Milline vool loob Maa magnetvälja. Atraktiivne planeet. Projekti elluviimiseks on see vajalik

Enamikul Päikesesüsteemi planeetidel on ühel või teisel määral magnetväljad.
Geofüüsika erilist haru, mis uurib Maa magnetvälja päritolu ja olemust, nimetatakse geomagnetismiks. Geomagnetism käsitleb geomagnetvälja peamise, konstantse komponendi tekkimise ja evolutsiooni probleeme, muutuva komponendi olemust (umbes 1% põhiväljast), aga ka magnetosfääri struktuuri - ülemiste magnetiseeritud plasmakihte. Maa atmosfäärist, interakteerudes päikesetuulega ja kaitstes Maad läbitungiva kosmilise kiirguse eest. Oluline ülesanne on uurida geomagnetvälja variatsioonide mustreid, kuna need on põhjustatud välismõjudest, mis on seotud peamiselt päikese aktiivsusega.

See võib olla üllatav, kuid tänapäeval pole planeetide magnetvälja tekkimise mehhanismi kohta ühtset seisukohta, kuigi magnetilise hüdrodünamo hüpotees, mis põhineb juhtiva vedela välissüdamiku olemasolu tunnistamisel, on peaaegu universaalne. vastu võetud. Termiline konvektsioon, st aine segunemine välissüdamikus, aitab kaasa rõnga elektrivoolude tekkele. Aine liikumise kiirus vedela tuuma ülemises osas on mõnevõrra väiksem ja alumistes kihtides - esimesel juhul mantli ja teisel juhul tahke südamiku suhtes suurem. Sellised aeglased voolud põhjustavad rõngakujuliste (toroidsete) suletud elektriväljade teket, mis ei ulatu tuumast kaugemale. Toroidaalsete elektriväljade koosmõjul konvektiivvooludega tekib välissüdamikus dipoolne kogumagnetväli, mille telg langeb ligikaudu kokku Maa pöörlemisteljega. Sellise protsessi “käivitamiseks” on vajalik esialgne, vähemalt väga nõrk magnetväli, mille saab tekitada güromagnetiline efekt, kui pöörlev keha magnetiseeritakse selle pöörlemistelje suunas.

Olulist rolli mängib ka päikesetuul – laetud osakeste, peamiselt prootonite ja elektronide voog, mis tuleb Päikeselt. Maa jaoks on päikesetuul laetud osakeste voog konstantses suunas ja see pole midagi muud kui elektrivool.

Voolu suuna definitsiooni järgi on see suunatud negatiivselt laetud osakeste (elektronide) liikumisele vastupidises suunas, s.o. Maast Päikeseni. Päikesetuule moodustavad osakesed, millel on mass ja laeng, viiakse atmosfääri ülemiste kihtide poolt Maa pöörlemissuunas minema. 1958. aastal avastati Maa kiirgusvöö. See on tohutu tsoon kosmoses, mis katab Maad ekvaatoril. Kiirgusvöös on peamised laengukandjad elektronid. Nende tihedus on 2–3 suurusjärku suurem kui teiste laengukandjate tihedus. Ja seega tekib päikesetuule osakeste suunatud ringliikumisest põhjustatud elektrivool, mille Maa ringliikumine kannab endaga kaasa, tekitades elektromagnetilise "keerise" välja.

Tuleb märkida, et päikesetuule voolust põhjustatud magnetvoog tungib läbi ka kuuma laava voolu, mis pöörleb koos Maaga selle sees. Selle interaktsiooni tulemusena indutseeritakse selles elektromotoorjõud, mille mõjul liigub vool, mis ühtlasi tekitab magnetvälja. Sellest tulenevalt on Maa magnetväli ionosfäärivoolu ja laavavoolu koosmõjul tekkiv väli.

Maa magnetvälja tegelik pilt ei sõltu ainult praeguse lehe konfiguratsioonist, vaid ka maakoore magnetilistest omadustest, samuti magnetiliste anomaaliate suhtelisest asukohast. Siin saame tuua analoogia vooluahelaga ferromagnetilise südamiku juuresolekul ja ilma selleta. On teada, et ferromagnetiline tuum mitte ainult ei muuda magnetvälja konfiguratsiooni, vaid suurendab seda ka oluliselt.

Usaldusväärselt on kindlaks tehtud, et Maa magnetväli reageerib päikese aktiivsusele, kuid kui seostada planeetide magnetvälja tekkimist ainult voolukihtidega vedelas tuumas, mis interakteeruvad päikesetuulega, siis võime järeldada, et Päikesesüsteemil, millel on sama pöörlemissuund, peavad olema samasuunalised magnetväljad. Kuid näiteks Jupiter lükkab selle väite ümber.

Huvitav on see, et päikesetuule vastasmõjul Maa ergastatud magnetväljaga mõjub Maale Maa pöörlemisele suunatud pöördemoment. Seega käitub Maa päikesetuule suhtes sarnaselt iseergastuva alalisvoolumootoriga. Energiaallikaks (generaatoriks) on sel juhul Päike. Kuna nii magnetväli kui ka Maale mõjuv pöördemoment sõltuvad Päikese voolust ja viimane päikese aktiivsuse astmest, siis Päikese aktiivsuse suurenemisega peaks Maale mõjuv pöördemoment suurenema ja selle pöörlemise kiirus suurendama.

Geomagnetvälja komponendid

Maa enda magnetvälja (geomagnetvälja) võib jagada kolmeks põhiosaks: Maa peamine (sisemine) magnetväli, sealhulgas globaalsed anomaaliad, väliskesta lokaalsete alade magnetväljad, Maa vahelduv (väline) magnetväli.

1. MAA PÕHIMAGNETVÄLJA (sisemine) , mis kogevad ajas aeglasi muutusi (ilmalikud variatsioonid) perioodidega 10–10 000 aastat, koondudes 10–20, 60–100, 600–1200 ja 8000 aasta vahele. Viimast seostatakse dipooli magnetmomendi muutumisega 1,5–2 korda.

Geodünamo arvutimudeliga loodud magnetvälja jooned näitavad, kuidas Maa magnetvälja struktuur on väljaspool seda lihtsam kui südamiku sees (keskel sassis torud). Maa pinnal väljub suurem osa magnetvälja jõujoontest lõunapoolusel seestpoolt (pikad kollased torud) ja sisenevad põhjapooluse lähedal sissepoole (pikad sinised torud).

Enamik inimesi ei mõtle tavaliselt sellele, miks kompassi nõel on suunatud põhja või lõuna poole. Kuid planeedi magnetpoolused ei asunud alati nii, nagu praegu.

Mineraaliuuringud näitavad, et Maa magnetväli on planeedi eksisteerimise 4-5 miljardi aasta jooksul muutnud oma orientatsiooni põhjast lõunasse ja tagasi sadu kordi. Midagi sellist pole aga viimase 780 tuhande aasta jooksul juhtunud, hoolimata asjaolust, et magnetpooluste ümberpööramise keskmine periood on 250 tuhat aastat. Lisaks on geomagnetväli alates selle esmakordsest mõõtmisest 1930. aastatel nõrgenenud ligi 10%. XIX sajandil (st peaaegu 20 korda kiiremini kui siis, kui see kaotaks oma energiaallika, vähendaks oma tugevust loomulikult). Kas järgmine pooluste vahetus on tulemas?

Magnetvälja võnkumiste allikas on peidus Maa keskmes. Meie planeet, nagu ka teised Päikesesüsteemi kehad, loob oma magnetvälja sisemise generaatori abil, mille tööpõhimõte on sama kui tavalisel elektrilisel, muutes oma liikuvate osakeste kineetilise energia elektromagnetväljaks. Elektrigeneraatoris toimub liikumine mähise keerdudes ja planeedi või tähe sees juhtivas vedelas aines. Maa südamikus ringleb tohutu mass sularauda, ​​mille maht on Kuust 5 korda suurem, moodustades nn geodünamo.

Viimase kümne aasta jooksul on teadlased välja töötanud uued lähenemisviisid geodünamo töö ja selle magnetiliste omaduste uurimiseks. Satelliidid edastavad selgeid hetktõmmiseid Maa pinnal asuvast geomagnetväljast ning kaasaegsed arvutimodelleerimistehnikad ja laboris loodud füüsikalised mudelid aitavad tõlgendada orbiidi vaatlusandmeid. Katsed viisid teadlased uue selgituseni selle kohta, kuidas repolariseerumine minevikus toimus ja kuidas see võib alata tulevikus.

Maa sisemus sisaldab sula välimist südamikku, kus keeruline turbulentne konvektsioon tekitab geomagnetilise välja.

Geodünamo energia

Mis annab geodünamo jõudu? 40ndateks. Möödunud sajandil mõistsid füüsikud planeedi magnetvälja tekkeks kolme vajalikku tingimust ja hilisemad teaduslikud konstruktsioonid põhinesid neil sätetel. Esimene tingimus on suur hulk elektrit juhtivat vedelat massi, mis on küllastunud rauaga ja moodustab Maa välissüdamiku. Selle all asub peaaegu puhtast rauast koosnev Maa sisemine tuum ning selle kohal 2900 km ulatuses tahket kivimit, tihedat vahevöö ja õhukest maakoort, moodustades mandreid ja ookeanipõhjasid. Maakoore ja vahevöö tekitatud rõhk tuumale on 2 miljonit korda suurem kui Maa pinnal. Ka tuuma temperatuur on ülikõrge – umbes 5000o Celsiuse järgi, nagu ka Päikese pinna temperatuur.

Ülalkirjeldatud ekstreemse keskkonna parameetrid määravad geodünamo tööks ette teise nõude: vedeliku massi liikuma panemiseks vajaliku energiaallika. Osalt termilist ja osalt keemilist päritolu siseenergia loob tuuma sees väljutustingimused. Südamik soojeneb alt rohkem kui ülevalt. (Maa tekkest saadik on selle sees kõrged temperatuurid “müüritud”.) See tähendab, et südamiku kuumem, vähem tihe metallkomponent kipub tõusma. Kui vedel mass jõuab ülemistesse kihtidesse, kaotab see osa oma soojusest, andes selle ülemisele vahevööle. Seejärel vedel raud jahtub, muutudes ümbritsevast massist tihedamaks, ja vajub. Soojuse liigutamise protsessi vedela massi tõstmise ja langetamise teel nimetatakse termiliseks konvektsiooniks.

Kolmas vajalik tingimus magnetvälja säilitamiseks on Maa pöörlemine. Tekkiv Coriolise jõud tõrjub tõusva vedelmassi liikumist Maa sees samamoodi nagu ookeanihoovusi ja troopilisi tsükloneid, mille liikumiskeerised on satelliidipiltidel nähtavad. Maa keskpunktis keerab Coriolise jõud kerkiva vedela massi korgitseriks või spiraaliks nagu lahtine vedru.

