Какъв ток създава земното магнитно поле. Привлекателна планета. За реализиране на проекта е необходимо

Повечето планети в Слънчевата система имат магнитни полета в една или друга степен.
Специален дял от геофизиката, който изучава произхода и природата на магнитното поле на Земята, се нарича геомагнетизъм. Геомагнетизмът разглежда проблемите на възникването и еволюцията на основния, постоянен компонент на геомагнитното поле, природата на променливия компонент (около 1% от основното поле), както и структурата на магнитосферата - най-горните магнетизирани плазмени слоеве на земната атмосфера, взаимодействайки със слънчевия вятър и предпазвайки Земята от проникващата космическа радиация. Важна задача е да се изследват моделите на вариации в геомагнитното поле, тъй като те са причинени от външни влияния, свързани предимно със слънчевата активност.

Това може да е изненадващо, но днес няма единна гледна точка относно механизма на възникване на магнитното поле на планетите, въпреки че хипотезата за магнитното хидродинамо, основана на признаването на съществуването на проводимо течно външно ядро, е почти универсална приет. Топлинната конвекция, тоест смесването на материята във външното ядро, допринася за образуването на пръстеновидни електрически токове. Скоростта на движение на материята в горната част на течното ядро ​​ще бъде малко по-ниска, а в долните слоеве - по-голяма спрямо мантията в първия случай и твърдото ядро ​​във втория. Такива бавни потоци причиняват образуването на пръстеновидни (тороидални) електрически полета със затворена форма, които не се простират извън ядрото. Поради взаимодействието на тороидални електрически полета с конвективни токове във външното ядро ​​възниква общо магнитно поле с диполна природа, чиято ос приблизително съвпада с оста на въртене на Земята. За да се „стартира“ такъв процес, е необходимо първоначално, поне много слабо, магнитно поле, което може да се генерира от жиромагнитния ефект, когато въртящо се тяло е намагнетизирано по посока на оста на въртене.

Слънчевият вятър също играе важна роля - поток от заредени частици, главно протони и електрони, идващи от Слънцето. За Земята слънчевият вятър е поток от заредени частици в постоянна посока и това не е нищо повече от електрически ток.

Според дефиницията на посоката на тока, той е насочен в посока, обратна на движението на отрицателно заредени частици (електрони), т.е. от Земята до Слънцето. Частиците, които образуват слънчевия вятър, имащи маса и заряд, се отнасят от горните слоеве на атмосферата в посоката на въртене на Земята. През 1958 г. е открит радиационният пояс на Земята. Това е огромна зона в космоса, покриваща Земята на екватора. В радиационния пояс основните носители на заряд са електроните. Тяхната плътност е с 2–3 порядъка по-висока от плътността на другите носители на заряд. И по този начин има електрически ток, причинен от насоченото кръгово движение на частиците на слънчевия вятър, отнесени от кръговото движение на Земята, генерирайки електромагнитно „вихрово“ поле.

Трябва да се отбележи, че магнитният поток, причинен от течението на слънчевия вятър, също прониква в потока от гореща лава, въртящ се със Земята вътре в него. В резултат на това взаимодействие в него се индуцира електродвижеща сила, под въздействието на която протича ток, който създава и магнитно поле. В резултат на това магнитното поле на Земята е полученото поле от взаимодействието на йоносферния ток и потока от лава.

Действителната картина на магнитното поле на Земята зависи не само от конфигурацията на текущия слой, но и от магнитните свойства на земната кора, както и от относителното местоположение на магнитните аномалии. Тук можем да направим аналогия с верига с ток в присъствието на феромагнитна сърцевина и без нея. Известно е, че феромагнитното ядро ​​не само променя конфигурацията на магнитното поле, но и значително го засилва.

Надеждно е установено, че магнитното поле на Земята реагира на слънчевата активност, но ако свържем появата на магнитното поле на планетите само с текущите слоеве в течното ядро, взаимодействащи със слънчевия вятър, тогава можем да заключим, че планетите на Слънчевата система, която има една и съща посока на въртене, трябва да има еднаква посока на магнитните полета. Въпреки това, например, Юпитер опровергава това твърдение.

Интересно е, че когато слънчевият вятър взаимодейства с възбуденото магнитно поле на Земята, върху Земята действа въртящ момент, насочен към въртенето на Земята. По този начин Земята, спрямо слънчевия вятър, се държи подобно на постояннотоков двигател със самовъзбуждане. Източник на енергия (генератор) в случая е Слънцето. Тъй като както магнитното поле, така и въртящият момент, действащ на земята, зависят от тока на Слънцето, а последният от степента на слънчевата активност, тогава с увеличаване на слънчевата активност въртящият момент, действащ на Земята, трябва да се увеличи и скоростта на нейното въртене трябва нараства.

Компоненти на геомагнитното поле

Собственото магнитно поле на Земята (геомагнитно поле) може да бъде разделено на следните три основни части - главно (вътрешно) магнитно поле на Земята, включително глобални аномалии, магнитни полета на локални зони на външни обвивки, променливо (външно) магнитно поле на Земята.

1. ОСНОВНО МАГНИТНО ПОЛЕ НА ЗЕМЯТА (вътрешно) , преживяващи бавни промени във времето (секуларни вариации) с периоди от 10 до 10 000 години, концентрирани в интервали от 10–20, 60–100, 600–1200 и 8000 години. Последното е свързано с промяна на диполния магнитен момент с фактор 1,5–2.

Линиите на магнитното поле, създадени от компютърен модел на геодинамото, показват как структурата на магнитното поле на Земята е по-проста извън него, отколкото вътре в ядрото (заплетени тръби в центъра). На повърхността на Земята повечето линии на магнитното поле излизат отвътре (дълги жълти тръби) на Южния полюс и навлизат навътре (дълги сини тръби) близо до Северния полюс.

Повечето хора обикновено не се замислят защо стрелката на компаса сочи север или юг. Но магнитните полюси на планетата не винаги са били разположени така, както са днес.

Изследванията на минералите показват, че магнитното поле на Земята е променило ориентацията си от север на юг и обратно стотици пъти през 4-5 милиарда години от съществуването на планетата. Нищо подобно обаче не се е случило през последните 780 хиляди години, въпреки факта, че средният период на обръщане на магнитните полюси е 250 хиляди години. Освен това геомагнитното поле е отслабнало с почти 10%, откакто е измерено за първи път през 30-те години на миналия век. XIX век (т.е. почти 20 пъти по-бързо, отколкото ако, след като е загубил източника си на енергия, намали силата си по естествен път). Идва ли следващата смяна на полюсите?

Източникът на трептенията на магнитното поле е скрит в центъра на Земята. Нашата планета, подобно на други тела в Слънчевата система, създава своето магнитно поле с помощта на вътрешен генератор, чийто принцип на работа е същият като на конвенционалния електрически, преобразувайки кинетичната енергия на движещите се частици в електромагнитно поле. В електрически генератор движението се извършва в завоите на намотка, а вътре в планета или звезда - в проводящо течно вещество. Огромна маса от разтопено желязо с обем 5 пъти по-голям от Луната циркулира в ядрото на Земята, образувайки така нареченото геодинамо.

През последните десет години учените разработиха нови подходи за изучаване на работата на геодинамото и неговите магнитни свойства. Сателитите предават ясни моментни снимки на геомагнитното поле на земната повърхност, а модерните техники за компютърно моделиране и създадените в лаборатория физически модели помагат за интерпретирането на данни от орбитални наблюдения. Експериментите доведоха учените до ново обяснение как се е случила реполяризацията в миналото и как може да започне в бъдеще.

Вътрешността на Земята съдържа разтопено външно ядро, където сложната турбулентна конвекция генерира геомагнитно поле.

Геодинамо енергия

Какво захранва геодинамото? До 40-те години. на миналия век физиците разпознаха три необходими условия за формирането на магнитното поле на планетата и последващите научни конструкции се основаваха на тези разпоредби. Първото условие е голям обем електропроводима течна маса, наситена с желязо, образуваща външното ядро ​​на Земята. Под него се намира вътрешното ядро ​​на Земята, състоящо се от почти чисто желязо, а над него има 2900 км твърда скала, плътна мантия и тънка кора, образуващи континенти и океанско дъно. Налягането върху ядрото, създадено от земната кора и мантия, е 2 милиона пъти по-високо от това на повърхността на Земята. Температурата на ядрото също е изключително висока – около 5000o по Целзий, колкото е и температурата на повърхността на Слънцето.

Гореописаните параметри на екстремната среда предопределят второто изискване за работата на геодинамото: необходимостта от източник на енергия, който да приведе течната маса в движение. Вътрешната енергия, отчасти от термичен и отчасти от химически произход, създава условия за изтласкване вътре в ядрото. Ядрото се нагрява повече отдолу, отколкото отгоре. (Високите температури са „зазидани“ вътре в него от образуването на Земята.) Това означава, че по-горещият, по-малко плътен метален компонент на ядрото има тенденция да се издига. Когато течната маса достигне горните слоеве, тя губи част от топлината си, предавайки я на горната мантия. След това течното желязо се охлажда, става по-плътно от околната маса и потъва. Процесът на преместване на топлина чрез повдигане и спускане на течна маса се нарича топлинна конвекция.

Третото необходимо условие за поддържане на магнитно поле е въртенето на Земята. Получената сила на Кориолис отклонява движението на издигащата се течна маса вътре в Земята по същия начин, както обръща океанските течения и тропическите циклони, чиито вихри на движение се виждат на сателитни изображения. В центъра на Земята силата на Кориолис усуква издигащата се течна маса в тирбушон или спирала, като разхлабена пружина.

