosti od zemského povrchu, asi v troch jej polomeroch, majú magnetické siločiary dipólové usporiadanie. Táto oblasť sa nazýva plazmosféra Zeme.

Keď sa vzďaľujete od zemského povrchu, vplyv slnečného vetra sa zvyšuje: na strane Slnka sa geomagnetické pole stláča a na opačnej, nočnej strane sa tiahne do dlhého chvosta.

Plazmosféra

Prúdy v ionosfére majú citeľný vplyv na magnetické pole na povrchu Zeme. Táto oblasť hornej atmosféry siaha od nadmorských výšok okolo 100 km a viac. Obsahuje veľké množstvo iónov. Plazma je držaná magnetickým poľom Zeme, no jej stav je určený interakciou magnetického poľa Zeme so slnečným vetrom, čo vysvetľuje súvislosť medzi magnetickými búrkami na Zemi a slnečnými erupciami.

Možnosti poľa

Body na Zemi, v ktorých má intenzita magnetického poľa vertikálny smer, sa nazývajú magnetické póly. Na Zemi sú dva takéto body: severný magnetický pól a južný magnetický pól.

Priamka prechádzajúca magnetickými pólmi sa nazýva magnetická os Zeme. Veľký kruh v rovine, ktorá je kolmá na magnetickú os, sa nazýva magnetický rovník. Intenzita magnetického poľa v bodoch magnetického rovníka má približne horizontálny smer.

Priemerná intenzita poľa na zemskom povrchu je asi 0,5 Oe (40 A/m) a veľmi závisí od geografickej polohy. Sila magnetického poľa na magnetickom rovníku je asi 0,34 Oe (Oersted), na magnetických póloch je to asi 0,66 Oe. V niektorých oblastiach (v tzv. oblastiach magnetických anomálií) sa napätie prudko zvyšuje. V oblasti magnetickej anomálie Kursk dosahuje 2 Oe.

Dipólový magnetický moment Zeme v roku 1995 bol 7,812 x 10 25 G cm 3 (alebo 7,812 x 10 22 A m 2), pričom za posledné desaťročia klesal v priemere o 0,004 x 10 25 G cm 3 alebo 1/4 000 za rok.

Bežná aproximácia magnetického poľa Zeme je vo forme harmonického radu - Gaussovho radu.

Magnetické pole Zeme je charakterizované poruchami nazývanými geomagnetické pulzácie v dôsledku budenia hydromagnetických vĺn v magnetosfére Zeme; Frekvenčný rozsah pulzácií siaha od milihertzov po jeden kilohertz.

Magnetický meridián

Magnetické poludníky sú projekcie siločiar magnetického poľa Zeme na jej povrch; zložité krivky zbiehajúce sa na severných a južných magnetických póloch Zeme.

Hypotézy o povahe magnetického poľa Zeme

Nedávno bola vyvinutá hypotéza, ktorá spája vznik magnetického poľa Zeme s tokom prúdov v jadre tekutého kovu.

Vypočítalo sa, že zóna, v ktorej funguje mechanizmus „magnetického dynama“, sa nachádza vo vzdialenosti 0,25-0,3 polomeru Zeme. Podobný mechanizmus vytvárania poľa môže prebiehať aj na iných planétach, najmä v jadrách Jupitera a Saturnu (podľa niektorých predpokladov pozostávajúcich z tekutého kovového vodíka).

Zmeny v magnetickom poli Zeme

Štúdie zvyškovej magnetizácie získanej vyvretými horninami, keď sa ochladia pod bod Curie, naznačujú opakované inverzie zemského magnetického poľa, zaznamenané v pásových magnetických anomáliách oceánskej kôry, rovnobežných s osami stredooceánskych chrbtov.

Vznik pásových magnetických anomálií pri šírení.