Maa keskpunktis on koondunud rauarikas vedel mass, konvektsiooni toetamiseks piisavalt energiat ja konvektsioonivoolude keerutamiseks Coriolise jõud. See tegur on äärmiselt oluline, et säilitada geodünamo töö miljoneid aastaid. Kuid on vaja uusi teadmisi, et vastata küsimusele, kuidas tekib magnetväli ja miks poolused aeg-ajalt kohta vahetavad.

Repolarisatsioon

Teadlased on pikka aega mõelnud, miks Maa magnetpoolused aeg-ajalt kohti vahetavad. Hiljutised uuringud sulamasside keerisliikumise kohta Maa sees võimaldavad mõista, kuidas toimub repolarisatsioon.

Mantli ja südamiku piiril avastati magnetväli, mis on palju intensiivsem ja keerulisem kui südamiku väli, mille sees tekivad magnetvõnkumised. Südamikus tekkivad elektrivoolud takistavad selle magnetvälja otsest mõõtmist.

On oluline, et suurem osa geomagnetväljast genereeritakse ainult neljas laias piirkonnas südamiku ja vahevöö piiril. Kuigi geodünamo tekitab väga tugeva magnetvälja, liigub tuumast väljapoole vaid 1% selle energiast. Pinnal mõõdetud magnetvälja üldist konfiguratsiooni nimetatakse dipooliks, mis enamasti on orienteeritud piki maakera pöörlemistelge. Nagu lineaarmagneti väljas, on põhiline geomagnetiline voog suunatud lõunapoolkeral Maa keskpunktist ja põhjapoolkeral keskpunkti suunas. (Kompassi nõel osutab geograafilisele põhjapoolusele, kuna dipooli lõunapoolne magnetpoolus on lähedal.) Kosmosevaatlused on näidanud, et magnetvoo globaalne jaotus on ebaühtlane, suurimat pinget võib näha Antarktika rannikul, põhjaosa all. Ameerika ja Siber.

Ulrich R. Christensen Saksamaal Katlenburg-Lindaus asuvast Max Plancki Päikesesüsteemi Uurimise Instituudist usub, et need tohutud maa-alad on eksisteerinud tuhandeid aastaid ja neid säilitab tuumas pidevalt arenev konvektsioon. Kas sarnased nähtused võivad olla pooluste ümberpööramiste põhjuseks? Ajalooline geoloogia näitab, et pooluste muutused toimusid suhteliselt lühikese aja jooksul - 4 tuhandest 10 tuhande aastani. Kui geodünamo oleks lakanud töötamast, oleks dipool eksisteerinud veel 100 tuhat aastat. Kiire polaarsuse muutus annab alust arvata, et mingi ebastabiilne asend rikub algset polaarsust ja põhjustab uue pooluste muutuse.

Mõnel juhul võib salapärane ebastabiilsus olla seletatav mingi kaootilise muutusega magnetvoo struktuuris, mis ainult kogemata viib repolarisatsioonini. Viimase 120 miljoni aasta jooksul üha stabiilsemaks muutunud polaarsuse muutuste sagedus viitab aga välise regulatsiooni võimalikkusele. Selle üheks põhjuseks võib olla temperatuuride erinevus vahevöö alumises kihis ja sellest tulenevalt ka südamiku väljavalamise olemuse muutus.

Magsati ja Oerstedi satelliitidelt tehtud kaartide analüüsimisel tuvastati mõned repolarisatsiooni sümptomid. Gauthier Hulot ja tema kolleegid Pariisi Geofüüsika Instituudist märkisid, et pikaajalised muutused geomagnetväljas toimuvad südamiku ja vahevöö piiril kohtades, kus geomagnetilise voolu suund on vastupidine antud poolkera normaalsele suunale. Suurim niinimetatud vastupidine magnetväli ulatub Aafrika lõunatipust läänes kuni Lõuna-Ameerikani. Selles piirkonnas on magnetvoog suunatud sissepoole, südamiku poole, samas kui lõunapoolkeral on suurem osa sellest suunatud keskelt.

Piirkonnad, kus magnetväli on antud poolkera jaoks suunatud vastupidises suunas, tekivad siis, kui keerdunud ja käänulised magnetvälja jooned murravad kogemata läbi Maa tuuma. Pööratud magnetvälja alad võivad märkimisväärselt nõrgendada Maa pinnal asuvat magnetvälja, mida nimetatakse dipooliks, ja viidata Maa pooluste pöördumise algusele. Need tekivad siis, kui tõusev vedelmass lükkab sulas välissüdamikus horisontaalsed magnetjooned ülespoole. See konvektiivne väljavool mõnikord väänab ja ekstrudeerib magnetjoont (jooni). Samal ajal põhjustavad Maa pöörlemisjõud sulatise spiraalset tsirkulatsiooni, mis võib pingutada ekstrudeeritud magnetjoonel (b) olevat silmust. Kui üleslükkejõud on piisavalt tugev, et silmus südamikust väljutada, moodustub südamiku ja vahevöö piiril paar magnetvoo laike.

Kõige olulisem avastus, mis tehti võrreldes viimaste Oerstedi mõõtmistega 1980. aastal tehtud mõõtmistega, oli see, et uute magnetiliste pöörete piirkondade moodustumine jätkub, näiteks Põhja-Ameerika ja Arktika idaranniku all asuval südamiku ja vahevöö piiril. Pealegi on varem tuvastatud alad kasvanud ja liikunud veidi pooluste suunas. 80ndate lõpus. XX sajand David Gubbins Inglismaa Leedsi ülikoolist märkis geomagnetvälja vanu kaarte uurides, et pöördmagnetvälja lõikude levik, kasv ja pooluse nihkumine seletab dipooli tugevuse vähenemist ajaloolise aja jooksul.

Magnetvälja jõujoonte teoreetiliste põhimõtete kohaselt keeravad Coriolise jõu mõjul tuuma vedelas keskkonnas tekkivad väikesed ja suured keerised jõujooned sõlme. Iga pöörlemine kogub südamikku üha rohkem jõujooni, suurendades nii magnetvälja energiat. Kui protsess jätkub takistamatult, tugevneb magnetväli lõputult. Elektritakistus hajutab ja joondab aga jõujoonte pöördeid piisavalt, et peatada magnetvälja spontaanne kasv ja jätkata siseenergia taastootmist.

Südamiku ja vahevöö piiril moodustuvad intensiivse magnetilise normaal- ja pöördvälja alad, kus väikesed ja suured pöörised interakteeruvad ida-läänesuunaliste magnetväljadega, mida kirjeldatakse kui toroidseid ja mis tungivad südamikusse. Turbulentsed vedeliku liikumised võivad keerata toroidsed väljajooned silmusteks, mida nimetatakse poloidaalseteks väljadeks ja millel on põhja-lõuna orientatsioon. Mõnikord tekib vedeliku massi tõstmisel keerdumine. Kui selline väljavalamine on piisavalt võimas, surutakse poloidaalse silmuse ülaosa tuumast välja (vt vasakpoolset sisendit). Selle väljutamise tulemusena moodustub kaks sektsiooni, milles silmus ületab südamiku-mantli piiri. Ühel neist tekib magnetvoo suund, mis langeb kokku dipoolvälja üldise suunaga antud poolkeral; teises lõigus on vool suunatud vastupidises suunas.

Kui pöörlemine viib ümberpööratud magnetvälja lõigu geograafilisele poolusele lähemale kui tavavooga lõigule, nõrgeneb dipool, mis on selle pooluste läheduses kõige haavatavam. See võib seletada vastupidist magnetvälja Lõuna-Aafrikas. Pooluse ümberpööramise ülemaailmse algusega võivad ümberpööratud magnetväljade alad kasvada kogu piirkonnas geograafiliste pooluste läheduses.

Satelliidimõõtmiste põhjal koostatud Maa magnetvälja kontuurkaardid südamiku ja vahevöö piiril näitavad, et suurem osa magnetvoost on suunatud lõunapoolkeral Maa keskpunktist ja põhjapoolkeral keskpunkti suunas. Kuid mõnes valdkonnas ilmneb vastupidine pilt. Pööratud magnetvälja piirkondade arv ja suurus kasvas aastatel 1980–2000. Kui need täidaksid kogu ruumi mõlemal poolusel, võib toimuda repolariseerumine.

Pooluse ümberpööramise mudelid

Magnetvälja kaardid näitavad, kuidas normaalse polaarsuse korral on suurem osa magnetvoost suunatud Maa keskpunktist (kollane) lõunapoolkeral ja selle keskpunkti (sinine) suunas põhjapoolkeral (a). Repolarisatsiooni algust tähistab mitme pöördmagnetvälja piirkonna ilmumine (sinine lõunapoolkeral ja kollane põhjapoolkeral), mis meenutab selle lõikude moodustumist südamiku ja vahevöö piiril. Umbes 3 tuhande aasta jooksul vähendasid nad dipoolvälja tugevust, mis asendati südamiku ja vahevöö piiril nõrgema, kuid keerukama üleminekuväljaga (b). Pooluste ümberpööramised muutusid sagedaseks 6 tuhande aasta pärast, kui tuuma ja vahevöö piiril hakkasid domineerima vastupidise magnetvälja lõigud (c). Selleks ajaks oli pooluste täielik ümberpööramine avaldunud ka Maa pinnal. Kuid alles 3 tuhande aasta pärast asendati dipool täielikult, sealhulgas Maa tuum (d).

Mis toimub täna sisemise magnetväljaga?

Enamik meist teab, et geograafilised poolused teevad pidevalt keerulisi silmusliigutusi Maa igapäevase pöörlemise suunas (teljepretsessioon perioodiga 25 776 aastat). Tavaliselt toimuvad need liikumised Maa kujuteldava pöörlemistelje lähedal ega too kaasa märgatavaid kliimamuutusi. Loe lähemalt pooluste nihutamise kohta. Kuid vähesed märkasid, et 1998. aasta lõpus muutus nende liikumiste üldine komponent. Kuu ajaga nihkus poolus Kanada poole 50 kilomeetrit. Praegu “hiilib” põhjapoolus mööda läänepikkuse 120. paralleeli. Võib oletada, et kui praegune pooluste liikumise trend jätkub kuni 2010. aastani, võib põhjapoolus nihkuda 3-4 tuhande kilomeetri võrra. Triivi lõpp-punkt on Suured Karujärved Kanadas. Lõunapoolus nihkub vastavalt Antarktika keskpunktist India ookeani poole.

Magnetpooluste nihkumist on registreeritud aastast 1885. Viimase 100 aasta jooksul on lõunapoolkeral asuv magnetpoolus nihkunud ligi 900 km ja sisenenud India ookeani. Viimased andmed Arktika magnetpooluse seisukorra kohta (liikumine Ida-Siberi maailma magnetanomaalia poole läbi Põhja-Jäämere): näitasid, et aastatel 1973–1984 oli selle läbisõit 120 km, 1984–1994. - üle 150 km. Iseloomulik on see, et need andmed on arvutatud, kuid need said kinnitust põhjamagnetpooluse spetsiifiliste mõõtmiste põhjal 2002. aasta alguse andmetel tõusis põhjamagnetpooluse triivikiirus 10 km/aastas 70ndatel, kuni 40 km/aastas 2001 aastal.