Земята има богата на желязо течна маса, концентрирана в центъра й, достатъчно енергия за поддържане на конвекция и сила на Кориолис за завихряне на конвекционните токове. Този фактор е изключително важен за поддържане на работата на геодинамото в продължение на милиони години. Но са необходими нови знания, за да се отговори на въпроса как се формира магнитното поле и защо полюсите си сменят местата от време на време.

Реполяризация

Учените отдавна се чудят защо магнитните полюси на Земята си сменят местата от време на време. Последните изследвания на вихрови движения на разтопени маси вътре в Земята позволяват да се разбере как възниква реполяризацията.

На границата на мантията и ядрото е открито магнитно поле, много по-интензивно и по-сложно от полето на ядрото, в което се образуват магнитни трептения. Електрическите токове, възникващи в ядрото, предотвратяват директните измервания на неговото магнитно поле.

Важно е, че по-голямата част от геомагнитното поле се генерира само в четири широки области на границата между ядрото и мантията. Въпреки че геодинамото произвежда много силно магнитно поле, само 1% от неговата енергия се движи извън ядрото. Общата конфигурация на магнитното поле, измерена на повърхността, се нарича дипол, който през повечето време е ориентиран по протежение на оста на въртене на Земята. Както в полето на линеен магнит, основният геомагнитен поток е насочен от центъра на Земята в южното полукълбо и към центъра в северното полукълбо. (Иглата на компаса сочи към северния географски полюс, тъй като южният магнитен полюс на дипола е наблизо.) Космическите наблюдения показват, че магнитният поток има неравномерно глобално разпределение, най-голямото напрежение може да се види на антарктическото крайбрежие, под север Америка и Сибир.

Улрих Р. Кристенсен от Института Макс Планк за изследване на слънчевата система в Катленбург-Линдау, Германия, вярва, че тези огромни площи земя съществуват от хиляди години и се поддържат от постоянно развиваща се конвекция в ядрото. Възможно ли е подобни явления да са причина за обръщане на полюсите? Историческата геология показва, че промените на полюсите са настъпили за относително кратки периоди от време - от 4 хиляди до 10 хиляди години. Ако геодинамото беше спряло да работи, диполът щеше да съществува още 100 хиляди години. Бързата промяна на полярността дава основание да се смята, че някаква нестабилна позиция нарушава първоначалната полярност и предизвиква нова смяна на полюсите.

В някои случаи мистериозната нестабилност може да се обясни с някаква хаотична промяна в структурата на магнитния поток, която само случайно води до реполяризация. Но честотата на промените на полярността, която става все по-стабилна през последните 120 милиона години, показва възможността за външно регулиране. Една от причините за това може да бъде температурна разлика в долния слой на мантията и в резултат на това промяна в характера на излиянията на ядрото.

Някои симптоми на реполяризация бяха идентифицирани при анализиране на карти, направени от сателитите Magsat и Oersted. Готие Юло и колегите му от Парижкия геофизичен институт отбелязват, че дългосрочните промени в геомагнитното поле се случват на границата между ядрото и мантията на места, където посоката на геомагнитния поток е противоположна на нормалната за дадено полукълбо. Най-голямото от така нареченото обратно магнитно поле се простира от южния край на Африка на запад до Южна Америка. В тази област магнитният поток е насочен навътре, към ядрото, докато по-голямата част от него в южното полукълбо е насочена от центъра.

Региони, където магнитното поле е насочено в противоположна посока за дадено полукълбо, възникват, когато усукани и криволичещи линии на магнитно поле случайно пробият извън ядрото на Земята. Областите на обърнато магнитно поле могат значително да отслабят магнитното поле на земната повърхност, наречено дипол, и да показват началото на обръщане на полюсите на Земята. Те се появяват, когато нарастващата течна маса избутва хоризонтални магнитни линии нагоре в разтопеното външно ядро. Това конвективно изливане понякога извива и екструдира магнитната линия(и). В същото време ротационните сили на Земята причиняват спираловидна циркулация на стопилката, която може да затегне примката на екструдираната магнитна линия (b). Когато силата на плаваемост е достатъчно силна, за да изхвърли примката от ядрото, на границата на ядрото и мантията се образуват двойки петна от магнитен поток.

Най-значимото откритие, направено чрез сравняване на последните измервания на Ерстед с тези, направени през 1980 г., е, че продължават да се формират нови региони на магнитни обръщания, например на границата на ядрото и мантията под източното крайбрежие на Северна Америка и Арктика. Освен това идентифицираните по-рано области са нараснали и са се придвижили леко към полюсите. В края на 80-те години. ХХ век Дейвид Гъбинс от университета в Лийдс в Англия, изучавайки стари карти на геомагнитното поле, отбеляза, че разпространението, нарастването и изместването към полюсите на участъци от обратното магнитно поле обяснява спада на силата на дипола през историческото време.

Според теоретичните принципи за линиите на магнитното поле, малки и големи вихри, възникващи в течната среда на ядрото под въздействието на силата на Кориолис, усукват линиите на полето във възел. Всяко завъртане събира все повече и повече силови линии в ядрото, като по този начин увеличава енергията на магнитното поле. Ако процесът продължава безпрепятствено, магнитното поле се усилва за неопределено време. Въпреки това, електрическото съпротивление се разсейва и подравнява завоите на силовите линии достатъчно, за да спре спонтанното нарастване на магнитното поле и да продължи възпроизвеждането на вътрешна енергия.

Области с интензивни магнитни нормални и обратни полета се образуват на границата между ядрото и мантията, където малки и големи вихри взаимодействат с източно-западни магнитни полета, описани като тороидални, които проникват в ядрото. Турбулентните движения на течности могат да усучат тороидалните силови линии в бримки, наречени полоидални полета, които имат ориентация север-юг. Понякога се получава усукване, когато се повдигне течна маса. Ако такова изливане е достатъчно силно, върхът на полоидалната примка се изтласква от ядрото (вижте вмъкването вляво). В резултат на това изхвърляне се образуват две секции, в които примката пресича границата ядро-мантия. На един от тях възниква посока на магнитен поток, която съвпада с общата посока на диполното поле в дадено полукълбо; в друг участък потокът е насочен в обратна посока.

Когато въртенето приближава част от обърнатото магнитно поле по-близо до географския полюс, отколкото секцията с нормален поток, има отслабване на дипола, който е най-уязвим близо до неговите полюси. Това може да обясни обърнатото магнитно поле в Южна Африка. С глобалното начало на обръщане на полюсите, областите с обърнати магнитни полета могат да растат в целия регион близо до географските полюси.

Контурните карти на магнитното поле на Земята на границата между ядрото и мантията, съставени от сателитни измервания, показват, че по-голямата част от магнитния поток е насочен от центъра на Земята в южното полукълбо и към центъра в северното полукълбо. Но в някои области се очертава обратната картина. Регионите с обърнато магнитно поле нарастват по брой и размер между 1980 и 2000 г. Ако запълнят цялото пространство на двата полюса, може да настъпи реполяризация.

Модели за обръщане на полюсите

Картите на магнитното поле показват как при нормална полярност по-голямата част от магнитния поток е насочен от центъра на Земята (жълто) в южното полукълбо и към нейния център (синьо) в северното полукълбо (a). Началото на реполяризацията се бележи от появата на няколко области на обратно магнитно поле (синьо в южното полукълбо и жълто в северното полукълбо), напомнящи за формирането на неговите участъци на границата между ядрото и мантията. В продължение на приблизително 3 хиляди години те намалиха силата на диполното поле, което беше заменено от по-слабо, но по-сложно преходно поле на границата между ядрото и мантията (b). Обръщането на полюсите стана често срещано явление след 6 хиляди години, когато участъци от обратното магнитно поле (c) започнаха да преобладават на границата между ядрото и мантията. По това време на повърхността на Земята също се е проявило пълно обръщане на полюсите. Но само след още 3 хиляди години имаше пълна подмяна на дипола, включително ядрото на Земята (d).

Какво се случва с вътрешното магнитно поле днес?

Повечето от нас знаят, че географските полюси постоянно извършват сложни циклични движения в посоката на дневното въртене на Земята (прецесия на оста с период от 25 776 години). Обикновено тези движения се случват близо до въображаемата ос на въртене на Земята и не водят до забележимо изменение на климата. Прочетете повече за смяната на полюсите. Но малко хора забелязаха, че в края на 1998 г. общият компонент на тези движения се измести. В рамките на един месец полюсът се измести към Канада с 50 километра. В момента Северният полюс "пълзи" по 120-ия паралел на западната дължина. Може да се предположи, че ако сегашната тенденция на движение на полюсите се запази до 2010 г., северният полюс може да се измести с 3-4 хиляди километра. Крайната точка на дрейфа са Големите мечи езера в Канада. Южният полюс съответно ще се измести от центъра на Антарктида към Индийския океан.

Изместването на магнитните полюси се регистрира от 1885 г. През последните 100 години магнитният полюс в южното полукълбо се премести на почти 900 км и навлезе в Индийския океан. Последните данни за състоянието на арктическия магнитен полюс (движещ се към източносибирската световна магнитна аномалия през Северния ледовит океан): показват, че от 1973 до 1984 г. неговият пробег е бил 120 км, от 1984 до 1994 г. – повече от 150 км. Характерното е, че тези данни са изчислени, но те са потвърдени от конкретни измервания на северния магнитен полюс.Според данни в началото на 2002 г. скоростта на дрейфа на северния магнитен полюс се е увеличила от 10 km/година през 70-те години до 40 км/година през 2001 г.