Posun magnetických pólov Zeme

Posun magnetických pólov je zaznamenaný od roku 1885. Za posledných 100 rokov sa magnetický pól na južnej pologuli posunul takmer o 900 km a dostal sa do Indického oceánu. Najnovšie údaje o stave arktického magnetického pólu (pohybujúceho sa k východnej Sibírskej svetovej magnetickej anomálii cez Severný ľadový oceán) ukázali, 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 vypočítané, sú potvrdené meraniami severného magnetického pólu. Podľa údajov zo začiatku roku 2007 sa rýchlosť driftu severného magnetického pólu zvýšila z 10 km/rok v 70. rokoch na 60 km/rok v roku 2004.

Sila zemského magnetického poľa klesá, a to nerovnomerne.

Potvrdzuje to súčasný nárast uhla otvorenia hrotov (polárne medzery v magnetosfére na severe a juhu), ktorý do polovice 90. rokov dosiahol 45°. Radiačný materiál zo slnečného vetra, medziplanetárneho priestoru a kozmického žiarenia sa rútil do rozšírených medzier, v dôsledku čoho sa do polárnych oblastí dostáva viac hmoty a energie, čo môže viesť k dodatočnému zahrievaniu polárnych čiapok.

V minulosti došlo mnohokrát k prepólovaniu magnetických pólov a život zostal zachovaný. Otázka je za akú cenu. Ak, ako uvádzajú niektoré hypotézy, zemská magnetosféra na nejaký čas pri obrátení pólov zanikne, potom na Zem dopadne prúd kozmického žiarenia, ktorý predstavuje nebezpečenstvo pre obyvateľov súše, a ešte viac, ak zánik magnetosféra je spojená s úbytkom ozónovej vrstvy. Je povzbudzujúce, že počas obratu slnečného magnetického poľa, ku ktorému došlo v marci 2001, nebolo zaznamenané úplné zmiznutie slnečnej magnetosféry. Celý cyklus revolúcie magnetického poľa Slnka je 22 rokov.

Geomagnetické súradnice (McIlwainove súradnice)

Vo fyzike kozmického žiarenia sú špecifické súradnice v geomagnetickom poli pomenované po vedcovi Carlovi McIlwainovi, ktorý ako prvý navrhol ich použitie, pretože sú založené na invariantoch pohybu častíc v magnetickom poli. Bod v dipólovom poli je charakterizovaný dvoma súradnicami (L, B), kde L je takzvaný magnetický obal, alebo McIlwainov parameter (anglicky L-shell, L-value, McIlwain L-parameter), B je magnetický indukcia poľa (zvyčajne v Gs). Za parameter magnetického obalu sa zvyčajne považuje hodnota L, ktorá sa rovná pomeru priemernej vzdialenosti skutočného magnetického obalu od stredu Zeme v rovine geomagnetického rovníka k polomeru Zeme.

História výskumu

Schopnosť magnetizovaných predmetov umiestniť sa v určitom smere poznali Číňania už pred niekoľkými tisíckami rokov.

V roku 1544 nemecký vedec Georg Hartmann objavil magnetický sklon.

Prvú domnienku o prítomnosti magnetického poľa Zeme, ktoré spôsobuje takéto správanie magnetizovaných predmetov, vyslovil anglický lekár a prírodný filozof William Gilbert v roku 1600 vo svojej knihe „On the Magnet“ („De Magnete“), v ktorej opísal pokus s guľôčkou magnetickej rudy a malým železným šípom. Gilbert dospel k záveru, že Zem je veľký magnet. Pozorovania anglického astronóma Henryho Gellibranda ukázali, že geomagnetické pole nie je konštantné, ale mení sa pomaly.

José de Acosta (jeden zo zakladateľov geofyziky, podľa Humboldta) vo svojej Histórii (1590) prvýkrát objavil teóriu štyroch čiar bez magnetickej deklinácie (opísal použitie kompasu, uhol odchýlky, rozdiely medzi magnetickým a severný pól, hoci odchýlky boli známe už v 15. storočí, opísal kolísanie odchýlok od jedného bodu k druhému: napríklad na Azoroch;

Uhol, o ktorý sa magnetická strelka odchyľuje od severojužného smeru, sa nazýva magnetická deklinácia. Christopher Columbus zistil, že magnetická deklinácia nezostáva konštantná, ale mení sa so zmenami geografických súradníc. Kolumbov objav slúžil ako impulz pre nové štúdium magnetického poľa Zeme: námorníci o ňom potrebovali informácie.