Lisaks langeb maa magnetvälja tugevus ja seda väga ebaühtlaselt. Nii on see viimase 22 aasta jooksul vähenenud keskmiselt 1,7 protsenti ja mõnes piirkonnas – näiteks Atlandi ookeani lõunaosas – 10 protsenti. Kuid mõnel pool meie planeedil on magnetvälja tugevus vastupidiselt üldisele trendile isegi veidi suurenenud.

Rõhutame, et pooluste liikumise kiirenemine (keskmiselt 3 km/aastas kümnendis) ja liikumine mööda magnetpooluste inversiooni koridore (rohkem kui 400 paleoinversiooni võimaldas neid koridore tuvastada) paneb kahtlustama, et pooluste liikumist ei tohiks vaadelda kui ekskursiooni, vaid Maa magnetvälja pöördumist.

Kiirendus võib tuua pooluste liikumise kuni 200 km aastas, nii et ümberpööramine toimub palju kiiremini, kui eeldavad teadlased, kes on kaugel tegelikest polaarsuse pöördumisprotsessidest professionaalsetest hinnangutest.

Maa ajaloos on geograafiliste pooluste asendis toimunud muutusi korduvalt ning seda nähtust seostatakse eelkõige suurte maismaaalade jäätumise ja kogu planeedi kliima dramaatiliste muutustega. Kuid alles viimane katastroof, mis oli tõenäoliselt seotud pooluste nihkega, mis leidis aset umbes 12 tuhat aastat tagasi, sai inimkonna ajaloos vastukaja. Me kõik teame, et mammutid on välja surnud. Kuid kõik oli palju tõsisem.

Sadade loomaliikide väljasuremine on väljaspool kahtlust. Arutletakse üleujutuse ja Atlantise surma üle. Üks on aga kindel – inimmälus suurima katastroofi kajadel on reaalne alus. Ja selle põhjuseks on suure tõenäosusega vaid 2000 km pikkune pooluste nihe.

Allolev mudel näitab südamiku sees olevat magnetvälja (keskel hunnik väljajooni) ja dipooli ilmumist (pikad kõverjooned) 500 aastat (a) enne magnetdipooli repolarisatsiooni keskpunkti (b) ja 500 aastat hiljem selle valmimisjärgus (c).

Maa geoloogilise mineviku magnetväli

Viimase 150 miljoni aasta jooksul on repolarisatsioon toimunud sadu kordi, mida tõendavad kivimite kuumenemise käigus Maa välja magnetiseerunud mineraalid. Seejärel kivimid jahtusid ja mineraalid säilitasid oma varasema magnetilise orientatsiooni.

Magnetvälja pöördumise skaalad: I – viimase 5 miljoni aasta jooksul; II – viimase 55 miljoni aasta jooksul. Must värv – normaalne magnetiseerimine, valge värv – pöördmagnetiseerimine (W.W. Harland et al., 1985 järgi)

Magnetvälja pöördumised on sümmeetrilise dipooli telgede märgi muutus. 1906. aastal avastas B. Brun Kesk-Prantsusmaal suhteliselt noorte laamade Neogene'i magnetilisi omadusi mõõtes, et nende magnetiseerumine on tänapäevasele geomagnetväljale vastupidises suunas, st põhja- ja lõunapooluse magnetpoolused tundusid olevat kohad vahetanud. Pöördmagnetiseeritud kivimite esinemine ei ole nende tekkimise ajal tekkinud ebatavaliste tingimuste tagajärg, vaid Maa magnetvälja inversiooni tagajärg hetkel. Geomagnetvälja polaarsuse ümberpööramine on paleomagnetoloogia kõige olulisem avastus, mis võimaldas luua uue magnetostratigraafia teaduse, mis uurib kivimite lademete jagunemist nende otsese või pöördmagnetiseerumise alusel. Ja siin on peamine tõestada nende märkide ümberpööramiste sünkroonsust kogu maakeral. Sel juhul on geoloogidel väga tõhus meetod setete ja sündmuste korreleerimiseks.

Maa reaalses magnetväljas võib polaarsuse märgi muutumise aeg olla kas lühike, kuni tuhat aastat või miljoneid aastaid.
Ühe polaarsuse domineerimise ajavahemikke nimetatakse geomagnetilisteks ajastuteks ja mõnele neist on antud silmapaistvate geomagnetoloogide Brunessi, Matuyama, Gaussi ja Hilberti nimed. Ajastute piires eristatakse ühe või teise polaarsusega lühemaid intervalle, mida nimetatakse geomagnetilisteks episoodideks. Kõige tõhusam geomagnetvälja otsese ja vastupidise polaarsuse intervallide tuvastamine viidi läbi geoloogiliselt noorte laavavoogude puhul Islandil, Etioopias ja mujal. Nende uuringute piirang seisneb selles, et laavapurse oli katkendlik protsess, mistõttu on võimalik, et mõni magnetiline episood võis vahele jääda.

Kui sai võimalikuks meile huvipakkuva ajavahemiku paleomagnetiliste pooluste asukoha kindlaksmääramine, kasutades valitud sama vanuseid, kuid erinevatel mandritel võetud kivimeid, selgus, et arvutatud keskmine poolus näiteks ülem-juura kivimite puhul ( 170–144 miljonit aastat) Põhja-Ameerikast ja samade kivimite poolus Euroopas on erinevates kohtades. Näis, et seal on kaks põhjapoolust, mida dipoolsüsteemiga juhtuda ei saa. Selleks, et oleks olemas üks põhjapoolus, pidi mandrite asukoht Maa pinnal muutuma. Meie puhul tähendas see Euroopa ja Põhja-Ameerika lähenemist kuni nende šelfiservade kokkulangemiseni ehk umbes 200 m ookeanisügavuseni ehk siis ei liigu poolused, vaid mandrid.

Paleomagnetilise meetodi kasutamine võimaldas teostada detailseid rekonstruktsioone suhteliselt noorte Atlandi, India ja Põhja-Jäämere avanemisest ning mõista iidsema Vaikse ookeani arengulugu. Mandrite praegune paigutus on umbes 200 miljonit aastat tagasi alanud superkontinendi Pangea lagunemise tulemus. Ookeanide lineaarne magnetväli võimaldab määrata plaatide liikumise kiirust ning selle muster annab parima info geodünaamilise analüüsi jaoks.

Tänu paleomagnetilistele uuringutele tehti kindlaks, et Aafrika ja Antarktika lõhenemine toimus 160 miljonit aastat tagasi. Kõige iidsemad anomaaliad vanusega 170 miljonit aastat (keskmine juuraaeg) leiti Atlandi ookeani servadelt Põhja-Ameerika ja Aafrika ranniku lähedal. See on aeg, mil superkontinent hakkas lagunema. Atlandi ookeani lõunaosa tekkis 120–110 miljonit aastat tagasi ja Põhja-Atland palju hiljem (80–65 miljonit aastat tagasi) jne. Sarnaseid näiteid võib tuua mis tahes ookeani kohta ja justkui paleomagnetilist rekordit "lugedes" saab rekonstrueerida nende arengulugu ja litosfääri plaatide liikumist.

Maailma anomaaliad– kõrvalekalded ekvivalentdipoolist kuni 20% üksikute alade intensiivsusest, mille iseloomulikud mõõtmed on kuni 10 000 km. Need anomaalsed väljad kogevad ilmalikke variatsioone, mille tulemuseks on muutused aja jooksul paljude aastate ja sajandite jooksul. Näited anomaaliatest: Brasiilia, Kanada, Siberi, Kurski. Ilmalike variatsioonide käigus globaalsed anomaaliad nihkuvad, lagunevad ja tekivad uuesti. Madalatel laiuskraadidel esineb läänesuunaline pikkuskraadi triivi kiirusega 0,2° aastas.

2. KOHALIKUDE ALADE MAGNETVÄLJAD väliskestad pikkusega mitmest kuni sadade kilomeetriteni. Neid põhjustab maakoore moodustavate ja maapinna lähedal asuvate Maa ülemise kihi kivimite magnetiseerumine. Üks võimsamaid on Kurski magnetanomaalia.

3. MAA VAHENDUV MAGNETVÄLI (nimetatakse ka väliseks) määravad allikad voolusüsteemide kujul, mis asuvad väljaspool maapinda ja selle atmosfääris. Selliste väljade ja nende muutuste peamised allikad on Päikeselt koos päikesetuulega tulevad magnetiseeritud plasma korpuskulaarsed vood, mis moodustavad Maa magnetosfääri struktuuri ja kuju.

Esiteks on selge, et sellel struktuuril on "kihiline" kuju. Kuid mõnikord võib täheldada ülemiste kihtide "rebenemist", mis toimub ilmselt kasvava päikesetuule mõjul. Näiteks nagu siin:

Samal ajal sõltub "kuumutamise" aste Päikese tuule kiirusest ja tihedusest sel hetkel, see kajastub värviskaalas kollasest violetseni, mis tegelikult peegeldab magnetväljale avaldatava rõhu suurust. see tsoon (joonis üleval paremal).

Maa atmosfääri magnetvälja struktuur (Maa väline magnetväli)

Maa magnetvälja mõjutab magnetiseeritud päikeseplasma vool. Maa väljaga interaktsiooni tulemusena tekib Maa-lähedase magnetvälja välispiir nn. magnetopaus. See piirab Maa magnetosfääri. Päikese korpuskulaarsete voogude mõjul muutuvad magnetosfääri suurus ja kuju pidevalt ning tekib vahelduv magnetväli, mille määravad kindlaks välised allikad. Selle varieeruvus tuleneb praegustest süsteemidest, mis arenevad erinevatel kõrgustel ionosfääri madalamatest kihtidest kuni magnetopausini. Maa magnetvälja muutusi aja jooksul, mis on põhjustatud erinevatel põhjustel, nimetatakse geomagnetilisteks variatsioonideks, mis erinevad nii oma kestuse kui ka paiknemise poolest Maal ja selle atmosfääris.

Magnetosfäär on Maa-lähedase kosmose piirkond, mida juhib Maa magnetväli. Magnetosfäär tekib päikesetuule vastasmõjul atmosfääri ülakihtide plasmaga ja Maa magnetväljaga. Magnetosfääri kuju on õõnsus ja pikk saba, mis kordavad magnetvälja joonte kuju. Päikesealune punkt asub keskmiselt 10 Maa raadiuse kaugusel ja magnetosfääri saba ulatub Kuu orbiidist kaugemale. Magnetosfääri topoloogia määravad päikeseplasma magnetosfääri sissetungi alad ja praeguste süsteemide olemus.