Освен това силата на земното магнитно поле пада и то много неравномерно. Така през последните 22 години той е намалял средно с 1,7 процента, а в някои региони - например в Южния Атлантически океан - с 10 процента. Но на някои места на нашата планета силата на магнитното поле, противно на общата тенденция, дори леко се е увеличила.

Подчертаваме, че ускорението на движението на полюсите (средно с 3 км/година на десетилетие) и движението им по коридорите на инверсия на магнитните полюси (повече от 400 палеоинверсии направиха възможно идентифицирането на тези коридори) ни кара да подозираме, че това движението на полюсите не трябва да се разглежда като екскурзия, а като обръщане на магнитното поле на Земята.

Ускорението може да доведе движението на полюсите до 200 км годишно, така че обръщането ще се извърши много по-бързо от очакваното от изследователи, които са далеч от професионалните оценки на реалните процеси на обръщане на полярността.

В историята на Земята промените в положението на географските полюси са се случвали многократно и това явление е свързано предимно с заледяването на огромни земни площи и драматичните промени в климата на цялата планета. Но само последната катастрофа, най-вероятно свързана с изместване на полюсите, настъпила преди около 12 хиляди години, получи отзвук в човешката история. Всички знаем, че мамутите са изчезнали. Но всичко беше много по-сериозно.

Изчезването на стотици животински видове е извън съмнение. Има дискусии за Потопа и смъртта на Атлантида. Но едно е сигурно – ехото от най-голямата катастрофа в паметта на човечеството има реална основа. И най-вероятно е причинено от изместване на полюсите от само 2000 км.

Моделът по-долу показва магнитното поле вътре в ядрото (група полеви линии в центъра) и появата на дипол (дълги извити линии) 500 години (a) преди средата на реполяризацията на магнитния дипол (b) и 500 години по-късно на етапа на завършване (c).

Магнитно поле на геоложкото минало на Земята

През последните 150 милиона години реполяризацията е настъпила стотици пъти, както се вижда от минералите, намагнетизирани от полето на Земята по време на нагряването на скалите. След това скалите се охладиха и минералите запазиха предишната си магнитна ориентация.

Скали на обръщане на магнитното поле: I – за последните 5 милиона години; II – през последните 55 милиона години. Черен цвят – нормално намагнитване, бял цвят – обратно намагнитване (по W.W. Harland et al., 1985)

Обръщанията на магнитното поле са промяна в знака на осите на симетричен дипол. През 1906 г. Б. Брун, измервайки магнитните свойства на неогенските, сравнително млади лави в централна Франция, открива, че тяхната магнетизация е противоположна по посока на съвременното геомагнитно поле, т.е. северният и южният магнитни полюси изглежда са разменили местата си. Наличието на обратно намагнетизирани скали не е следствие от някакви необичайни условия по време на образуването му, а резултат от инверсия на магнитното поле на Земята в момента. Обръщането на полярността на геомагнитното поле е най-важното откритие в палеомагнетологията, което направи възможно създаването на новата наука магнитостратиграфия, която изучава разделянето на скалните отлагания въз основа на тяхната директна или обратна магнетизация. И основното тук е да се докаже синхронността на тези обръщания на знаците по цялото земно кълбо. В този случай геолозите разполагат с много ефективен метод за корелиране на седименти и събития в ръцете си.

В реалното магнитно поле на Земята времето, през което се променя знакът на полярността, може да бъде или кратко, до хиляда години, или милиони години.
Времевите интервали на преобладаване на която и да е полярност се наричат ​​геомагнитни епохи, а някои от тях носят имената на изключителните геомагнитолози Брунес, Матуяма, Гаус и Хилберт. В рамките на епохите се разграничават по-кратки интервали от една или друга полярност, наречени геомагнитни епизоди. Най-ефективната идентификация на интервали с пряка и обратна полярност на геомагнитното поле беше извършена за геологично млади потоци лава в Исландия, Етиопия и други места. Ограничение на тези изследвания е, че изригването на лава е периодичен процес, така че е възможно някои магнитни епизоди да са били пропуснати.

Когато стана възможно да се определи позицията на палеомагнитните полюси на интересуващия ни интервал от време, като се използват избрани скали от същата възраст, но взети на различни континенти, се оказа, че изчисленият среден полюс, да речем, за скали от горна юра ( 170 - 144 милиона години) на Северна Америка и същият полюс за същите скали в Европа ще бъде на различни места. Изглеждаше, че има два северни полюса, което не може да се случи с диполна система. За да има един северен полюс, положението на континентите на повърхността на Земята трябваше да се промени. В нашия случай това означава сближаване на Европа и Северна Америка до съвпадане на ръбовете на шелфа им, тоест до дълбочина на океана от около 200 м. С други думи, не се движат полюсите, а континентите.

Използването на палеомагнитния метод позволи да се извършат подробни реконструкции на отварянето на сравнително младите Атлантически, Индийски и Северен ледовит океан и да се разбере историята на развитието на по-древния Тихи океан. Сегашното разположение на континентите е резултат от разпадането на суперконтинента Пангея, започнало преди около 200 милиона години. Линейното магнитно поле на океаните дава възможност да се определи скоростта на движение на плочите, а моделът му предоставя най-добрата информация за геодинамичен анализ.

Благодарение на палеомагнитните изследвания беше установено, че разделянето на Африка и Антарктида е станало преди 160 милиона години. Най-древните аномалии на възраст 170 милиона години (средна юра) са открити по бреговете на Атлантическия океан край бреговете на Северна Америка и Африка. Това е времето, когато суперконтинентът започва да се разпада. Южният Атлантик е възникнал преди 120 - 110 милиона години, а Северният Атлантик много по-късно (преди 80 - 65 милиона години) и т.н. Подобни примери могат да бъдат дадени за всеки от океаните и, сякаш „четейки“ палеомагнитния запис, може да се реконструира историята на тяхното развитие и движението на литосферните плочи.

Световни аномалии– отклонения от еквивалентния дипол до 20% от интензитета на отделни зони с характерни размери до 10 000 км. Тези аномални полета изпитват вековни вариации, което води до промени във времето в продължение на много години и векове. Примери за аномалии: бразилска, канадска, сибирска, курска. В хода на вековните вариации глобалните аномалии се изместват, разпадат се и се появяват отново. В ниските географски ширини има западно отклонение на дължината със скорост от 0,2° годишно.

2. МАГНИТНИ ПОЛЕТА НА ЛОКАЛНИ ОБЛАСТИ външни обвивкис дължина от няколко до стотици км. Те се причиняват от намагнитването на скалите в горния слой на Земята, които изграждат земната кора и се намират близо до повърхността. Една от най-мощните е Курската магнитна аномалия.

3. ПРОМЕНЯЩО се МАГНИТНО ПОЛЕ НА ЗЕМЯТА (наричан още външен) се определя от източници под формата на токови системи, разположени извън земната повърхност и в нейната атмосфера. Основните източници на такива полета и техните промени са корпускулярни потоци от магнетизирана плазма, идващи от Слънцето заедно със слънчевия вятър и формиращи структурата и формата на магнитосферата на Земята.

Първо, ясно е, че тази структура има „пластова“ форма. Въпреки това, понякога може да се наблюдава "разкъсване" на горните слоеве, което очевидно се случва под въздействието на нарастващия слънчев вятър. Например като тук:

В същото време степента на „нагряване“ зависи от скоростта и плътността на слънчевия вятър в такъв момент, отразява се в цветовата скала от жълто до виолетово, което всъщност отразява количеството налягане върху магнитното поле в тази зона (фигура горе вдясно).

Структура на магнитното поле на земната атмосфера (външното магнитно поле на Земята)

Магнитното поле на Земята се влияе от потока на магнетизирана слънчева плазма. В резултат на взаимодействие със земното поле се образува външната граница на околоземното магнитно поле, т.нар. магнитопауза. Той ограничава земната магнитосфера. Поради влиянието на слънчевите корпускулярни потоци, размерът и формата на магнитосферата непрекъснато се променят и възниква променливо магнитно поле, което се определя от външни източници. Променливостта му дължи произхода си на настоящите системи, развиващи се на различни височини от долните слоеве на йоносферата до магнитопаузата. Промените в магнитното поле на Земята във времето, причинени от различни причини, се наричат ​​геомагнитни вариации, които се различават както по продължителност, така и по локализация на Земята и в нейната атмосфера.

Магнитосферата е област от околоземното пространство, контролирана от магнитното поле на Земята. Магнитосферата се образува в резултат на взаимодействието на слънчевия вятър с плазмата на горните слоеве на атмосферата и магнитното поле на Земята. Формата на магнитосферата е кухина и дълга опашка, които повтарят формата на линиите на магнитното поле. Подслънчевата точка е средно на разстояние 10 земни радиуса, а опашката на магнитосферата се простира отвъд орбитата на Луната. Топологията на магнитосферата се определя от областите на нахлуване на слънчева плазма в магнитосферата и естеството на текущите системи.