V roku 1759 ruský vedec M. V. Lomonosov vo svojej správe „Rozprava o veľkej presnosti námornej cesty“ poskytol cenné rady na zvýšenie presnosti údajov kompasu. Na štúdium pozemského magnetizmu M. V. Lomonosov odporučil zorganizovať sieť stálych bodov (observatórií), v ktorých by sa mali vykonávať systematické magnetické pozorovania; Takéto pozorovania sa musia vykonávať široko na mori. Lomonosovova myšlienka zorganizovať magnetické observatóriá bola realizovaná až o 60 rokov neskôr v Rusku.

V roku 1831 anglický polárny bádateľ John Ross objavil magnetický pól na kanadskom súostroví - v oblasti, kde magnetická ihla zaujíma vertikálnu polohu, to znamená, že má sklon 90°. V roku 1841 dosiahol James Ross (synovec Johna Rossa) druhý magnetický pól Zeme, ktorý sa nachádzal v Antarktíde.

Carl Gauss (nem. Carl Friedrich Gauss) predložil teóriu o pôvode zemského magnetického poľa a v roku 1839 dokázal, že jeho hlavná časť vychádza zo Zeme a dôvod malých, krátkych odchýlok v jeho hodnotách. treba hľadať vo vonkajšom prostredí.

zdroj - Wikipedia- stiahnite si knihy o astronómii zadarmo

zdroj - Wikipedia- stiahnite si astronomické články a abstrakty zadarmo

zdroj - Wikipedia- kúpiť online

zdroj - Wikipedia- články z vedeckých časopisov

Obsah článku

MAGNETICKÉ POLE ZEME. Väčšina planét v slnečnej sústave má v tej či onej miere magnetické polia. V zostupnom poradí podľa dipólového magnetického momentu sú na prvom mieste Jupiter a Saturn, za nimi nasleduje Zem, Merkúr a Mars a vo vzťahu k magnetickému momentu Zeme je hodnota ich momentov 20 000, 500, 1, 3 /5000 3/10000. Dipólový magnetický moment Zeme v roku 1970 bol 7,98 10 25 G/cm 3 (alebo 8,3 10 22 A.m 2), pričom za desaťročie klesol o 0,04 10 25 G/cm 3. Priemerná intenzita poľa na povrchu je asi 0,5 Oe (5·10 –5 T). Tvar hlavného magnetického poľa Zeme do vzdialeností menších ako tri polomery je blízky poľu ekvivalentného magnetického dipólu. Jeho stred je posunutý voči stredu Zeme v smere 18° severnej šírky. a 147,8° vd. d. Os tohto dipólu je naklonená k osi rotácie Zeme o 11,5°. Geomagnetické póly sú oddelené rovnakým uhlom od zodpovedajúcich geografických pólov. Navyše, južný geomagnetický pól sa nachádza na severnej pologuli. V súčasnosti sa nachádza v blízkosti severného geografického pólu Zeme v severnom Grónsku. Jeho súradnice sú j = 78,6 + 0,04° T N, l = 70,1 + 0,07° T W, kde T je počet desaťročí od roku 1970. Na severnom magnetickom póle j = 75° S, l = 120,4°E (v Antarktíde). Skutočné magnetické siločiary magnetického poľa Zeme sú v priemere blízke siločiaram tohto dipólu, líšia sa od nich miestnymi nepravidelnosťami spojenými s prítomnosťou zmagnetizovaných hornín v kôre. V dôsledku sekulárnych variácií sa geomagnetický pól precesuje vzhľadom na geografický pól s periódou asi 1200 rokov. Na veľké vzdialenosti je magnetické pole Zeme asymetrické. Vplyvom prúdenia plazmy vychádzajúcej zo Slnka (slnečného vetra) sa magnetické pole Zeme deformuje a získava „stopu“ v smere od Slnka, ktorá siaha stovky tisíc kilometrov za obežnú dráhu Zeme. Mesiac.