Magnetosfääri saba moodustavad Maa magnetvälja jõujooned, mis väljuvad polaaraladest ja ulatuvad päikesetuule mõjul sadade Maa raadiusteni Päikesest Maa ööküljele. Selle tulemusena tundub, et päikesetuule plasma ja päikese korpuskulaarsed voolud voolavad ümber Maa magnetosfääri, andes sellele omapärase sabakujulise kuju.
Magnetosfääri sabas, Maast suurtel kaugustel, nõrgeneb Maa magnetvälja tugevus ja seega ka nende kaitseomadused ning mõned päikeseplasma osakesed on võimelised tungima ja sisenema Maa magnetosfääri sisemusse ning kiirgusvööde magnetlõksud. Tungides päikesetuule ja planeetidevahelise välja muutuva rõhu mõjul magnetosfääri pähe auraalsete ovaalide piirkonda, on saba koht sadestavate osakeste voogude moodustumiseks, põhjustades aurorasid ja auraalseid hoovusi. Magnetosfäär eraldatakse planeetidevahelisest ruumist magnetopausiga. Mööda magnetopausi voolavad magnetosfääri ümber korpuskulaarsete voolude osakesed. Päikesetuule mõju Maa magnetväljale on mõnikord väga tugev. Magnetopaus on Maa (või planeedi) magnetosfääri välispiir, mille juures päikesetuule dünaamilist rõhku tasakaalustab tema enda magnetvälja rõhk. Tüüpiliste päikesetuule parameetrite korral on alampäikesepunkt Maa keskpunktist 9–11 Maa raadiuse kaugusel. Maa magnetiliste häirete perioodidel võib magnetopaus minna geostatsionaarsest orbiidist kaugemale (6,6 Maa raadiust). Nõrga päikesetuule korral paikneb päikesealune punkt 15–20 Maa raadiuse kaugusel.

Geomagnetilised variatsioonid

Maa magnetvälja muutusi aja jooksul erinevate tegurite mõjul nimetatakse geomagnetilisteks variatsioonideks. Täheldatud magnetvälja tugevuse ja selle keskmise väärtuse erinevust mis tahes pika aja jooksul, näiteks kuu või aasta jooksul, nimetatakse geomagnetiliseks variatsiooniks. Vaatluste kohaselt muutuvad geomagnetilised variatsioonid ajas pidevalt ja sellised muutused on sageli perioodilised.

Igapäevased variatsioonid geomagnetilised väljad tekivad regulaarselt, peamiselt Maa ionosfääri voolude tõttu, mis on põhjustatud Päikese poolt Maa ionosfääri valgustatuse muutumisest päevasel ajal.

Päevane geomagnetiline kõikumine ajavahemikul 19.03.2010 12:00 kuni 21.03.2010 00:00

Maa magnetvälja kirjeldatakse seitsme parameetriga. Maa magnetvälja mõõtmiseks mis tahes punktis peame mõõtma välja suunda ja tugevust. Magnetvälja suunda kirjeldavad parameetrid: deklinatsioon (D), kalle (I). D ja I mõõdetakse kraadides. Üldist väljatugevust (F) kirjeldavad horisontaalkomponendi (H), vertikaalkomponendi (Z) ning põhja (X) ja idapoolse (Y) komponendid. Neid komponente saab mõõta Oerstedides (1 Oersted = 1 gauss), kuid tavaliselt nanoTeslas (1 nT x 100 000 = 1 oersted).

Ebaregulaarsed variatsioonid magnetväljad tekivad päikeseplasma (päikesetuule) voolu mõjul Maa magnetosfäärile, samuti magnetosfääris toimuvate muutuste ja magnetosfääri ja ionosfääri vastastikmõju tõttu.

Alloleval joonisel on (vasakult paremale) pildid praegusest magnetväljast, rõhust, konvektsioonivooludest ionosfääris, samuti päikesetuule kiiruse ja tiheduse (V, Dens) muutuste graafikud ning väärtused Maa välise magnetvälja vertikaalse ja idapoolse komponendi kohta.

27 päeva variatsioonid eksisteerivad tendentsina korrata geomagnetilise aktiivsuse suurenemist iga 27 päeva järel, mis vastab Päikese pöörlemisperioodile maise vaatleja suhtes. Seda mustrit seostatakse Päikese pikaealiste aktiivsete piirkondade olemasoluga, mida täheldati mitme päikesepöörde ajal. See muster avaldub magnetilise aktiivsuse ja magnettormide 27-päevase korratavuse kujul.

Hooajalised variatsioonid Magnetaktiivsus tuvastatakse enesekindlalt keskmiste igakuiste magnetaktiivsuse andmete põhjal, mis on saadud mitme aasta vaatluste töötlemisel. Nende amplituud suureneb üldise magnetilise aktiivsuse suurenemisega. Leiti, et magnetilise aktiivsuse hooajalistel variatsioonidel on kaks maksimumi, mis vastavad pööripäevade perioodidele, ja kaks miinimumi, mis vastavad pööripäevade perioodidele. Nende variatsioonide põhjuseks on aktiivsete piirkondade teke Päikesel, mis on rühmitatud 10–30° põhja- ja lõunaheliograafiliste laiuskraadide tsoonidesse. Seetõttu on Maa pööripäevade perioodidel, mil Maa ja Päikese ekvaatori tasapinnad langevad kokku, Päikese aktiivsete piirkondade toimele kõige vastuvõtlikum.

11 aasta variatsioonid. Päikese aktiivsuse ja magnetilise aktiivsuse vaheline seos ilmneb kõige selgemini, kui võrrelda pikki vaatlusridu, 11-aastase päikese aktiivsuse perioodide kordajaid. Päikese aktiivsuse tuntuim mõõt on päikeselaikude arv. Leiti, et päikeselaikude maksimumarvu aastatel saavutab ka magnetaktiivsus oma suurima väärtuse, kuid magnetilise aktiivsuse tõus on mõnevõrra hilinenud seoses päikese aktiivsuse suurenemisega, nii et keskmiselt on see viivitus üks aasta.

Sajanditepikkused variatsioonid – maapealse magnetismi elementide aeglased kõikumised mitmeaastase või pikema perioodiga. Erinevalt ööpäevastest, hooajalistest ja muudest välise päritoluga variatsioonidest on ilmalikud variatsioonid seotud Maa tuumas asuvate allikatega. Ilmalike variatsioonide amplituud ulatub kümnetesse nT/aastas, muutusi selliste elementide keskmistes aastaväärtustes nimetatakse ilmalikuks variatsiooniks. Ilmalike variatsioonide isoliinid on koondunud mitme punkti ümber - ilmaliku variatsiooni keskuste või koldete ümber; neis keskustes saavutab ilmaliku variatsiooni suurus maksimumväärtused.

Magnettorm – mõju inimkehale

Magnetvälja kohalikud omadused muutuvad ja kõiguvad, mõnikord mitu tundi, ja taastuvad seejärel endisele tasemele. Seda nähtust nimetatakse magnettormiks. Magnettormid algavad sageli ootamatult ja samaaegselt kogu maailmas.

Päev pärast päikesepõletust jõuab päikesetuule lööklaine Maa orbiidile ja algab magnettorm. Tõsiselt haiged patsiendid reageerivad selgelt esimestest tundidest pärast päikesepõletust, ülejäänud - alates hetkest, mil torm Maal algas. Kõigil on ühine biorütmide muutumine nendel tundidel. Müokardiinfarkti juhtude arv suureneb haiguspuhangule järgneval päeval (umbes 2 korda rohkem kui magnetvaiksete päevadega). Samal päeval algab põlengu põhjustatud magnetosfääritorm. Absoluutselt tervetel inimestel aktiveerub immuunsüsteem, võib esineda sooritusvõime tõusu ja meeleolu paranemist.

Märge: geomagnetiline rahu, mis kestab mitu päeva või rohkemgi järjest, mõjub linlase kehale mitmel viisil masendavalt, nagu torm – põhjustab depressiooni ja nõrgenenud immuunsust. Magnetvälja kerge “põrge” vahemikus Kp = 0 – 3 aitab kergemini vastu pidada atmosfäärirõhu muutustele ja muudele ilmastikuteguritele.

Kp-indeksi väärtuste järgmine gradatsioon on aktsepteeritud:

Kp = 0-1 – geomagnetiline olukord on rahulik (rahulik);

Kp = 1-2 – geomagnetilised tingimused rahulikust kuni kergelt häiritudni;

Kp = 3-4 – kergelt häiritud kuni häiritud;

Kp = 5 ja üle selle – nõrk magnettorm (tase G1);

Kp = 6 ja üle selle – keskmine magnettorm (tase G2);

Kp = 7 ja üle selle – tugev magnettorm (tase G3); võimalikud õnnetused, ilmast sõltuvate inimeste tervise halvenemine

Kp = 8 ja üle selle – väga tugev magnettorm (tase G4);

Kp = 9 – ülitugev magnettorm (tase G5) – maksimaalne võimalik väärtus.

Magnetosfääri seisu ja magnettormide online-vaatlus siin:

Arvukate uuringute tulemusena, mis viidi läbi Kosmoseuuringute Instituudis (IKI), Maapealse Magnetismi, Ionosfääri ja Raadiolainete Levimise Instituudis (IZMIRAN), Meditsiiniakadeemias. NEED. Sechenov ja Venemaa Teaduste Akadeemia meditsiiniliste ja bioloogiliste probleemide instituudis selgus, et geomagnetiliste tormide ajal südame-veresoonkonna süsteemi patoloogiatega patsientidel, eriti neil, kes olid põdenud müokardiinfarkti, hüppas vererõhk, tõusis märgatavalt vere viskoossus, selle voolu kiirus kapillaarides aeglustus ning veresoonte toonus muutus ja stressihormoonid aktiveerusid.

Muutused toimusid ka mõne terve inimese organismis, kuid need põhjustasid peamiselt väsimust, tähelepanu vähenemist, peavalu, peapööritust ega kujutanud endast tõsist ohtu. Astronautide kehad reageerisid muutustele mõnevõrra tugevamalt: neil tekkisid rütmihäired ja muutus veresoonte toonus. Samuti näitasid orbiidil tehtud katsed, et inimese seisundit mõjutavad negatiivselt just elektromagnetväljad, mitte aga muud tegurid, mis Maal mõjuvad, kuid on kosmoses välistatud. Lisaks tuvastati veel üks "riskirühm" - terved inimesed, kellel on ülekoormatud kohanemissüsteem, mis on seotud täiendava stressiga (antud juhul kaaluta olekuga, mis mõjutab ka südame-veresoonkonna süsteemi).

Teadlased jõudsid järeldusele, et geomagnetilised tormid põhjustavad samasugust adaptiivset stressi kui ajavööndite järsk muutus, mis häirib inimese bioloogilisi ööpäevaseid rütme. Päikese äkilised sähvatused ja muud päikese aktiivsuse ilmingud muudavad järsult Maa geomagnetvälja suhteliselt korrapäraseid rütme, mistõttu loomad ja inimesed rikuvad oma rütme ja tekitavad adaptiivset stressi.

Terved inimesed saavad sellega suhteliselt kergesti hakkama, kuid kardiovaskulaarsüsteemi patoloogiatega, ülekoormatud kohanemissüsteemiga inimestele ja vastsündinutele on see potentsiaalselt ohtlik.