Опашката на магнитосферата се формира от силовите линии на магнитното поле на Земята, излизащи от полярните региони и удължени под въздействието на слънчевия вятър до стотици земни радиуси от Слънцето до нощната страна на Земята. В резултат на това плазмата на слънчевия вятър и слънчевите корпускулярни потоци изглежда текат около земната магнитосфера, придавайки й особена форма на опашка.
В опашката на магнитосферата, на големи разстояния от Земята, силата на земното магнитно поле и следователно техните защитни свойства са отслабени и някои частици от слънчевата плазма могат да проникнат и да навлязат във вътрешността на земната магнитосфера и магнитни капани на радиационни пояси. Прониквайки в главата на магнитосферата в областта на авроралните овали под въздействието на променящото се налягане на слънчевия вятър и междупланетното поле, опашката служи като място за образуване на потоци от утаяващи частици, причиняващи сияния и аврорални токове. Магнитосферата е отделена от междупланетното пространство чрез магнитопауза. По дължината на магнитопаузата частици от корпускулярни потоци текат около магнитосферата. Влиянието на слънчевия вятър върху магнитното поле на Земята понякога е много силно. Магнитопаузата е външната граница на магнитосферата на Земята (или планетата), при която динамичното налягане на слънчевия вятър се балансира от налягането на собственото му магнитно поле. При типичните параметри на слънчевия вятър подслънчевата точка е на разстояние 9–11 земни радиуса от центъра на Земята. По време на периоди на магнитни смущения на Земята, магнитопаузата може да излезе извън геостационарната орбита (6,6 земни радиуса). При слаб слънчев вятър подслънчевата точка се намира на разстояние 15–20 земни радиуса.

Геомагнитни вариации

Промените в магнитното поле на Земята във времето под въздействието на различни фактори се наричат ​​геомагнитни вариации. Разликата между наблюдаваната сила на магнитното поле и неговата средна стойност за всеки дълъг период от време, например месец или година, се нарича геомагнитна вариация. Според наблюденията геомагнитните вариации се променят непрекъснато във времето и тези промени често са периодични.

Ежедневни вариации геомагнитните полета възникват редовно, главно поради течения в йоносферата на Земята, причинени от промени в осветеността на йоносферата на Земята от Слънцето през деня.

Дневна геомагнитна вариация за периода 19.03.2010 12:00 до 21.03.2010 00:00

Магнитното поле на Земята се описва със седем параметъра. За да измерим земното магнитно поле във всяка точка, трябва да измерим посоката и силата на полето. Параметри, описващи посоката на магнитното поле: деклинация (D), наклон (I). D и I се измерват в градуси. Общата напрегнатост на полето (F) се описва от хоризонталния компонент (H), вертикалния компонент (Z) и северния (X) и източния (Y) компонент на хоризонталния интензитет. Тези компоненти могат да бъдат измерени в ерстеди (1 ерстед = 1 гаус), но обикновено в нанотесла (1nT x 100 000 = 1 ерстед).

Неправилни вариации магнитните полета възникват поради влиянието на потока от слънчева плазма (слънчев вятър) върху магнитосферата на Земята, както и промените в магнитосферата и взаимодействието на магнитосферата с йоносферата.

Фигурата по-долу показва (отляво надясно) изображения на текущото магнитно поле, налягане, конвекционни токове в йоносферата, както и графики на промените в скоростта и плътността на слънчевия вятър (V, Dens) и стойностите на вертикалните и източните компоненти на външното магнитно поле на Земята.

27 дневни вариации съществува като тенденция за повтаряне на нарастването на геомагнитната активност на всеки 27 дни, съответстващи на периода на въртене на Слънцето спрямо земен наблюдател. Този модел е свързан със съществуването на дълготрайни активни области на Слънцето, наблюдавани по време на няколко слънчеви революции. Този модел се проявява под формата на 27-дневна повторяемост на магнитната активност и магнитните бури.

Сезонни вариации магнитната активност са уверено идентифицирани въз основа на средномесечни данни за магнитната активност, получени чрез обработка на наблюдения в продължение на няколко години. Тяхната амплитуда нараства с увеличаване на общата магнитна активност. Установено е, че сезонните вариации на магнитната активност имат два максимума, съответстващи на периодите на равноденствията, и два минимума, съответстващи на периодите на слънцестоенето. Причината за тези вариации е образуването на активни области на Слънцето, които са групирани в зони от 10 до 30° северна и южна хелиографска ширина. Следователно в периодите на равноденствие, когато равнините на земния и слънчевия екватори съвпадат, Земята е най-податлива на действието на активни области върху Слънцето.

11 годишни вариации. Връзката между слънчевата активност и магнитната активност се проявява най-ясно при сравняване на дълги серии от наблюдения, кратни на 11-годишни периоди на слънчева активност. Най-известната мярка за слънчевата активност е броят на слънчевите петна. Установено е, че в годините на максимален брой слънчеви петна магнитната активност също достига най-голямата си стойност, но нарастването на магнитната активност е малко забавено по отношение на увеличаването на слънчевата активност, така че средно това забавяне е една година.

Вековни вариации – бавни вариации на елементите на земния магнетизъм с периоди от няколко години или повече. За разлика от дневните, сезонните и други вариации с външен произход, вековните вариации са свързани с източници, лежащи в земното ядро. Амплитудата на вековните вариации достига десетки nT/година; промените в средните годишни стойности на такива елементи се наричат ​​вековни вариации. Изолиниите на секуларните вариации са концентрирани около няколко точки - центрове или огнища на секуларните вариации; в тези центрове величината на секуларните вариации достига максималните си стойности.

Магнитна буря - въздействие върху човешкия организъм

Локалните характеристики на магнитното поле се променят и флуктуират, понякога в продължение на много часове, след което се възстановяват до предишното си ниво. Това явление се нарича магнитна буря. Магнитните бури често започват внезапно и едновременно по целия свят.

Ден след слънчевото изригване ударната вълна на слънчевия вятър достига орбитата на Земята и започва магнитна буря. Тежко болните пациенти ясно реагират от първите часове след изригването на Слънцето, останалите - от момента, в който бурята започна на Земята. Общото за всички е промяна в биоритмите през тези часове. Броят на случаите на инфаркт на миокарда се увеличава в деня след избухването (около 2 пъти повече в сравнение с магнитно спокойните дни). В същия ден започва магнитосферна буря, причинена от изригването. При абсолютно здрави хора имунната система се активира, може да има повишаване на работоспособността и подобряване на настроението.

Забележка:геомагнитното спокойствие, продължаващо няколко дни или повече подред, има депресиращ ефект върху тялото на градския жител по много начини, като буря - причинявайки депресия и отслабен имунитет. Лекото „отскачане” на магнитното поле в диапазона Kp = 0 – 3 помага за по-лесното понасяне на промените в атмосферното налягане и други атмосферни фактори.

Приема се следната градация на стойностите на Kp-индекса:

Kp = 0-1 – геомагнитната обстановка е спокойна (затишие);

Kp = 1-2 – геомагнитна обстановка от спокойна до слабо смутена;

Kp = 3-4 – от леко нарушено до нарушено;

Kp = 5 и повече – слаба магнитна буря (ниво G1);

Kp = 6 и повече – средна магнитна буря (ниво G2);

Kp = 7 и повече – силна магнитна буря (ниво G3); възможни са злополуки, влошаване на здравето при зависими от времето хора

Kp = 8 и повече – много силна магнитна буря (ниво G4);

Kp = 9 – изключително силна магнитна буря (ниво G5) – максималната възможна стойност.

Онлайн наблюдение на състоянието на магнитосферата и магнитните бури тук:

В резултат на многобройни изследвания, проведени в Института за космически изследвания (IKI), Института за земен магнетизъм, йоносфера и разпространение на радиовълните (IZMIRAN), Медицинска академия. ТЯХ. Сеченов и Института по медико-биологични проблеми на Руската академия на науките се оказа, че по време на геомагнитни бури при пациенти с патологии на сърдечно-съдовата система, особено тези, които са претърпели инфаркт на миокарда, кръвното налягане скочи, вискозитетът на кръвта значително се увеличи, скоростта на протичане в капилярите се забавя, съдовият тонус се променя и хормоните на стреса се активират.

Промени са настъпили и в организма на някои здрави хора, но те са предизвикали предимно умора, намалено внимание, главоболие, световъртеж и не представляват сериозна опасност. Телата на астронавтите реагираха малко по-силно на промените: те развиха аритмии и промениха съдовия тонус. Експериментите в орбита също показаха, че именно електромагнитните полета влияят негативно на човешкото състояние, а не други фактори, които действат на Земята, но са изключени в космоса. Освен това беше идентифицирана друга „рискова група“ - здрави хора с пренапрегната система за адаптация, свързана с излагане на допълнителен стрес (в този случай безтегловност, която също засяга сърдечно-съдовата система).

Изследователите стигнаха до извода, че геомагнитните бури причиняват същия адаптивен стрес като рязката промяна на часовите зони, което нарушава биологичните циркадни ритми на човека. Внезапните слънчеви изригвания и други прояви на слънчева активност драматично променят относително редовните ритми на геомагнитното поле на Земята, което кара животните и хората да нарушават собствените си ритми и генерират адаптивен стрес.

Здравите хора се справят с него сравнително лесно, но за хора с патологии на сърдечно-съдовата система, с пренатоварена адаптационна система и за новородени, това е потенциално опасно.