Špeciálny odbor geofyziky, ktorý študuje pôvod a povahu magnetického poľa Zeme, sa nazýva geomagnetizmus. Geomagnetizmus uvažuje o problémoch vzniku a vývoja hlavnej, stálej zložky geomagnetické pole, charakter premennej zložky (asi 1% hlavného poľa), ako aj štruktúra magnetosféry - najvrchnejšie zmagnetizované plazmové vrstvy zemskej atmosféry interagujúce so slnečným vetrom a chráni Zem pred prenikajúcim kozmickým žiarením. Dôležitou úlohou je študovať vzory zmien geomagnetického poľa, pretože sú spôsobené vonkajšími vplyvmi spojenými predovšetkým so slnečnou aktivitou. .

Pôvod magnetického poľa.

Pozorované vlastnosti magnetického poľa Zeme sú v súlade s myšlienkou, že vzniká vďaka mechanizmu hydromagnetického dynama. Pri tomto procese dochádza k zosilneniu pôvodného magnetického poľa v dôsledku pohybov (zvyčajne konvekčných alebo turbulentných) elektricky vodivej hmoty v tekutom jadre planéty alebo v plazme hviezdy. Pri teplote látky niekoľko tisíc K je jej vodivosť dostatočne vysoká na to, aby konvekčné pohyby vyskytujúce sa aj v slabo magnetizovanom prostredí mohli vybudiť meniace sa elektrické prúdy, ktoré v súlade so zákonmi elektromagnetickej indukcie môžu vytvárať nové magnetické polia. Rozpad týchto polí buď vytvára tepelnú energiu (podľa Jouleovho zákona) alebo vedie k vzniku nových magnetických polí. V závislosti od povahy pohybov môžu tieto polia buď oslabiť alebo posilniť pôvodné polia. Na vylepšenie poľa stačí určitá asymetria pohybov. Nevyhnutnou podmienkou hydromagnetického dynama je teda samotná prítomnosť pohybov vo vodivom médiu a dostatočnou podmienkou je prítomnosť určitej asymetrie (špirálovitosti) vnútorných prúdov média. Keď sú tieto podmienky splnené, proces zosilnenia pokračuje, kým straty Jouleovým teplom, ktoré sa zvyšujú so zvyšujúcou sa silou prúdu, nevyrovnajú prílev energie prichádzajúcej v dôsledku hydrodynamických pohybov.

Dynamo efekt je samobudenie a udržiavanie magnetických polí v stacionárnom stave v dôsledku pohybu vodivej kvapalnej alebo plynnej plazmy. Jeho mechanizmus je podobný generovaniu elektrického prúdu a magnetického poľa v samobudiacom dyname. Vznik vlastných magnetických polí Slnka a planét Zeme, ako aj ich lokálnych polí, napríklad polí slnečných škvŕn a aktívnych oblastí, je spojený s efektom dynama.

Zložky geomagnetického poľa.

Vlastné magnetické pole Zeme (geomagnetické pole) možno rozdeliť do nasledujúcich troch hlavných častí.

1. Hlavné magnetické pole Zeme, ktoré v čase prechádza pomalými zmenami (sekulárne variácie) s periódami od 10 do 10 000 rokov, sústredené v intervaloch 10–20, 60–100, 600–1200 a 8000 rokov. Ten je spojený so zmenou dipólového magnetického momentu faktorom 1,5–2.