Vastust on võimatu ennustada. Kõik sõltub paljudest teguritest: inimese seisundist, tormi iseloomust, elektromagnetiliste võnkumiste sagedusspektrist jne. Veel pole teada, kuidas mõjutavad geomagnetvälja muutused organismis toimuvaid biokeemilisi ja biofüüsikalisi protsesse: millised on geomagnetiliste signaalide vastuvõtjad-retseptorid, kas inimene reageerib elektromagnetkiirgusele kogu kehaga, üksikute organitega või isegi üksikud rakud. Praegu avatakse kosmoseuuringute instituudis heliobioloogia laboratooriumi, et uurida päikese aktiivsuse mõju inimestele.

9. N.V. Koronovski. MAA GEOLOOGILISE MINEVIKKU MAGNETVÄLI // Moskva Riiklik Ülikool. M.V. Lomonosov. Soros Educational Journal, N5, 1996, lk. 56-63

Viimastel päevadel on teadusinfo saitidel ilmunud hulgaliselt uudiseid Maa magnetvälja kohta. Näiteks uudised selle kohta, et see on viimasel ajal oluliselt muutunud või et magnetväli soodustab hapniku lekkimist maakera atmosfäärist või isegi see, et karjamaadel olevad lehmad on orienteeritud magnetvälja joonele. Mis on magnetväli ja kui oluline on kõik need uudised?

Maa magnetväli on meie planeeti ümbritsev ala, kus töötavad magnetjõud. Magnetvälja päritolu küsimus pole veel täielikult lahendatud. Enamik teadlasi nõustub siiski, et Maa magnetvälja olemasolu on vähemalt osaliselt tingitud selle tuumast. Maa tuum koosneb tahkest sisemusest ja vedelast välispinnast. Maa pöörlemine tekitab vedelas tuumas pidevaid voolusid. Nagu lugeja füüsikatundidest mäletab, tekib elektrilaengute liikumise tagajärjel nende ümber magnetväli.

Üks levinumaid välja olemust selgitavaid teooriaid, dünamoefekti teooria, eeldab, et juhtiva vedeliku konvektiivsed või turbulentsed liikumised südamikus aitavad kaasa välja eneseergastamisele ja püsiolekus püsimisele.

Maad võib pidada magnetdipooliks. Selle lõunapoolus asub geograafilisel põhjapoolusel ja selle põhjapoolus on vastavalt lõunapoolusel. Tegelikult ei lange Maa geograafilised ja magnetilised poolused mitte ainult "suunas". Magnetvälja telg on Maa pöörlemistelje suhtes 11,6 kraadi kallutatud. Kuna erinevus pole väga oluline, saame kasutada kompassi. Selle nool osutab täpselt Maa lõunapoolsele magnetpoolusele ja peaaegu täpselt põhjageograafilisele poolusele. Kui kompass oleks leiutatud 720 tuhat aastat tagasi, oleks see osutanud nii geograafilisele kui ka magnetilisele põhjapoolusele. Aga sellest lähemalt allpool.

Magnetväli kaitseb Maa ja tehissatelliitide elanikke kosmiliste osakeste kahjuliku mõju eest. Selliste osakeste hulka kuuluvad näiteks ioniseeritud (laetud) päikesetuuleosakesed. Magnetväli muudab nende liikumise trajektoori, suunates osakesed mööda väljajooni. Magnetvälja vajadus elu eksisteerimiseks kitsendab potentsiaalselt elamiskõlblike planeetide ulatust (kui lähtuda eeldusest, et hüpoteetiliselt võimalikud eluvormid on sarnased maiste elanikega).

Teadlased ei välista, et mõnel maapealsel planeedil pole metallist südamikku ja seetõttu puudub neil magnetväli. Seni arvati, et tahkest kivimist koosnevatel planeetidel, nagu Maagi, on kolm peamist kihti: tahke maakoor, viskoosne vahevöö ja tahke või sularauasüdamik. Hiljutises artiklis tegid Massachusettsi Tehnoloogiainstituudi teadlased ettepaneku moodustada tuumata "kiviseid" planeete. Kui teadlaste teoreetilised arvutused saavad vaatlustega kinnitust, siis humanoididega Universumis kohtumise tõenäosuse või vähemalt bioloogiaõpiku illustratsioone meenutava asja arvutamiseks tuleb need ümber kirjutada.

Maalased võivad kaotada ka oma magnetkaitse. Tõsi, geofüüsikud ei oska veel täpselt öelda, millal see juhtub. Fakt on see, et Maa magnetpoolused ei ole konstantsed. Aeg-ajalt vahetavad nad kohta. Mitte kaua aega tagasi leidsid teadlased, et Maa "mäletab" pooluste ümberpööramist. Selliste "mälestuste" analüüs näitas, et viimase 160 miljoni aasta jooksul on magnetiline põhi ja lõuna oma kohta vahetanud umbes 100 korda. Viimati toimus see sündmus umbes 720 tuhat aastat tagasi.

Pooluste muutumisega kaasneb magnetvälja konfiguratsiooni muutumine. "Üleminekuperioodil" tungib Maale oluliselt rohkem elusorganismidele ohtlikke kosmilisi osakesi. Üks dinosauruste kadumist seletav hüpotees väidab, et hiidroomajad surid välja just järgmise poolusevahetuse käigus.

Lisaks pooluste muutmise kavandatud tegevuste jälgedele märkasid teadlased ohtlikke nihkeid Maa magnetväljas. Tema seisundi andmete analüüs mitme aasta jooksul näitas, et viimastel kuudel hakkas temaga juhtuma asju. Teadlased pole nii teravaid põllu "liikumisi" pikka aega registreerinud. Teadlaste murepiirkond asub Atlandi ookeani lõunaosas. Magnetvälja "paksus" selles piirkonnas ei ületa kolmandikku "normaalsest". Teadlased on seda "auku" Maa magnetväljas juba ammu märganud. 150 aasta jooksul kogutud andmed näitavad, et siinne põld on selle aja jooksul kümme protsenti nõrgenenud.

Hetkel on raske öelda, millist ohtu see inimkonnale kujutab. Üks väljatugevuse nõrgenemise tagajärgi võib olla (ehkki ebaoluline) hapnikusisalduse suurenemine maakera atmosfääris. Ühendus Maa magnetvälja ja selle gaasi vahel loodi Euroopa Kosmoseagentuuri projekti Cluster satelliidisüsteemi abil. Teadlased on leidnud, et magnetväli kiirendab hapnikuioone ja "viskab" need kosmosesse.

Vaatamata sellele, et magnetvälja pole näha, tunnevad Maa elanikud seda hästi. Näiteks rändlinnud leiavad tee, keskendudes sellele. On mitmeid hüpoteese, mis selgitavad, kuidas nad välja täpselt tajuvad. Üks viimastest viitab sellele, et linnud tajuvad magnetvälja. Spetsiaalsed valgud – krüptokroomid – on rändlindude silmis võimelised magnetvälja mõjul oma asendit muutma. Teooria autorid usuvad, et krüptokroomid võivad toimida kompassina.

Lisaks lindudele kasutavad GPS-i asemel Maa magnetvälja merikilpkonnad. Ja nagu näitas Google Earthi projekti raames esitatud satelliidifotode analüüs, lehmad. Pärast 8510 lehma fotode uurimist 308 maailma piirkonnas jõudsid teadlased järeldusele, et need loomad eelistavad (või lõunast põhja poole). Veelgi enam, lehmade "võrdluspunktid" ei ole geograafilised, vaid pigem Maa magnetpoolused. Mehhanism, mille abil lehmad magnetvälja tajuvad, ja selle konkreetse reaktsiooni põhjused sellele jäävad ebaselgeks.

Lisaks loetletud tähelepanuväärsetele omadustele aitab kaasa magnetväli. Need tekivad väli äkiliste muutuste tagajärjel, mis toimuvad põllu kaugemates piirkondades.

Ühe "vandenõuteooria" - Kuu pettuse teooria - toetajad ei jätnud magnetvälja tähelepanuta. Nagu eespool mainitud, kaitseb magnetväli meid kosmiliste osakeste eest. "Kogutud" osakesed kogunevad välja teatud osadesse – nn Van Aleni kiirgusvöödesse. Skeptikud, kes ei usu Kuule maandumise reaalsusesse, usuvad, et astronaudid oleksid läbi kiirgusvööde lennu ajal saanud surmava kiirgusdoosi.

Maa magnetväli on füüsikaseaduste hämmastav tagajärg, kaitsekilp, maamärk ja aurorade looja. Kui seda poleks olnud, oleks elu Maal võinud välja näha hoopis teistsugune. Üldiselt, kui magnetvälja poleks, tuleks see leiutada.

Kaasaegsete ideede kohaselt tekkis see ligikaudu 4,5 miljardit aastat tagasi ja sellest hetkest alates on meie planeeti ümbritsetud magnetväljaga. See mõjutab kõike Maal, sealhulgas inimesi, loomi ja taimi.

Magnetväli ulatub umbes 100 000 km kõrgusele (joonis 1). See suunab kõrvale või püüab kinni päikesetuuleosakesed, mis on kahjulikud kõigile elusorganismidele. Need laetud osakesed moodustavad Maa kiirgusvööndi ja kogu maalähedase ruumi piirkonda, kus nad asuvad, nimetatakse magnetosfäär(Joonis 2). Maa Päikese poolt valgustatud küljel on magnetosfäär piiratud sfäärilise pinnaga, mille raadius on ligikaudu 10-15 Maa raadiust, ja vastasküljel on see komeedi sabana välja sirutatud kuni mitme tuhande kaugusele. Maa raadiused, moodustades geomagnetilise saba. Magnetosfäär on planeetidevahelisest väljast eraldatud üleminekupiirkonnaga.

Maa magnetpoolused

Maa magneti telg on maa pöörlemistelje suhtes 12° kallutatud. See asub Maa keskpunktist umbes 400 km kaugusel. Punktid, kus see telg lõikub planeedi pinnaga, on magnetpoolused. Maa magnetpoolused ei lange kokku tõeliste geograafiliste poolustega. Hetkel on magnetpooluste koordinaadid järgmised: põhja - 77° põhjalaiust. ja 102°W; lõuna - (65° S ja 139° E).

Riis. 1. Maa magnetvälja struktuur

Riis. 2. Magnetosfääri ehitus

Nimetatakse jõujooni, mis kulgevad ühest magnetpoolusest teise magnetilised meridiaanid. Magnetiliste ja geograafiliste meridiaanide vahel moodustub nurk, nn magnetiline deklinatsioon. Igal paigal Maal on oma deklinatsiooninurk. Moskva piirkonnas on deklinatsiooninurk ida pool 7° ja Jakutskis umbes 17° läände. See tähendab, et Moskvas kaldub kompassinõela põhjaots T-ga Moskvat läbivast geograafilisest meridiaanist paremale ja Jakutskis - 17° võrra vasakule vastavast meridiaanist.