Невъзможно е да се предвиди реакцията. Всичко зависи от много фактори: от състоянието на човека, от естеството на бурята, от честотния спектър на електромагнитните трептения и др. Все още не е известно как промените в геомагнитното поле влияят на биохимичните и биофизичните процеси, протичащи в тялото: какви са приемниците на геомагнитни сигнали-рецептори, дали човек реагира на излагане на електромагнитно излъчване с цялото тяло, отделни органи или дори отделни клетки. В момента, за да се изследва влиянието на слънчевата активност върху хората, в Института за космически изследвания се открива лаборатория по хелиобиология.

9. Н. В. Короновски. МАГНИТНО ПОЛЕ НА ГЕОЛОГИЧЕСКОТО МИНАЛО НА ЗЕМЯТА // Московски държавен университет. М. В. Ломоносов. Soros Educational Journal, N5, 1996, p. 56-63

През последните дни в сайтовете за научна информация се появи голямо количество новини за магнитното поле на Земята. Например новини, че то се е променило значително напоследък или че магнитното поле допринася за изтичането на кислород от земната атмосфера, или дори че кравите на пасищата са ориентирани по линиите на магнитното поле. Какво е магнитно поле и колко важни са всички тези новини?

Магнитното поле на Земята е зоната около нашата планета, където действат магнитните сили. Въпросът за произхода на магнитното поле все още не е напълно решен. Повечето изследователи обаче са съгласни, че наличието на магнитно поле на Земята поне отчасти се дължи на нейното ядро. Земното ядро ​​се състои от твърда вътрешност и течна външна част. Въртенето на Земята създава постоянни течения в течното ядро. Както читателят може би си спомня от уроците по физика, движението на електрически заряди води до появата на магнитно поле около тях.

Една от най-разпространените теории, обясняващи природата на полето, теорията на динамото ефекта, предполага, че конвективните или турбулентни движения на проводяща течност в сърцевината допринасят за самовъзбуждане и поддържане на полето в стационарно състояние.

Земята може да се разглежда като магнитен дипол. Южният му полюс се намира на географския северен полюс, а северният му полюс, съответно, е на южния полюс. Всъщност географските и магнитните полюси на Земята не съвпадат не само по „посока“. Оста на магнитното поле е наклонена спрямо оста на въртене на Земята с 11,6 градуса. Тъй като разликата не е много значителна, можем да използваме компас. Стрелката му сочи точно Южния магнитен полюс на Земята и почти точно Северния географски полюс. Ако компасът беше изобретен преди 720 хиляди години, той щеше да сочи както към географския, така и към магнитния северен полюс. Но повече за това по-долу.

Магнитното поле предпазва жителите на Земята и изкуствените спътници от вредното въздействие на космическите частици. Такива частици включват, например, йонизирани (заредени) частици от слънчевия вятър. Магнитното поле променя траекторията на тяхното движение, насочвайки частиците по силовите линии. Необходимостта от магнитно поле за съществуването на живот стеснява кръга от потенциално обитаеми планети (ако изхождаме от предположението, че хипотетично възможните форми на живот са подобни на земните жители).

Учените не изключват някои планети от земен тип да нямат метално ядро ​​и съответно да им липсва магнитно поле. Досега се смяташе, че планетите, направени от твърда скала, като Земята, съдържат три основни слоя: твърда кора, вискозна мантия и твърдо или разтопено желязно ядро. В скорошна статия учени от Масачузетския технологичен институт предложиха формирането на "скалисти" планети без ядро. Ако теоретичните изчисления на изследователите се потвърдят от наблюдения, тогава за да се изчисли вероятността да се срещнат хуманоиди във Вселената или поне нещо, наподобяващо илюстрации от учебник по биология, ще е необходимо те да бъдат пренаписани.

Земляните също могат да загубят своята магнитна защита. Вярно е, че геофизиците все още не могат да кажат точно кога ще се случи това. Факт е, че магнитните полюси на Земята не са постоянни. Периодично сменят местата си. Неотдавна изследователите установиха, че Земята „помни“ обръщането на полюсите. Анализът на такива „спомени“ показа, че през последните 160 милиона години магнитният север и юг са сменили местата си около 100 пъти. Последният път, когато това събитие се е случило преди около 720 хиляди години.

Смяната на полюсите е придружена от промяна в конфигурацията на магнитното поле. По време на „преходния период“ значително повече космически частици, които са опасни за живите организми, проникват на Земята. Една от хипотезите, обясняващи изчезването на динозаврите, гласи, че гигантските влечуги са изчезнали именно при следващата смяна на полюсите.

В допълнение към „следите“ от планирани дейности за промяна на полюсите, изследователите забелязаха опасни промени в магнитното поле на Земята. Анализът на данните за състоянието му в продължение на няколко години показа, че през последните месеци нещата започнаха да му се случват. Учените отдавна не са регистрирали такива резки „движения“ на полето. Зоната, която тревожи изследователите, се намира в Южния Атлантически океан. „Дебелината“ на магнитното поле в тази област не надвишава една трета от „нормалната“. Изследователите отдавна са забелязали тази „дупка“ в магнитното поле на Земята. Данните, събирани в продължение на 150 години, показват, че полето тук е отслабнало с десет процента през този период.

В момента е трудно да се каже каква заплаха представлява това за човечеството. Една от последиците от отслабването на напрегнатостта на полето може да бъде увеличаване (макар и незначително) на съдържанието на кислород в земната атмосфера. Връзката между магнитното поле на Земята и този газ е установена с помощта на сателитната система Cluster, проект на Европейската космическа агенция. Учените са установили, че магнитното поле ускорява кислородните йони и ги „изхвърля“ в открития космос.

Въпреки факта, че магнитното поле не се вижда, жителите на Земята го усещат добре. Прелетните птици, например, намират пътя си, като се фокусират върху него. Има няколко хипотези, обясняващи как точно усещат полето. Едно от последните предполага, че птиците възприемат магнитно поле. Специални протеини - криптохроми - в очите на мигриращите птици могат да променят позицията си под въздействието на магнитно поле. Авторите на теорията смятат, че криптохромите могат да действат като компас.

Освен птиците, морските костенурки използват магнитното поле на Земята вместо GPS. И както показа анализ на сателитни снимки, представени като част от проекта Google Earth, кравите. След изучаване на снимки на 8510 крави в 308 области на света, учените стигнаха до заключението, че тези животни се предпочитат (или от юг на север). Освен това „референтните точки“ за кравите не са географски, а по-скоро магнитните полюси на Земята. Механизмът, по който кравите възприемат магнитното поле и причините за тази конкретна реакция към него остават неясни.

В допълнение към изброените забележителни свойства допринася и магнитното поле. Те възникват в резултат на внезапни промени в полето, които се случват в отдалечени райони на полето.

Магнитното поле не беше пренебрегнато от привържениците на една от „теориите на конспирацията“ - теорията за лунната измама. Както бе споменато по-горе, магнитното поле ни предпазва от космически частици. „Събраните“ частици се натрупват в определени части на полето – така наречените радиационни пояси на Ван Ален. Скептиците, които не вярват в реалността на кацанията на Луната, смятат, че астронавтите биха получили смъртоносна доза радиация по време на полета си през радиационните пояси.

Магнитното поле на Земята е удивително следствие от законите на физиката, защитен щит, ориентир и създател на полярните сияния. Ако не беше това, животът на Земята можеше да изглежда съвсем различно. Като цяло, ако нямаше магнитно поле, то трябваше да бъде изобретено.

Според съвременните представи тя се е образувала преди приблизително 4,5 милиарда години и от този момент нашата планета е заобиколена от магнитно поле. Всичко на Земята, включително хора, животни и растения, е засегнато от него.

Магнитното поле се простира до надморска височина от около 100 000 km (фиг. 1). Той отклонява или улавя частици от слънчевия вятър, които са вредни за всички живи организми. Тези заредени частици образуват радиационния пояс на Земята и цялата област от околоземното пространство, в която се намират, се нарича магнитосфера(фиг. 2). От страната на Земята, осветена от Слънцето, магнитосферата е ограничена от сферична повърхност с радиус приблизително 10-15 земни радиуса, а от противоположната страна тя се простира като опашка на комета на разстояние до няколко хиляди Земни радиуси, образуващи геомагнитна опашка. Магнитосферата е отделена от междупланетното поле с преходна област.

Магнитните полюси на Земята

Оста на земния магнит е наклонена спрямо оста на въртене на Земята с 12°. Намира се на около 400 км от центъра на Земята. Точките, в които тази ос пресича повърхността на планетата, са магнитни полюси.Магнитните полюси на Земята не съвпадат с истинските географски полюси. В момента координатите на магнитните полюси са следните: север - 77° северна ширина. и 102°W; южен - (65° S и 139° E).

Ориз. 1. Структурата на магнитното поле на Земята

Ориз. 2. Структура на магнитосферата

Наричат ​​се силови линии, преминаващи от един магнитен полюс към друг магнитни меридиани. Между магнитния и географския меридиан се образува ъгъл, наречен магнитна деклинация. Всяко място на Земята има свой собствен ъгъл на деклинация. В Московска област ъгълът на деклинация е 7° на изток, а в Якутск е около 17° на запад. Това означава, че северният край на стрелката на компаса в Москва се отклонява с Т вдясно от географския меридиан, минаващ през Москва, а в Якутск - на 17° вляво от съответния меридиан.