2. Globálne anomálie - odchýlky od ekvivalentného dipólu do 20 % intenzity jednotlivých oblastí s charakteristickými rozmermi do 10 000 km. Tieto anomálne polia zažívajú sekulárne variácie, ktoré vedú k zmenám v priebehu mnohých rokov a storočí. Príklady anomálií: brazílska, kanadská, sibírska, kurská. V priebehu sekulárnych variácií sa svetové anomálie posúvajú, rozpadávajú a znovu vznikajú. V nízkych zemepisných šírkach dochádza k západnému posunu zemepisnej dĺžky rýchlosťou 0,2° za rok.

3. Magnetické polia miestnych oblastí vonkajších obalov s dĺžkou od niekoľkých do stoviek km. Sú spôsobené magnetizáciou hornín v hornej vrstve Zeme, ktoré tvoria zemskú kôru a nachádzajú sa blízko povrchu. Jednou z najsilnejších je kurská magnetická anomália.

4. Striedavé magnetické pole Zeme (nazývané aj externé) je determinované zdrojmi v podobe prúdových sústav umiestnených mimo zemského povrchu a v jeho atmosfére. Hlavnými zdrojmi takýchto polí a ich zmien sú korpuskulárne toky magnetizovanej plazmy prichádzajúce zo Slnka spolu so slnečným vetrom a tvoriace štruktúru a tvar magnetosféry Zeme.

Štruktúra magnetického poľa zemskej atmosféry.

Magnetické pole Zeme je ovplyvnené tokom zmagnetizovanej slnečnej plazmy. V dôsledku interakcie so zemským poľom vzniká vonkajšia hranica blízkozemského magnetického poľa, nazývaná magnetopauza. Obmedzuje zemskú magnetosféru. Vplyvom slnečných korpuskulárnych tokov sa veľkosť a tvar magnetosféry neustále mení a vzniká striedavé magnetické pole, determinované vonkajšími zdrojmi. Za svoju variabilitu vďačí súčasným systémom vyvíjajúcim sa v rôznych nadmorských výškach od spodných vrstiev ionosféry až po magnetopauzu. Zmeny magnetického poľa Zeme v priebehu času spôsobené rôznymi príčinami sa nazývajú geomagnetické variácie, ktoré sa líšia trvaním, ako aj lokalizáciou na Zemi a v jej atmosfére.

Magnetosféra je oblasť blízkozemského priestoru riadená magnetickým poľom Zeme. Magnetosféra vzniká v dôsledku interakcie slnečného vetra s plazmou hornej atmosféry a magnetickým poľom Zeme. Tvar magnetosféry je kaverna a dlhý chvost, ktoré opakujú tvar magnetických siločiar. Subsolárny bod je v priemere vo vzdialenosti 10 polomerov Zeme a chvost magnetosféry siaha za obežnú dráhu Mesiaca. Topológia magnetosféry je určená oblasťami invázie slnečnej plazmy do magnetosféry a povahou súčasných systémov.

Vytvorí sa magnetotail siločiary magnetického poľa Zeme, vychádzajúce z polárnych oblastí a rozšírené vplyvom slnečného vetra na stovky zemských polomerov od Slnka až po nočnú stranu Zeme. V dôsledku toho sa zdá, že plazma slnečného vetra a solárnych korpuskulárnych tokov prúdi okolo zemskej magnetosféry, čo jej dáva zvláštny chvostový tvar. V chvoste magnetosféry, vo veľkých vzdialenostiach od Zeme, je sila magnetického poľa Zeme, a teda aj ich ochranné vlastnosti, oslabené a niektoré častice slnečnej plazmy sú schopné preniknúť a dostať sa do vnútra magnetosféry Zeme a magnetické pasce radiačných pásov. Prenikanie do hlavy magnetosféry do oblasti oválov polárnej žiary Vplyvom meniaceho sa tlaku slnečného vetra a medziplanetárneho poľa chvost slúži ako miesto pre tvorbu prúdov zrážacích častíc, ktoré spôsobujú polárne žiary a aurorálne prúdy. Magnetosféra je oddelená od medziplanetárneho priestoru magnetopauzou. Pozdĺž magnetopauzy prúdia častice korpuskulárnych tokov okolo magnetosféry. Vplyv slnečného vetra na magnetické pole Zeme je niekedy veľmi silný. Magnetopauza – vonkajšia hranica magnetosféry Zeme (alebo planéty), pri ktorej je dynamický tlak slnečného vetra vyvážený tlakom vlastného magnetického poľa. Pri typických parametroch slnečného vetra je subsolárny bod vzdialený 9–11 polomerov Zeme od stredu Zeme. Počas období magnetických porúch na Zemi môže magnetopauza presiahnuť geostacionárnu dráhu (6,6 polomerov Zeme). Pri slabom slnečnom vetre sa subsolárny bod nachádza vo vzdialenosti 15–20 polomerov Zeme.