Vabalt rippuv magnetnõel asub horisontaalselt ainult magnetekvaatori joonel, mis ei kattu geograafilise joonega. Kui liigute magnetekvaatorist põhja poole, langeb nõela põhjaots järk-järgult allapoole. Nurka, mille moodustavad magnetnõel ja horisontaaltasapind, nimetatakse magnetiline kalle. Magnetpooluse põhja- ja lõunapoolusel on magnetiline kalle suurim. See võrdub 90°-ga. Põhja-magnetpoolusel paigaldatakse vabalt rippuv magnetnõel vertikaalselt põhjapoolse otsaga allapoole ja lõunapoolsel magnetpoolusel läheb selle lõunapoolus alla. Seega näitab magnetnõel maapinna kohal olevate magnetvälja joonte suunda.

Aja jooksul muutub magnetpooluste asend maapinna suhtes.

Magnetpooluse avastas maadeavastaja James C. Ross 1831. aastal, sadade kilomeetrite kaugusel selle praegusest asukohast. Keskmiselt liigub see aastaga 15 km. Viimastel aastatel on magnetpooluste liikumiskiirus järsult kasvanud. Näiteks Põhja-magnetpoolus liigub praegu kiirusega umbes 40 km aastas.

Maa magnetpooluste ümberpööramist nimetatakse magnetvälja inversioon.

Meie planeedi geoloogilise ajaloo jooksul on Maa magnetväli oma polaarsust muutnud enam kui 100 korda.

Magnetvälja iseloomustab intensiivsus. Mõnel pool Maal kalduvad magnetvälja jooned normaalsest väljast kõrvale, moodustades kõrvalekaldeid. Näiteks Kurski magnetanomaalia (KMA) piirkonnas on väljatugevus neli korda suurem kui tavaline.

Maa magnetväljas on igapäevaseid kõikumisi. Nende Maa magnetvälja muutuste põhjuseks on kõrgel atmosfääris voolavad elektrivoolud. Need on põhjustatud päikesekiirgusest. Päikesetuule mõjul Maa magnetväli moondub ja omandab Päikesest lähtuva “jälje”, mis ulatub sadade tuhandete kilomeetrite kaugusele. Päikesetuule peamine põhjus, nagu me juba teame, on aine tohutud väljapaiskumised päikesekroonist. Maa poole liikudes muutuvad nad magnetpilvedeks ja põhjustavad Maal tugevaid, mõnikord äärmuslikke häireid. Eriti tugevad häired Maa magnetväljas - magnettormid. Mõned magnettormid algavad ootamatult ja peaaegu samaaegselt kogu Maa ulatuses, teised arenevad järk-järgult. Need võivad kesta mitu tundi või isegi päevi. Magnettormid tekivad sageli 1-2 päeva pärast päikesepõletust, kuna Maa läbib Päikese poolt väljapaisatud osakeste voogu. Viiteaja põhjal hinnatakse sellise korpuskulaarse voolu kiiruseks mitu miljonit km/h.

Tugevate magnettormide ajal on telegraafi, telefoni ja raadio normaalne töö häiritud.

Magnettorme täheldatakse sageli laiuskraadil 66-67° (aurora tsoonis) ja need esinevad samaaegselt auroratega.

Maa magnetvälja struktuur varieerub sõltuvalt piirkonna laiuskraadist. Magnetvälja läbilaskvus pooluste suunas suureneb. Polaaralade kohal on magnetvälja jooned maapinnaga enam-vähem risti ja lehtrikujulise konfiguratsiooniga. Nende kaudu tungib osa päevapoolsest päikesetuulest magnetosfääri ja sealt edasi atmosfääri ülakihti. Magnettormide ajal tormavad siia magnetosfääri sabaosakesed, mis jõuavad põhja- ja lõunapoolkera kõrgetel laiuskraadidel atmosfääri ülemiste kihtide piiridesse. Just need laetud osakesed põhjustavad siin aurorasid.

Niisiis, magnettormid ja igapäevased muutused magnetväljas on seletatavad, nagu oleme juba teada saanud, päikesekiirgusega. Mis on aga peamine põhjus, mis tekitab Maa püsimagnetismi? Teoreetiliselt oli võimalik tõestada, et 99% Maa magnetväljast on põhjustatud planeedi sees peidetud allikatest. Põhilise magnetvälja põhjustavad Maa sügavustes asuvad allikad. Neid võib laias laastus jagada kahte rühma. Põhiosa neist on seotud protsessidega maa tuumas, kus elektrit juhtiva aine pideva ja korrapärase liikumise tõttu tekib elektrivoolude süsteem. Teine on tingitud asjaolust, et maakoore kivimid tekitavad peamise elektrivälja (südamiku välja) toimel magnetiseerituna oma magnetvälja, mis liidetakse südamiku magnetväljaga.

Lisaks Maad ümbritsevale magnetväljale on veel teisigi välju: a) gravitatsiooniline; b) elektriline; c) termiline.

Gravitatsiooniväli Maad nimetatakse gravitatsiooniväljaks. See on suunatud piki loodijoont, mis on geoidi pinnaga risti. Kui Maa oleks pöördeellipsoidi kujuga ja massid selles ühtlaselt jaotunud, oleks sellel normaalne gravitatsiooniväli. Reaalse ja teoreetilise gravitatsioonivälja intensiivsuse erinevus on gravitatsioonianomaalia. Erinevad materjali koostis ja kivimite tihedus põhjustavad neid kõrvalekaldeid. Kuid võimalikud on ka muud põhjused. Neid saab seletada järgmise protsessiga – tahke ja suhteliselt kerge maakoore tasakaal raskemal ülemisel vahevööl, kus kattekihtide rõhk ühtlustub. Need hoovused põhjustavad tektoonilisi deformatsioone, litosfääri plaatide liikumist ja loovad seeläbi Maa makroreljeefi. Gravitatsioon hoiab Maa peal atmosfääri, hüdrosfääri, inimesi, loomi. Geograafilises ümbrises toimuvate protsesside uurimisel tuleb arvestada gravitatsiooniga. Mõiste " geotropism" on taimeorganite kasvuliigutused, mis raskusjõu mõjul tagavad alati esmase juure vertikaalse kasvusuuna Maa pinnaga risti. Gravitatsioonibioloogia kasutab taimi katsealustena.

Kui gravitatsiooni ei võeta arvesse, on võimatu arvutada algandmeid rakettide ja kosmoselaevade käivitamiseks, teostada maagimaardlate gravimeetrilist uurimist ning lõpuks on võimatu astronoomia, füüsika ja muude teaduste edasine areng.

Alati on kerkinud küsimus, kuidas kompass töötab? Ja täna räägime sellisest asjast nagu MAA MAGNETVÄLI. Ja kuna kahjuks on toimetaja ajaliselt piiratud ja tahame midagi huvitavat anda, räägime teile "maapealsest magnetismist", kasutades mitmeid erinevaid allikaid.

Niisiis:

Maa magnetväli on pikka aega jäänud saladuseks, sest kivimagneteid pole ju olemas? Kuid kui avastate, et Maa sees on kolossaalne kogus rauda, ​​tundub, et kõik loksub paika. Raud ei moodusta “püsimagnetit” nagu need, mis on kinnitatud plastpõrsaste ja karupoegade külge, mille me, teadmata miks, ostame külmkapi külge kinnitamiseks. Maa sooled on rohkem nagu dünamo. Muide, seda nimetatakse geomagnetiliseks dünamoks. Nagu juba mainisime, on Maa tuumas olev raud enamjaolt sulas olekus, erandiks on tahke tihe "pall" päris keskel. Vedel osa soojeneb endiselt. Varem seletati seda nähtust sellega, et radioaktiivsed elemendid, mis olid planeedi keemilises koostises kõigest muust tihedamad, vajusid päris keskmesse, lukustudes sinna ning soojust andis nende poolt eralduv radioaktiivne energia. Kaasaegne teooria pakub hoopis teistsuguse seletuse: südamiku vedel osa soojeneb, tahke osa jahtudes. Tahke südamikuga kokkupuutel sularaud tahkub järk-järgult ja soojus eraldub. See kuumus peab kuhugi minema, see ei saa lihtsalt kaduda nagu sõõm sooja õhku – ümberringi on tuhandeid kilomeetreid tahket kivimit. Soojus kantakse üle sula südamikukihile, kuumutades seda.

Teid võib üllatada tõsiasi, et tahke südamikuga kokkupuutuv osa võib selle tahkestumise käigus jahtuda ja tahkuda ning samal ajal soojeneda. Seletus on lihtne: kuum sularaud tõuseb kuumenedes. Pidage meeles kuumaõhupalli. Õhku soojendades tõuseb see üles. See juhtub seetõttu, et õhu kuumutamisel see paisub, muutub vähem tihedaks ja vähem tihedad ained hõljuvad tihedamate kohal. Õhupall hoiab õhku tohutus, sageli erksavärvilises ja pankade või kinnisvarabüroode logodega siidkotis ning tõuseb koos õhuga. Kuuma rauda ei värvita millegagi, vaid tõuseb samamoodi nagu kuum õhk, eemaldudes tahkest südamikust. See hõljub aeglaselt üles, jahutades ja siis, kui läheb liiga külmaks või õigemini suhteliselt külm, hakkab uuesti sügavusse vajuma. Selle tulemusena on maa tuum pidevas liikumises, seest kuumenedes ja väljas jahtudes. See ei saa korraga tõusta, see tähendab, et mõned südamiku alad ujuvad, teised aga vajuvad uuesti. Seda tüüpi ringlevat soojusülekannet nimetatakse konvektsiooniks.

Füüsikute sõnul võivad liikuvad vedelikud teatud kolme tingimuse täitmisel tekitada magnetvälja. Esiteks peab vedelik juhtima elektrivoolu ja raud teeb seda väga hästi. Teiseks peab esialgu olema vähemalt väike magnetväli ja on põhjust arvata, et meie toona veel väga noorel Maal oli teatud määral isiklikku magnetismi. Kolmandaks, miski peab seda vedelikku pöörlema, moonutades algset magnetvälja ja Maa jaoks toimub selline pöörlemine Coriolise jõu tõttu, mis sarnaneb tsentrifugaaljõuga, kuid toimib nõrgemalt ja tuleneb Maa pöörlemisest ümber oma telje. Jämedalt öeldes moonutab pöörlemine algselt nõrka magnetvälja, keerates seda nagu spagetid kahvlil. Magnetism tõuseb seejärel tippu, jäädes kinni raudsüdamiku ujuvatest massidest. Kogu selle pöörlemise tulemusena muutub magnetväli palju tugevamaks.