Свободно окачена магнитна стрелка е разположена хоризонтално само на линията на магнитния екватор, който не съвпада с географския. Ако се движите на север от магнитния екватор, северният край на иглата постепенно ще се спусне. Ъгълът, образуван от магнитна стрелка и хоризонтална равнина, се нарича магнитен наклон. На северния и южния магнитен полюс магнитното наклонение е най-голямо. Той е равен на 90°. На Северния магнитен полюс свободно окачена магнитна стрелка ще бъде монтирана вертикално със северния й край надолу, а на Южния магнитен полюс южният й край ще се спусне надолу. Така магнитната стрелка показва посоката на линиите на магнитното поле над земната повърхност.

С течение на времето положението на магнитните полюси спрямо земната повърхност се променя.

Магнитният полюс е открит от изследователя Джеймс С. Рос през 1831 г., на стотици километри от сегашното му местоположение. Средно за една година изминава 15 км. През последните години скоростта на движение на магнитните полюси рязко се увеличи. Например Северният магнитен полюс в момента се движи със скорост около 40 км годишно.

Обръщането на магнитните полюси на Земята се нарича инверсия на магнитното поле.

През цялата геоложка история на нашата планета магнитното поле на Земята е променило своята полярност повече от 100 пъти.

Магнитното поле се характеризира с интензитет. На някои места на Земята линиите на магнитното поле се отклоняват от нормалното поле, образувайки аномалии. Например в района на Курската магнитна аномалия (KMA) силата на полето е четири пъти по-висока от нормалната.

Има ежедневни вариации в магнитното поле на Земята. Причината за тези промени в магнитното поле на Земята са електрическите токове, протичащи в атмосферата на големи височини. Те се причиняват от слънчева радиация. Под въздействието на слънчевия вятър магнитното поле на Земята се изкривява и придобива „следа“ в посока от Слънцето, която се простира на стотици хиляди километри. Основната причина за слънчевия вятър, както вече знаем, са огромните изхвърляния на материя от слънчевата корона. Докато се придвижват към Земята, те се превръщат в магнитни облаци и водят до силни, понякога екстремни смущения на Земята. Особено силни смущения на магнитното поле на Земята - магнитни бури.Някои магнитни бури започват внезапно и почти едновременно по цялата Земя, докато други се развиват постепенно. Те могат да продължат няколко часа или дори дни. Магнитните бури често възникват 1-2 дни след слънчево изригване поради преминаването на Земята през поток от частици, изхвърлени от Слънцето. Въз основа на времето на забавяне скоростта на такъв корпускуларен поток се оценява на няколко милиона km/h.

При силни магнитни бури се нарушава нормалната работа на телеграфа, телефона и радиото.

Магнитните бури често се наблюдават на ширина 66-67° (в зоната на полярното сияние) и възникват едновременно с полярните сияния.

Структурата на магнитното поле на Земята варира в зависимост от географската ширина на района. Пропускливостта на магнитното поле се увеличава към полюсите. Над полярните региони линиите на магнитното поле са повече или по-малко перпендикулярни на земната повърхност и имат фуниевидна конфигурация. Чрез тях част от слънчевия вятър от дневната страна прониква в магнитосферата и след това в горните слоеве на атмосферата. По време на магнитни бури тук се втурват частици от опашката на магнитосферата, достигайки границите на горната атмосфера във високите географски ширини на Северното и Южното полукълбо. Именно тези заредени частици причиняват полярните сияния тук.

И така, магнитните бури и ежедневните промени в магнитното поле се обясняват, както вече разбрахме, със слънчевата радиация. Но коя е основната причина, която създава постоянния магнетизъм на Земята? Теоретично беше възможно да се докаже, че 99% от магнитното поле на Земята се причинява от източници, скрити вътре в планетата. Основното магнитно поле се причинява от източници, разположени в дълбините на Земята. Те могат грубо да се разделят на две групи. Основната част от тях е свързана с процеси в земното ядро, където поради непрекъснати и закономерни движения на електропроводимата материя се създава система от електрически токове. Другото се дължи на факта, че скалите на земната кора, когато са намагнетизирани от основното електрическо поле (полето на ядрото), създават свое собствено магнитно поле, което се сумира с магнитното поле на ядрото.

Освен магнитното поле около Земята съществуват и други полета: а) гравитационно; б) електрически; в) топлинна.

Гравитационно полеЗемята се нарича гравитационно поле. Тя е насочена по отвес, перпендикулярен на повърхността на геоида. Ако Земята имаше формата на елипсоид на въртене и масите бяха равномерно разпределени в нея, тогава тя щеше да има нормално гравитационно поле. Разликата между интензитета на реалното гравитационно поле и теоретичното е гравитационна аномалия. Различният материален състав и плътност на скалите причиняват тези аномалии. Но са възможни и други причини. Те могат да се обяснят със следния процес - равновесието на твърдата и относително лека земна кора върху по-тежката горна мантия, където се изравнява налягането на надлежащите слоеве. Тези течения причиняват тектонични деформации, движението на литосферните плочи и по този начин създават макрорелефа на Земята. Гравитацията държи атмосферата, хидросферата, хората, животните на Земята. При изучаването на процесите в географската обвивка трябва да се вземе предвид гравитацията. Терминът " геотропизъм" са растежни движения на растителни органи, които под въздействието на силата на гравитацията винаги осигуряват вертикалната посока на растеж на първичния корен, перпендикулярна на повърхността на Земята. Гравитационната биология използва растения като експериментални обекти.

Ако не се вземе предвид гравитацията, е невъзможно да се изчислят първоначалните данни за изстрелване на ракети и космически кораби, да се извърши гравиметрично изследване на рудни находища и накрая е невъзможно по-нататъшното развитие на астрономията, физиката и други науки.

Винаги е възниквал въпросът как работи компасът? И днес ще говорим за такова нещо като МАГНИТНОТО ПОЛЕ НА ЗЕМЯТА. И тъй като, за съжаление, редакторът е ограничен във времето и искаме да дадем нещо интересно, ще ви разкажем за „земния магнетизъм“, използвайки няколко различни източника.

Така:

Магнитното поле на Земята отдавна остава загадка, защото няма каменни магнити, нали? Но след като откриете, че вътре в Земята има колосално количество желязо, всичко изглежда си идва на мястото. Желязото не образува „постоянен“ магнит като тези, прикрепени към пластмасови прасенца и мечета, които ние, без да знаем защо, купуваме, за да ги прикрепим към хладилника. Недрата на земята приличат повече на динамо. Между другото, това се нарича геомагнитно динамо. Както вече споменахме, желязото в ядрото на Земята е предимно в разтопено състояние, с изключение на твърда, плътна "топка" в самия център. Течната част все още продължава да се нагрява. По-рано това явление се обясняваше с факта, че радиоактивните елементи, които са по-плътни от всичко останало в химическия състав на планетата, потъват в самия център, като се заключват там, а топлината се осигурява от излъчваната от тях радиоактивна енергия. Съвременната теория предлага съвсем различно обяснение: течната част на ядрото се нагрява, докато твърдата част се охлажда. Разтопеното желязо в контакт със самото твърдо ядро ​​постепенно се втвърдява и се отделя топлина. Тази топлина трябва да отиде някъде, тя не може просто да изчезне като глътка топъл въздух - наоколо има хиляди мили твърди скали. Топлината се прехвърля към разтопения слой на сърцевината, като го нагрява.

Може да се изненадате от факта, че частта, която влиза в контакт с твърдото ядро, може да се охлади и втвърди и в същото време да се нагрее по време на този процес на втвърдяване. Обяснението е просто: горещото разтопено желязо се издига, докато се нагрява. Спомнете си балона с горещ въздух. Когато нагрявате въздуха, той се издига. Това се случва, защото когато въздухът се нагрява, той се разширява, става по-малко плътен и по-малко плътните вещества плават над по-плътните. Балонът съдържа въздух в огромна копринена торба, често ярко оцветена и украсена с лога на банки или агенции за недвижими имоти, и се издига заедно с въздуха. Горещото желязо не е боядисано с нищо, но се издига по същия начин като горещ въздух, отдалечавайки се от твърдото ядро. Бавно изплува, охлажда се и след това, когато стане твърде студено, или по-скоро относителностудено, отново започва да потъва в дълбините. В резултат на това ядрото на земята е в непрекъснато движение, като се нагрява отвътре и се охлажда отвън. Не може да се издигне наведнъж, т.е. някои части от ядрото изплуват, докато други отново потъват. Този тип циркулиращ топлопренос се нарича конвекция.

Според физиците, ако са изпълнени определени три условия, движещите се течности могат да създадат магнитно поле. Първо, течността трябва да провежда електрически ток, а желязото го прави много добре. Второ, първоначално трябва да е налице поне малко магнитно поле и има основателни причини да се смята, че нашата Земя, тогава все още много млада, е имала известна доза личен магнетизъм. Трето, нещо трябва да върти тази течност, изкривявайки първоначалното магнитно поле, а за Земята такова въртене се получава поради силата на Кориолис, подобна на центробежната сила, но действаща по-слабо и произтичаща от въртенето на Земята около оста си. Грубо казано, въртенето изкривява първоначално слабото магнитно поле, усуквайки го като спагети на вилица. След това магнетизмът се издига до върха, уловен от плаващите маси на желязното ядро. В резултат на цялото това въртене магнитното поле става много по-силно.