Slnečný vietor -

výron plazmy zo slnečnej koróny do medziplanetárneho priestoru. Na úrovni obežnej dráhy Zeme je priemerná rýchlosť častíc slnečného vetra (protónov a elektrónov) asi 400 km/s, počet častíc niekoľko desiatok na 1 cm3.

Magnetická búrka.

Miestne charakteristiky magnetického poľa sa menia a kolíšu, niekedy aj mnoho hodín, a potom sa vrátia na svoju predchádzajúcu úroveň. Tento jav sa nazýva magnetická búrka. Magnetické búrky často začínajú náhle a súčasne na celom svete.

Geomagnetické variácie.

Zmeny magnetického poľa Zeme v priebehu času pod vplyvom rôznych faktorov sa nazývajú geomagnetické variácie. Rozdiel medzi pozorovanou silou magnetického poľa a jeho priemernou hodnotou za akékoľvek dlhé časové obdobie, napríklad mesiac alebo rok, sa nazýva geomagnetická variácia. Podľa pozorovaní sa geomagnetické variácie v priebehu času neustále menia a takéto zmeny sú často periodické.

Denné variácie. Denné odchýlky v geomagnetickom poli sa vyskytujú pravidelne, najmä v dôsledku prúdov v ionosfére Zeme spôsobených zmenami osvetlenia zemskej ionosféry Slnkom počas dňa.

Nepravidelné variácie. Nepravidelné zmeny v magnetickom poli vznikajú vplyvom toku slnečnej plazmy (slnečnej vietor) na magnetosféru Zeme, ako aj zmeny v magnetosfére a interakciu magnetosféry s ionosférou.

27 dňové variácie. 27-dňové variácie existujú ako tendencia nárastu geomagnetickej aktivity opakovať sa každých 27 dní, čo zodpovedá perióde rotácie Slnka vzhľadom na pozemského pozorovateľa. Tento vzor je spojený s existenciou dlhotrvajúcich aktívnych oblastí na Slnku, pozorovaných počas niekoľkých slnečných revolúcií. Tento vzorec sa prejavuje vo forme 27-dňovej opakovateľnosti magnetickej aktivity a magnetických búrok.

Sezónne variácie. Sezónne odchýlky v magnetickej aktivite sú s istotou identifikované na základe priemerných mesačných údajov o magnetickej aktivite získaných spracovaním pozorovaní počas niekoľkých rokov. Ich amplitúda sa zvyšuje so zvyšujúcou sa celkovou magnetickou aktivitou. Zistilo sa, že sezónne variácie magnetickej aktivity majú dve maximá zodpovedajúce obdobiam rovnodennosti a dve minimá zodpovedajúce obdobiam slnovratov. Dôvodom týchto variácií je vznik aktívnych oblastí na Slnku, ktoré sú zoskupené v zónach od 10 do 30° severnej a južnej heliografickej šírky. Preto v obdobiach rovnodennosti, keď sa roviny zemského a slnečného rovníka zhodujú, je Zem najviac náchylná na pôsobenie aktívnych oblastí na Slnko.