Jah, teatud mõttes võib öelda, et Maa käitub nii, nagu oleks tema sees tohutu magnet, aga tegelikult on kõik palju keerulisem. Et pilt oleks veidi täpsem, tuletagem meelde, et on veel vähemalt seitse tegurit, mis määravad magnetvälja olemasolu Maal. Seega võivad mõned maakoore komponendid olla püsimagnetid. Nagu põhja poole suunatud kompassinõel, rivistusid nad järk-järgult tugevama geomagnetilise dünamoga, tugevdades seda veelgi. Atmosfääri ülemistes kihtides on laetud ioniseeritud gaasi kiht. Enne satelliitide leiutamist mängis ionosfäär raadiosides kriitilist rolli: raadiolained põrkasid laetud gaasilt tagasi, mitte ei põgenenud kosmosesse. Ionosfäär on liikumises ja liikuv elekter loob magnetvälja. Umbes 15 000 miili (24 000 km) kõrgusel voolab ringvool – madala tihedusega ioniseeritud osakeste kiht, mis moodustab tohutu toruse. See nõrgendab veidi Maa magnetvälja tugevust.

Järgmised kaks tegurit on nn magnetopaus ja magnetsaba, mis tekkisid päikesetuule mõjul Maa magnetosfääris. Päikesetuul on pidev osakeste voog, mida kiirgab hüperaktiivne päike. Magnetopaus on Maa magnetvälja pealaine, mis liigub vastu päikesetuule ja magnetsaba on selle laine jälg planeedi vastasküljelt, kus Maa enda magnetväli “lekib” väljapoole, pealegi hävis päikesetuule mõjul. Lisaks põhjustab päikesetuul omamoodi tõukejõu piki Maa orbiidi, tekitades magnetvälja joonte täiendava moonutuse, mida nimetatakse magnetosfääris väljaga joondatud vooluks. Ja lõpuks on auraalsed voolud. Virmalised ehk aurora borealis on veetlevad, salapärased kahvatu valguse lehed, mis helkivad põhjapolaartaevas. Sarnast esinemist, aurora australis, võib täheldada lõunapooluse lähedal. Aurorad tekitavad kaks elektrivoolu riba, mis voolavad magnetopausist magnetsabasse. See omakorda loob uued magnetväljad ja kaks elektrivoolu – lääne ja ida.

Niisiis, te ütlete, et Maa on lihtsalt suur magnet? No jah, ja ookean on kauss vett.

Muistsetest kivimitest leitud magnetmaterjalid viitavad sellele, et aeg-ajalt muudab Maa magnetväli oma polaarsust, põhja magnetpoolus muutub lõunaks ja vastupidi. Seda juhtub umbes kord poole miljoni aasta jooksul, kuigi ranget mustrit pole täheldatud. Keegi ei tea täpselt, miks see juhtub, kuid matemaatilised mudelid näitavad, et Maa magnetvälja saab mõlemas suunas võrdselt tõenäoliselt orienteerida, kusjuures kumbki suund ei ole stabiilne. Iga positsioon kaotab varem või hiljem stabiilsuse ja annab teatepulga üle vastaspoolele. Üleminekud toimuvad kiiresti, umbes 5 tuhande aasta jooksul, samas kui nendevahelised perioodid on sada korda pikemad.

Enamikul planeetidel on magnetväljad ja seda asjaolu on veelgi raskem seletada kui Maa välja. Meil on planeetide magnetismi kohta veel palju õppida.

Alfred Wegener

Meie planeedi üks muljetavaldavamaid omadusi avastati 1912. aastal, kuid seda võeti arvesse alles 60ndatel. Kõige veenvam tõend selle kasuks oli just magnetpooluste muutus. Asi on selles, et Maa mandrid ei seisa paigal, vaid triivivad aeglaselt mööda planeedi pinda. Saksa teadlase sõnul Alfred Wegener, kes oma teooria esimesena avaldas, olid praegused eraldi mandrid varem üks superkontinent, mida ta nimetas Pangea(st "Kogu maa"). See eksisteeris umbes 300 miljonit aastat tagasi.

Kindlasti polnud Wegener esimene, kes sellele mõtles. Tema ideed mõjutas vähemalt osaliselt Aafrika ja Lõuna-Ameerika rannajoonte silmatorkav sarnasus. See on kaardil eriti märgatav. Loomulikult tugines Wegener teistele andmetele. Ta polnud geoloog, vaid meteoroloog, iidse kliima spetsialist ja teda üllatas, et külma kliimaga piirkondadest leiti kivimeid, mis tekkisid selgelt sooja kliimaga piirkondades ja vastupidi. Näiteks Saharast võib endiselt leida iidsete liustike jäänuseid, mis on 420 miljonit aastat vanad, ja Antarktikast võib leida kivistunud sõnajalgu. Neil päevil oleks keegi talle öelnud, et kliima on lihtsalt muutunud. Wegener oli aga veendunud, et kliima jäi peaaegu samaks, kui jääaeg välja arvata, ja et mandrid ise muutusid ehk liikusid. Ta oletas, et need eraldusid Maa vahevöö konvektsiooni tagajärjel, kuid ta polnud selles kindel.

Seda ideed peeti hulluks, eriti kuna seda ei pakkunud välja geoloog ja pealegi ignoreeris Wegener kõiki fakte, mis tema teooriasse ei mahtunud. Ja asjaolu, et Aafrika ja Lõuna-Ameerika sarnasus ei ole nii ideaalne ja seda mandrite triivi ei saa seletada. Konvektsioonil pole sellega ilmselgelt midagi pistmist, kuna see on liiga nõrk. Suurepärane A'Tuin(kahtlustab, et A'Tuin on tüdruk) võib kogu maailma enda seljas kanda, kuid ta on vaid väljamõeldis ja reaalses maailmas, tundub, on sellised jõud lihtsalt mõeldamatud.

Me ei kasutanud sõna "mõeldamatu" juhuslikult. Paljud säravad ja lugupeetud teadlased kordavad sageli sama viga. Nad ajavad segi väljendi "Ma ei saa aru, kuidas see saab olla" ja "See on täiesti võimatu". Üks neist, nii häbi kui ka poleks tunnistada, üks meist kahest, oli matemaatik ja suurepärane, kuid kui tema arvutused näitasid, et Maa vahevöö ei suuda mandreid liigutada, ei tulnud talle isegi pähe, et arvutuste aluseks olnud teooriad on valed. Tema nimi oli Sir Harold Jeffreys ja tema probleem seisnes selles, et tal puudus ilmselgelt fantaasialend, sest mitte ainult mandrite piirjooned mõlemal pool Atlandi ookeani ei langenud kokku. Ka geoloogia ja paleontoloogia seisukohalt kõik ühtlus. Võtame näiteks metsalise nimega kivistunud jäänused mesosaurus, kes elas 270 miljonit aastat tagasi nii Lõuna-Ameerikas kui Aafrikas. On ebatõenäoline, et mesosaurus ujus üle Atlandi ookeani; pigem elas ta lihtsalt Pangeal, olles suutnud asuda üle mõlema kontinendi, kui nad polnud veel eraldatud.

Kahekümnenda sajandi 60ndatel tunnustati Wegeneri ideed ja tema mandrite triivimise teooria kehtestati teaduses. Juhtivate geoloogide kohtumisel demonstreerisid noormees nimega Edward Ballard, kes meenutas väga palju Ponder Toupsi, ja kaks tema kolleegi tollal uue seadme nimega arvuti võimeid. Nad andsid masinale ülesandeks leida parim vaste mitte ainult Aafrika ja Lõuna-Ameerika, vaid ka Põhja-Ameerika ja Euroopa vahel, võttes arvesse võimalikke, kuid väikeseid muudatusi. Selle asemel, et võtta rannajoone praegused kontuurid, mis ei olnud alguses kuigi helge idee, lubades triivimise teooria vastastel väita, et mandrid ei langenud kokku, kasutasid noored teadlased kontuuri, mis vastab 3200 jala sügavusele ( 1000 m) allpool merepinda, kuna nende arvates oli see erosioonile vähem allutatud. Kontuurid sobisid hästi ja geoloogia oli nii suurepärane. Ja kuigi inimesed konverentsil ikka veel üksmeelele ei jõudnud, pälvis mandrite triivi teooria lõpuks teatava tunnustuse.

Täna on meil palju rohkem tõendeid ja selge arusaam triivimehhanismist. Atlandi ookeani keskosas, poolel teel Lõuna-Ameerika ja Aafrika vahel, ulatub üks ookeani keskahelikest lõunast põhja (need, muide, on olemas kõigis teistes ookeanides). Vulkaanilised materjalid tõusevad sügavustest mööda kogu seljandikku ja levivad seejärel mööda selle nõlvad. Ja see on toimunud 200 miljonit aastat. Võite isegi allveelaeva saata ja protsessi lihtsalt jälgida. Muidugi ei piisa selle märkamiseks kogu eluajast, kuid Ameerika eemaldub Aafrikast kiirusega 3/4 tolli (2 cm) aastas. Meie küüned kasvavad ligikaudu sama kiirusega, kuid kaasaegsed seadmed suudavad neid muutusi registreerida.

Kõige selgemad tõendid mandrite triivist pärinevad Maa magnetväljast: mõlemal pool mäeahelikku paiknevatel kividel on kummaline magnetribade muster, mis muudab polaarsust põhjast lõunasse ja uuesti tagasi, kusjuures mõlema nõlva muster on sümmeetriline. See tähendab, et ribad külmusid jahtudes magnetväljas. Kui maakera dünamo muutis aeg-ajalt polaarsust, magnetiseerusid mäeharja kivimid selle väljas. Seejärel, pärast magnetiseeritud kivimite eraldamist, ilmusid harja vastaskülgedele identsed mustrid.

Maa pind ei ole tahke kera. Nii mandrid kui ka ookeani põhi hõljuvad tohututel, eriti kõvadel plaatidel, mis võivad magma nende vahele imbudes lahku minna. (Ja enamasti juhtub see vahevöö konvektsiooni tõttu. Jeffreys lihtsalt ei teadnud kõike, mida me vahevöö liikumise kohta teame.) Plaate on kümmekond, laiused kuuesajast (1000 km) kuue tuhandeni. (10 000 km) miili ja nad pööravad kogu aeg ümber. Seal, kus nende piirid puudutavad, hõõruvad ja libisevad, toimuvad pidevalt maavärinad ja vulkaanipursked. Eriti Vaikse ookeani tulevööndis, mis ulatub mööda kogu Vaikse ookeani perimeetrit ja hõlmab Tšiili läänerannikut, Kesk-Ameerikat, Ameerika Ühendriike ning väljaspool Jaapani saari ja Uus-Meremaad. Nad kõik on ühe hiiglasliku plaadi serval. Seal, kus plaadid põrkuvad, tekivad mäed: üks plaat satub teise alla ja tõstab selle üles, purustades ja purustades selle serva. India ei ole üldse Aasia mandri osa, ta lihtsalt põrkas sinna sisse, tekitades maailma kõrgeimad mäed – Himaalaja. See kiirendas nii palju, et jätkab endiselt liikumist ja Himaalaja kasvab.