Да, в известен смисъл можете да кажете, че Земята се държи така, сякаш има огромен магнит вътре в себе си, но в действителност всичко е много по-сложно. За да направим картината малко по-конкретна, нека припомним, че има още поне седем фактора, които определят наличието на магнитно поле на Земята. По този начин някои компоненти на земната кора могат да бъдат постоянни магнити. Подобно на стрелка на компас, сочеща на север, те постепенно се изравниха с по-силното геомагнитно динамо, което допълнително го подсили. В горните слоеве на атмосферата има слой от зареден йонизиран газ. Преди да бъдат изобретени сателитите, йоносферата е играла критична роля в радиокомуникациите: радиовълните са отскачали от зареден газ, вместо да излизат в космоса. Йоносферата е в движение и движещото се електричество създава магнитно поле. На надморска височина от около 15 000 мили (24 000 км) протича пръстеновидно течение - слой от йонизирани частици с ниска плътност, който образува огромен тор. Това леко отслабва силата на магнитното поле на Земята.

Следващите два фактора са така наречената магнитопауза и магнитна опашка, възникнали под въздействието на слънчевия вятър върху магнитосферата на Земята. Слънчевият вятър е постоянен поток от частици, излъчвани от хиперактивното Слънце. Магнитопаузата е главата на вълната на магнитното поле на Земята, движеща се срещу слънчевия вятър, а магнитната опашка е следата на тази вълна от противоположната страна на планетата, където собственото магнитно поле на Земята „изтича“ навън, освен това е унищожени под въздействието на слънчевия вятър. В допълнение, слънчевият вятър предизвиква един вид тласък по орбитата на Земята, създавайки допълнително изкривяване на линиите на магнитното поле, известно като ток, изравнен с полето в магнитосферата. И накрая, има аврорални потоци. Северното сияние или полярното сияние са възхитителни, мистериозни листове бледа светлина, блещукащи в северното полярно небе. Подобно представление, aurora australis, може да се наблюдава близо до Южния полюс. Полярните сияния се създават от две ленти електрически ток, протичащи от магнитопаузата в магнитната опашка. Това от своя страна създава нови магнитни полета и два електрически тока – западен и източен.

Значи казвате, че Земята е просто голям магнит? Е, да, и океанът е купа с вода.

Магнитни материали, открити в древни скали, показват, че от време на време магнитното поле на Земята променя полярността си, северният магнитен полюс става южен и обратно. Това се случва приблизително веднъж на половин милион години, въпреки че не е наблюдаван строг модел. Никой не знае точно защо се случва това, но математическите модели показват, че магнитното поле на Земята може да бъде ориентирано еднакво вероятно и в двете посоки, като никоя от двете посоки не е стабилна. Всяка позиция рано или късно губи стабилност и предава щафетата на противоположната. Преходите стават бързо, за около 5 хиляди години, докато периодите между тях са сто пъти по-дълги.

Повечето планети имат магнитни полета и този факт е дори по-труден за обяснение от земното поле. Все още имаме много да учим за планетарния магнетизъм.

Алфред Вегенер

Едно от най-впечатляващите свойства на нашата планета е открито през 1912 г., но не е взето под внимание до 60-те години. Най-убедителното доказателство в негова полза беше именно смяната на магнитните полюси. Въпросът е, че земните континенти не стоят неподвижни, а бавно се носят по повърхността на планетата. Според немски учен Алфред Вегенер, който пръв публикува своята теория, сегашните отделни континенти са били един суперконтинент, който той нарича Пангея(т.е. „Цялата земя“). Съществувал е преди около 300 милиона години.

Със сигурност Вегенер не беше първият, който се сети за това. Неговата идея е поне отчасти повлияна от поразителното сходство между бреговете на Африка и Южна Америка. Това е особено забележимо на картата. Естествено, Вегенер разчита на други данни. Той не беше геолог, а метеоролог, специалист по древни климати, и беше изненадан, че в региони със студен климат се откриват скали, които очевидно възникват в райони с топъл и обратно. Например в Сахара все още можете да намерите останки от древни ледници, които са на 420 милиона години, а в Антарктида можете да намерите вкаменени папрати. В онези дни всеки би му казал, че климатът просто се е променил. Въпреки това Вегенер е убеден, че климатът остава почти същият, с изключение на ледниковия период, и че самите континенти се променят, тоест се преместват. Той предположи, че те са се разделили в резултат на конвекция в мантията на Земята, но не беше сигурен.

Тази идея беше смятана за луда, особено след като не беше предложена от геолог, а освен това Вегенер пренебрегна всички факти, които не се вписваха в неговата теория. И фактът, че приликата между Африка и Южна Америка не е толкова идеална и че континенталният дрейф не може да бъде обяснен. Конвекцията явно няма нищо общо с това, тъй като е твърде слаба. Страхотен А'Туин(подозира, че А'Туин е момиче) може да носи целия свят на гърба си, но той е просто измислица, а в реалния свят, изглежда, подобни сили са просто немислими.

Не случайно използвахме думата „немислимо“. Много брилянтни и уважавани учени често повтарят същата грешка. Те бъркат израза „Не разбирам как е възможно това“ с „Напълно невъзможно е“. Един от тях, колкото и да го е срам да призная, един от двама ни, беше математик, и то отличен, но когато изчисленията му показаха, че земната мантия не може да движи континенти, дори не му хрумна, че теориите, на които се основават изчисленията, са грешни. Името му беше сър Харолд Джефрис и проблемът му беше, че явно му липсваше фантазия, защото не само очертанията на континентите от двете страни на Атлантическия океан съвпадаха. От гледна точка на геологията и палеонтологията също всичко се сближи. Вземете например фосилизираните останки на звяр на име мезозавър, който е живял преди 270 милиона години както в Южна Америка, така и в Африка. Малко вероятно е мезозавърът да е преплувал Атлантическия океан; по-скоро той просто е живял на Пангея, след като е успял да се установи на двата континента, когато те все още не са били разделени.

Но през 60-те години на ХХ век идеята на Вегенер е призната и неговата теория за „континенталния дрейф“ е утвърдена в науката. На среща на водещи геолози, млад мъж на име Едуард Балард, който много приличаше на Пондър Тупс, и двама от колегите му демонстрираха възможностите на ново тогава устройство, наречено компютър. Те възложиха на машината да намери най-доброто съвпадение не само между Африка и Южна Америка, но и Северна Америка и Европа, като вземе предвид възможните, но малки промени. Вместо да вземат сегашните контури на бреговата линия, което не беше много добра идея като начало, позволявайки на противниците на теорията за дрейфа да твърдят, че континентите не съвпадат, младите учени използваха контур, съответстващ на дълбочина от 3200 фута ( 1000 m) под морското равнище, тъй като според тях е по-малко подложен на ерозия. Контурите пасват добре и геологията е страхотна. И въпреки че хората на конференцията все още не стигнаха до консенсус, теорията за континенталния дрейф най-накрая получи известно признание.

Днес имаме много повече доказателства и ясно разбиране на механизма на дрейфа. В централната част на Атлантическия океан, по средата между Южна Америка и Африка, един от средноокеанските хребети се простира от юг на север (тези, между другото, съществуват във всички останали океани). Вулканичните материали се издигат от дълбините по цялото било и след това се разпространяват по склоновете му. И това се случва от 200 милиона години. Можете дори да изпратите подводница и просто да наблюдавате процеса. Разбира се, цял живот няма да е достатъчен, за да забележите това, но Америка се отдалечава от Африка със скорост от 3/4 инча (2 см) годишно. Нашите нокти растат приблизително със същата скорост, но съвременното оборудване е в състояние да регистрира тези промени.

Най-ясните доказателства за континентален дрейф идват от магнитното поле на Земята: скалите от двете страни на хребетите имат любопитен модел на магнитни ивици, които променят полярността от север на юг и обратно, като моделът на двата склона е симетричен. Това означава, че лентите са замръзнали в магнитното поле, докато са се охлаждали. Когато земното динамо сменяше своята полярност от време на време, скалите на билото се магнетизираха в неговото поле. След това, след като магнетизираните скали бяха разделени, идентични модели се появиха на противоположните страни на билото.

Повърхността на Земята не е твърда сфера. Както континентите, така и океанското дъно се носят върху огромни, особено твърди плочи, които могат да се раздалечат, когато магмата проникне между тях. (И най-често това се случва поради конвекция в мантията. Джефрис просто не знаеше всичко, което ние знаем за движението на мантията.) Има около дузина плочи, вариращи на ширина от шестстотин (1000 км) до шест хиляди (10 000 км) мили и се обръщат през цялото време. Там, където техните граници се докосват, трият и плъзгат, непрекъснато се случват земетресения и вулканични изригвания. Особено в Тихоокеанския огнен пояс, който се простира по целия периметър на Тихия океан и включва западното крайбрежие на Чили, Централна Америка, Съединените щати и отвъд Японските острови и Нова Зеландия. Всички те са на ръба на една гигантска плоча. Там, където плочите се сблъскват, възникват планини: една плоча се озовава под другата и я повдига, смачквайки и смачквайки ръба й. Индия изобщо не е част от азиатския континент, тя просто се блъсна в него, създавайки най-високите планини в света - Хималаите. Толкова се ускори, че все още продължава движението си, а Хималаите растат.

(c) Discworld Science, Тери Пратчет, Джак Коен, Иън Стюарт(Като цяло прочетете тази книга; няма да намерите по-добро ръководство в забавна форма (но преди това се запознайте по принцип с поредицата „Светът на диска“ на Пратчет в библиографски НЕ КАКТО ПОПУЛЯРЕН ред)).

Видео на магнитното поле от Роскосмос:

Как работи компасът?