11 ročné variácie. Spojenie medzi slnečnou aktivitou a magnetickou aktivitou sa najzreteľnejšie prejavuje pri porovnaní dlhých sérií pozorovaní, násobkov 11-ročných období slnečnej aktivity. Najznámejším meradlom slnečnej aktivity je počet slnečných škvŕn. Zistilo sa, že v rokoch maximálneho počtu slnečných škvŕn dosahuje aj magnetická aktivita najväčšiu hodnotu, avšak nárast magnetickej aktivity je v pomere k nárastu slnečnej aktivity o niečo oneskorený, takže v priemere je toto oneskorenie jeden rok.

Storočia dlhé variácie– pomalé variácie prvkov zemského magnetizmu s periódami niekoľkých rokov alebo viac. Na rozdiel od denných, sezónnych a iných variácií vonkajšieho pôvodu sú sekulárne variácie spojené so zdrojmi ležiacimi v zemskom jadre. Amplitúda sekulárnych variácií dosahuje desiatky nT/rok zmeny priemerných ročných hodnôt takýchto prvkov sa nazývajú sekulárne variácie. Izoliary sekulárnych variácií sú sústredené okolo niekoľkých bodov - stredov alebo ohnísk sekulárnej variácie v týchto centrách dosahuje veľkosť sekulárnej variácie svoje maximálne hodnoty.

Radiačné pásy a kozmické lúče.

Radiačné pásy Zeme sú dve oblasti najbližšieho blízkozemského priestoru, ktoré obklopujú Zem vo forme uzavretých magnetických pascí.

Obsahujú obrovské toky protónov a elektrónov zachytených dipólovým magnetickým poľom Zeme. Magnetické pole Zeme má silný vplyv na elektricky nabité častice pohybujúce sa v blízkozemskom priestore. Existujú dva hlavné zdroje týchto častíc: kozmické žiarenie, t.j. energetické (od 1 do 12 GeV) elektróny, protóny a jadrá ťažkých prvkov, prichádzajúce takmer svetelnou rýchlosťou hlavne z iných častí Galaxie. A korpuskulárne toky menej energetických nabitých častíc (10 5 – 10 6 eV) vyvrhnutých Slnkom. V magnetickom poli sa elektrické častice pohybujú po špirále; trajektória častice sa zdá byť navinutá okolo valca, pozdĺž ktorého osi prebieha siločiara. Polomer tohto imaginárneho valca závisí od intenzity poľa a energie častice. Čím väčšia je energia častice, tým väčší je polomer (nazýva sa Larmorov polomer) pre danú intenzitu poľa. Ak je Larmorov polomer oveľa menší ako polomer Zeme, častica nedosiahne jej povrch, ale je zachytená magnetickým poľom Zeme. Ak je Larmorov polomer oveľa väčší ako polomer Zeme, častica sa pohybuje, ako keby neexistovalo žiadne magnetické pole, častice prenikajú do magnetického poľa Zeme v rovníkových oblastiach, ak je ich energia väčšia ako 10 9 eV. Takéto častice prenikajú do atmosféry a pri zrážke s jej atómami spôsobujú jadrové premeny, ktoré produkujú určité množstvo sekundárneho kozmického žiarenia. Tieto sekundárne kozmické lúče sa už detegujú na zemskom povrchu. Na štúdium kozmického žiarenia v jeho pôvodnej forme (primárne kozmické žiarenie) sa zariadenia zdvíhajú na raketách a umelých satelitoch Zeme. Približne 99 % energetických častíc, ktoré „prenikajú“ magnetickým štítom Zeme, sú kozmické lúče galaktického pôvodu a len asi 1 % sa tvorí na Slnku. Magnetické pole Zeme drží obrovské množstvo energetických častíc, elektrónov aj protónov. Ich energia a koncentrácia závisí od vzdialenosti od Zeme a geomagnetickej šírky. Častice vypĺňajú akoby obrovské prstence alebo pásy obopínajúce Zem okolo geomagnetického rovníka.

Edward Kononovič