(c) Kettamaailma teadus, Terry Pratchett, Jack Cohen, Ian Stewart(Üldiselt lugege seda raamatut; meelelahutuslikus vormis paremat juhendit ei leia (kuid enne seda tutvuge põhimõtteliselt Pratchetti "Kettamaailma" sarjaga bibliograafilises MITTE NII POPULAARSES järjekorras)).

Video Roscosmose magnetväljast:

Kuidas kompass töötab?

Kes poleks kompassi näinud? Väike asi, mis näeb välja nagu ühe käega kell. Keerad ja keerad, aga nool pöördub kangekaelselt ühes suunas. Kompassinõel on magnet, mis pöörleb vabalt nõelal. Magnetkompassi tööpõhimõte põhineb kahe magneti külgetõmbamisel ja tõrjumisel. Magnetite vastaspoolused tõmbavad, nagu poolused tõrjuvad. Ka meie planeet on selline magnet. Selle tugevus on väike, sellest ei piisa raskel magnetil avaldumiseks. Väikese magnetvälja mõjul pöörleb aga ka kerge kompassinõel, mis on tasakaalustatud nõelal.

spordikompass

Et kompassinõel ei rippuks, vaid näitaks selgelt suunda olenemata raputusest, peab see olema üsna tugevalt magnetiseeritud. Spordikompassides on noolega pirn vedelikuga täidetud. Mitteagressiivne plast- ja metallosadele, ei külmu talvisel temperatuuril. Kolbi jäetud õhumull toimib taseme indikaatorina, mis suunab kompassi horisontaaltasapinnale.

Maa magnetvälja uurimise juhtroll kuulub inglise teadlasele William Gilbertile. Oma 1600. aastal ilmunud raamatus “Magnetist, magnetkehadest ja suurest magnetist – Maast” esitles ta Maad hiiglasliku püsimagnetina, mille telg ei ühti maakera pöörlemisteljega. Maa. Pöörlemistelje ja magnettelje vahelist nurka nimetatakse magnetiliseks deklinatsiooniks.

Selle lahknevuse tõttu ei ole päris õige väita, et kompassinõel on alati suunatud põhja poole. See osutab punktile, mis asub põhjapoolusest 2100 km kaugusel Somerseti saarel (selle koordinaadid on 75°, 6 N, 101° W – 1965. aasta andmed) Maa magnetpoolused triivivad aeglaselt. Lisaks sellisele veale noole suunas (nimetame seda süstemaatiliseks) ei tohi unustada ka muid põhjuseid, miks kompass korralikult ei tööta:

• Kompassi lähedal asuvad metallesemed või magnetid suunavad selle nõela kõrvale
• Elektroonilised seadmed, mis on elektromagnetväljade allikad
• Mineraalimaardlad – metallimaagid
• Magnettormid, mis tekivad aastatepikkuse tugeva päikeseaktiivsuse ajal, moonutavad Maa magnetvälja.

Nüüd proovige vastata targemate küsimustele:

Vahepeal annan teile huvitavaid fakte Maa magnetvälja kohta.

Selgub, et see nõrgeneb iga 10 aasta järel umbes 0,5%. Erinevatel hinnangutel kaob see 1-2 tuhande aasta pärast. Eeldatakse, et sel hetkel toimub magneti ja Maa vaheline polaarsuse pöördumine. Pärast seda hakkab väli taas suurenema, kuid põhja- ja lõunapoolused vahetavad kohti. Arvatakse, et seda on meie planeediga juhtunud tohutult palju kordi.

Selgub, et ka rändlinnud navigeerivad “kompassi järgi”, täpsemalt on nende jaoks teejuhiks Maa magnetväli. Hiljuti said teadlased teada, et lindudel on silmade piirkonnas väike magnetiline “kompass” – pisike koeväli, milles paiknevad magnetiidikristallid, millel on võime magnetväljas magnetiseeruda.

Lihtsa kompassi saate ise teha. Selleks jätke õmblusnõel mitmeks päevaks magneti kõrvale. Pärast seda nõel magnetiseeritakse. Pärast rasva või õliga niisutamist langetage nõel ettevaatlikult tassi valatud vee pinnale. Rasv ei lase vajuda ja nõel pöördub põhjast lõunasse (või vastupidi:).

Kas olete muljet avaldanud? Nüüd saate kontrollida oma vastuseid küsimustele:

• Kuhu teie arvates kompassinõel osutab, kui asute põhjageograafilise pooluse ja põhjamagnetpooluse vahel?
  - Noole põhjaots osutab... lõunasse ja lõunapoolne ots - põhja!
• Kuhu osutab nool, kui kompass on magnetpooluse lähedal?
  - selgub, et magnetpooluse piirkonnas niidile riputatud nool kipub ümber Maa magnetilisi jooni... allapoole!
• Kui kompassi juhindudes kõnnite väga pikka aega rangelt kirde suunas, siis kuhu te välja jõuate?
  – sa tuled põhja magnetpoolusele! Proovige oma teed maakeral jälgida, see osutub väga huvitavaks marsruudiks.

ja selline võis Kolumbuse laeva merekompass välja näha

Loodame, et teile meeldis see materjal. Kui jah, siis teeme neid erinevaid!

Kui leiate vea, tõstke esile mõni tekstiosa ja klõpsake Ctrl+Enter.

Vaatamisi: 367

Simon Anzellini juhitud teadlaste meeskond tegi uue avastuse. Mõne katse käigus tuvastasid nad Maa tuuma tahke osa uued omadused

Teadlased on leidnud, et maa raudne tuum on kuumutatud 6 tuhande kraadini Celsiuse järgi ja see teave on tuhat kraadi kõrgem, kui seni arvati. Ja see fakt võimaldab meil nüüd mõista meie planeedi magnetvälja olemust.

Grenoble'i Prantsuse aatomienergia komissariaadi liige Simon Ancellin ja tema kolleegid suutsid raua käitumist ülikõrge rõhu all jälgides arvutada Maa raudsüdamiku temperatuuri.

Rühm teadlasi kasutas raua omaduste määramiseks oma meetodit. Rauatükk asetati teemant alasi sisse ja suruti 2,2 miljoni atmosfääri rõhu all kokku ning kuumutati seejärel laserkiire abil temperatuurini 4,5 tuhat kraadi Celsiuse järgi.

Katse viidi läbi, et saada andmeid, mis aitavad teadlastel määrata maakera tuuma tahke osa temperatuuri, milles rõhk ulatub 3,3 miljoni atmosfäärini. Teadlaste üllatuseks ulatus temperatuur tuumas 6-6,5 tuhande kraadini Celsiuse järgi, mis ületab varasemaid ettekujutusi tuhande kraadi võrra. Nagu teadlased ütlevad, sobib uus avastus hästi teadlaste üldise arusaamaga planeedi olemusest ja ehitusest. Ja see võimaldab meil selgitada Maa magnetvälja põhjust.

Maa magnetvälja allikas

Kuni 17. sajandini oli see teos geomagnetismi põhiteos. 17.–20. sajandil hakkasid toimuma paljud uuringud ja vaatlused, mis viisid teadlased uute järelduste ja omadusteni. Sel ajal tähistatakse selliste teadlaste tööd nagu Halley Halley, Alexander von Humboldt, Joseph Gay-Lussac, James Maxwell, Carl Gauss.

Maxwelli elektromagnetismi teooria kujunemine 19. sajandi 70ndatel on üsna märkimisväärne. Tema võrranditest selgub, et magnetvälja moodustab elektrivool. Järelikult toob see kaasa suletud elementaarvoolude ja magnetdipoolide ekvivalentsuse, mille momenti nimetatakse ka voolu magnetmomendiks. Kui need suurused kokku liita, moodustavad need näiteks silindrilise magneti magnetvälja, mis on ligikaudu võrdne sama pikkuse ja sama ristlõikega solenoidi väljaga.

Kuid hetkel polnud selget ettekujutust, kust Maa magnetväli pärineb. Kaasaegsed teaduslikud tööd geomagnetismi olemuse kohta näitavad järgmist: "Pöördudes nüüd "suure magneti" poole, pole asi esmapilgul nii keeruline: leida planeedi keskelt vajaliku konfiguratsiooni ja jõududega voolusüsteeme, mis moodustavad Maa pinnal välja, mille ehitust oleme hästi uurinud.Kui suundume Maale, siis maakoore, ülemise vahevöö ja alumise vahevöö läbinuna jõuame tohutu vedela tuumani, eksistentsi mille määras 20. sajandi keskel kindlaks Harold Jeffreys Cambridge'i ülikoolist.Suure osa tuuma tegelik vedel olek annab järelduse geomagnetvälja tekitamise mehhanismist.Asi on selles, et Maa püsimagnet välja moodustavad elektrivoolud, mis tekivad juhtiva vedeliku liikumisel südamikus.Teist teooriat selles küsimuses pole veel leiutatud.

Kui läheme kaugemale ja püüame mõista Maa geomagnetvälja tekitamise protsesside olemust, siis on aeg kasutada selleks dünamomehhanismi. Lühidalt, eeldame, et magnetvälja moodustumine Maa välises vedelas tuumas toimub samamoodi nagu iseergastavas dünamos, kus juhtmete mähis pöörleb välises magnetväljas. Järelikult tekib elektromagnetilise induktsiooni tõttu mähises elektrivool, mis moodustab oma magnetvälja. See suurendab välist magnetvälja ja suureneb ka vool mähises.

Loomulikult ei ole planeedi vedel tuum dünamo. Kuid kui vedeliku juhis ilmub termiline konvektsioon, moodustub teatud elektrit juhtiva vedeliku voolusüsteem, mis on kooskõlas juhi liikumisega. Ei oleks jõhker vägivald looduse vastu eeldada teatud seemnemagnetväljade olemasolu tuumas. Järelikult, kui vedelikujuht oma suhtelise liikumise ajal ületab nende väljade jõujooned, siis tekib selles elektrivool, mis tekitab magnetvälja, mis suurendab välist seemnevälja ja see omakorda suurendab elektrivool ja nii edasi, nagu laul paavstist ja tema koerast, kes hooletult lihatüki ära sõi. Protsess jätkub kuni statsionaarse magnetvälja tekkimiseni, mil erinevad dünaamilised protsessid üksteist tasakaalustavad.

Maa magnetväli on tuleviku energia

Venemaa teadlane füüsika- ja matemaatikateaduste kandidaat Jevgeni Timofejev, RSC Energia töötaja, on selle probleemiga tegelenud juba aastaid. Ta on juba suutnud luua sellise generaatori prototüübi, mis toodaks energiat Maa magnetväljast. Generaator töötab nii: kui seade on liikuma pandud, registreerib tundlik voltmeeter elektromotoorjõu esinemise ahelas. Leiutaja täpsustab, et seadme töömeetod põhineb Maa magnetvälja lõikumisel solenoidiga, mille mähise mingi osa on kaitstud magnetkilbiga.

Nagu teadlane nendib, on inimkond päikesevalguse energia praktilise kasutamise osas Maa magnetvälja kasutamisest juba palju ees. Mõnes aspektis oleme samal tasemel, kus Tesla oli 75 aastat tagasi.