Кой не е виждал компас? Малко нещо, което прилича на часовник с една стрелка. Въртиш я и я въртиш, но стрелката упорито се върти в една посока. Стрелката на компаса е магнит, който се върти свободно върху стрелката. Принципът на действие на магнитния компас се основава на привличането и отблъскването на два магнита. Противоположните полюси на магнитите се привличат, като полюсите се отблъскват. Нашата планета също е такъв магнит. Силата му е малка, не е достатъчна, за да се прояви върху тежък магнит. Въпреки това, лека игла на компас, балансирана върху игла, също се върти под въздействието на малко магнитно поле.

спортен компас

Така че иглата на компаса да не виси, но ясно да показва посоката, независимо от треперенето, тя трябва да бъде доста силно магнетизирана. При спортните компаси крушката със стрелката е пълна с течност. Неагресивен за пластмасови и метални части, не замръзва при зимни температури. Въздушното мехурче, останало в колбата, служи като индикатор за ниво за ориентиране на компаса в хоризонталната равнина.

Ръководството в изследването на магнитното поле на Земята принадлежи на английския учен Уилям Гилбърт. В книгата си „За магнита, магнитните тела и големия магнит - Земята“, публикувана през 1600 г., той представя Земята под формата на гигантски постоянен магнит, чиято ос не съвпада с оста на въртене на Земята. Ъгълът между оста на въртене и магнитната ос се нарича магнитна деклинация.

В резултат на това несъответствие не е напълно вярно да се каже, че стрелката на компаса винаги сочи на север. Той сочи към точка, разположена на разстояние 2100 km от северния полюс, на остров Съмърсет (координатите му са 75 °, 6 N, 101 ° W - данни за 1965 г.) Магнитните полюси на Земята бавно се преместват. В допълнение към такава грешка в посоката на стрелката (ще я наречем систематична), не трябва да забравяме и други причини, поради които компасът не работи правилно:

• Метални предмети или магнити, разположени близо до компаса, отклоняват стрелката му
• Електронни устройства, които са източници на електромагнитни полета
• Находища на полезни изкопаеми – метални руди
• Магнитните бури, които възникват през годините на силна слънчева активност, изкривяват магнитното поле на Земята.

Сега се опитайте да отговорите на въпросите за умните:

Междувременно ще ви дам някои интересни факти за магнитното поле на Земята.

Оказва се, че той отслабва с около 0,5% на всеки 10 години. Според различни оценки той ще изчезне след 1-2 хиляди години. Предполага се, че в този момент ще настъпи обръщане на полярността между магнита и Земята. След което полето ще започне отново да нараства, но северният и южният магнитни полюси ще сменят местата си. Смята се, че това се е случвало на нашата планета огромен брой пъти.

Оказва се, че и прелетните птици се ориентират „по компас“, или по-точно магнитното поле на Земята им служи като ориентир. Наскоро учените научиха, че птиците имат малък магнитен „компас“ в областта на очите - малко тъканно поле, в което са разположени кристали магнетит, които имат способността да се магнетизират в магнитно поле.

Можете сами да направите прост компас. За да направите това, оставете шевната игла до магнита за няколко дни. След това иглата ще бъде магнетизирана. След като я намокрите с мазнина или масло, внимателно спуснете иглата върху повърхността на водата, налята в чашата. Мазнината няма да я остави да потъне, а иглата ще се върти от север на юг (или обратно :).

Впечатлени ли сте? Сега можете да проверите отговорите си на въпросите:

• Къде мислите, че ще сочи стрелката на компаса, ако сте между северния географски полюс и северния магнитен полюс?
  - Северният край на стрелката ще сочи... на юг, а южният - на север!
• Къде сочи стрелката, когато компасът е близо до магнитния полюс?
  – оказва се, че стрела, окачена на конец в областта на магнитния полюс, има тенденция да се завърти... надолу, по магнитните линии на Земята!
• Ако, водени от компас, вървите строго на североизток за много дълго време, тогава къде ще стигнете?
  – ще дойдеш на северния магнитен полюс! Опитайте се да проследите пътя си по земното кълбо, оказва се много интересен маршрут.

и така може би е изглеждал морският компас на кораба на Колумб

Надяваме се, че този материал ви е харесал. Ако да, тогава ще направим повече от тези различни!

Ако намерите грешка, моля, маркирайте част от текста и щракнете Ctrl+Enter.

Преглеждания: 367

Екип от учени, ръководен от Саймън Анзелини, направи ново откритие. По време на някои експерименти те установиха нови качества на твърдата част на земното ядро

Учените са установили, че желязното ядро ​​на земята се нагрява до 6 хиляди градуса по Целзий и тази информация е с хиляда градуса по-висока, отколкото се смяташе досега. И този факт сега ни позволява да разберем природата на магнитното поле на нашата планета.

Симон Анселин, член на Френския комисариат за атомна енергия в Гренобъл, и колегите му успяха да изчислят температурата на желязното ядро ​​на Земята, като наблюдаваха поведението на желязото при свръхвисоко налягане.

Група учени използваха собствен метод за определяне на свойствата на желязото. Парче желязо е поставено в диамантена наковалня и е компресирано под налягане от 2,2 милиона атмосфери, след което е нагрято от лазерен лъч до 4,5 хиляди градуса по Целзий.

Експериментът е проведен, за да се получат данни, които ще помогнат на учените да определят температурата на твърдата част от земното ядро, в която налягането достига 3,3 милиона атмосфери. За изненада на учените температурата в ядрото достигна 6-6,5 хиляди градуса по Целзий, което надвишава по-ранните представи с хиляда градуса. Както казват учените, новото откритие се вписва добре в общото разбиране на учените за природата и устройството на планетата. И ни позволява да обясним причината за магнитното поле на Земята.

Източник на магнитното поле на Земята

До 17 век тази работа е основната работа по геомагнетизъм. От 17-ти до 20-ти век започват да се провеждат много изследвания и наблюдения, които довеждат учените до нови заключения и свойства. По това време се отбелязва работата на такива учени като Халей Халей, Александър фон Хумболт, Джоузеф Гей-Лусак, Джеймс Максуел, Карл Гаус.

Формирането на теорията за електромагнетизма от Максуел през 70-те години на 19 век е доста значимо. От неговите уравнения се оказва, че магнитното поле се формира от електрически ток. Следователно това води до еквивалентност на затворени елементарни токове и магнитни диполи, чийто момент се нарича още магнитен момент на тока. Когато се добавят, тези количества образуват, да речем, магнитното поле на цилиндричен магнит, което е приблизително равно на полето на соленоид със същата дължина и същото напречно сечение.

Но в момента нямаше ясна представа откъде идва магнитното поле на Земята. Съвременните научни трудове за природата на геомагнетизма показват следното: „Сега, като се обърнем към „големия магнит“, въпросът на пръв поглед не е толкова труден: да се намерят в средата на планетата текущи системи с необходимата конфигурация и сили, които образуват поле на повърхността на Земята, структурата на която сме проучили добре. Когато се насочим към Земята, тогава, преминавайки през кората, горната и долната мантия, ще достигнем огромно течно ядро, съществуването което е определено в средата на 20 век от Харолд Джефрис от университета в Кеймбридж. Действителното течно състояние на голяма част от ядрото дава заключението за механизма за генериране на геомагнитното поле. Въпросът е, че постоянното магнитно поле на Земята полето се формира от електрически токове, които се появяват, когато проводяща течност се движи в сърцевината. Друга теория по този въпрос все още не е измислена.

Когато отидем по-далеч и се опитаме да разберем същността на процесите на генериране на геомагнитното поле на Земята, тогава е време да използваме динамото за тази цел. Накратко, ще приемем, че образуването на магнитно поле във външното течно ядро ​​на Земята се извършва по същия начин, както при самовъзбуждащо се динамо, където намотка от жици се върти във външно магнитно поле. Следователно, поради електромагнитна индукция, в бобината възниква електрически ток и образува свое собствено магнитно поле. Той увеличава външното магнитно поле и токът в намотката също се увеличава.

Естествено, течното ядро ​​на планетата не е динамо. Но когато се появи топлинна конвекция в течен проводник, се образува определена система от потоци от електропроводима течност, която е в съответствие с движението на проводника. Не би било грубо насилие срещу природата да се приеме съществуването на определени зародишни магнитни полета в ядрото. Следователно, ако течен проводник по време на относителното си движение пресича силовите линии на тези полета, тогава в него се образува електрически ток, създавайки магнитно поле, което увеличава външното зародишно поле, а това от своя страна увеличава електрически ток и така нататък, като песента за папата и неговото куче, което небрежно изяде парче месо. Процесът ще продължи, докато се установи стационарно магнитно поле, когато различни динамични процеси се балансират взаимно."

Магнитното поле на Земята е енергията на бъдещето

Руският учен, кандидатът на физико-математическите науки Евгений Тимофеев, служител на RSC Energia, работи с този проблем от много години. Той вече е успял да създаде прототип на такъв генератор, който да генерира енергия от магнитното поле на Земята. Генераторът работи по следния начин: когато устройството се задвижи, чувствителен волтметър регистрира възникването на електродвижеща сила във веригата. Изобретателят уточнява, че методът на работа на устройството се основава на пресичането на магнитното поле на Земята със соленоид, част от намотката на който е защитена от магнитен щит.

Както твърди ученият, по отношение на практическото използване на енергията на слънчевата светлина човечеството вече е много по-напред от използването на магнитното поле на Земята. В някои аспекти сме на същото ниво, на което беше Тесла преди 75 години.