Tartalomjegyzék:

Földpajzs: Hol van bolygónknak mágneses tere?
Földpajzs: Hol van bolygónknak mágneses tere?

Videó: Földpajzs: Hol van bolygónknak mágneses tere?

Videó: Földpajzs: Hol van bolygónknak mágneses tere?
Videó: Horizon: Forbidden West (The Movie) 2024, Március
Anonim

A mágneses tér megvédi a Föld felszínét a napszéltől és a káros kozmikus sugárzástól. Egyfajta pajzsként működik – léte nélkül a légkör megsemmisülne. Elmondjuk, hogyan alakult ki és változott meg a Föld mágneses tere.

A Föld mágneses terének felépítése, jellemzői

A Föld mágneses tere vagy geomágneses mezeje egy földön belüli források által generált mágneses mező. A geomágnesesség vizsgálatának tárgya. 4,2 milliárd éve jelent meg.

A Föld saját mágneses tere (geomágneses mezeje) a következő fő részekre osztható:

  • fő terület,
  • a világ anomáliáinak mezői,
  • külső mágneses tér.

Fő mező

Több mint 90%-a mezőből áll, amelynek forrása a Föld belsejében, a folyékony külső magban található - ezt a részt fő, fő vagy normál mezőnek nevezik.

Harmonikusok sorozataként közelítik meg - Gauss-sort, és első közelítésben a Föld felszínéhez közel (legfeljebb három sugara) közel van a mágneses dipólustérhez, vagyis úgy néz ki, mint a Föld egy szalagmágnes, amelynek tengelye körülbelül északról délre irányul.

A világ anomáliáinak mezői

A Föld mágneses mezejének valódi erővonalai, bár átlagosan közel állnak a dipólus erővonalaihoz, a felszínhez közel elhelyezkedő kéregben mágnesezett kőzetek jelenlétével összefüggő lokális szabálytalanságokban különböznek tőlük.

Emiatt a földfelszínen egyes helyeken a térparaméterek nagyon eltérnek a közeli területek értékeitől, úgynevezett mágneses anomáliákat képezve. Átfedhetik egymást, ha az őket okozó mágnesezett testek különböző mélységekben helyezkednek el.

Külső mágneses mező

A földfelszínen kívül, a légkörben elhelyezkedő áramrendszerek formájában lévő források határozzák meg. A légkör felső részén (100 km és afeletti) - az ionoszférában - molekulái ionizálódnak, sűrű hideg plazmát képezve, amely magasabbra emelkedik, így a Föld magnetoszférájának egy része az ionoszféra felett, akár három távolságra is. sugarának plazmaszférájának nevezzük.

A plazmát a Föld mágneses tere tartja, de állapotát a napszéllel való kölcsönhatás – a napkorona plazmaáramlása – határozza meg.

Így a Föld felszínétől nagyobb távolságban a mágneses tér aszimmetrikus, mivel a napszél hatására eltorzul: a Nap felől összehúzódik, a Nap felőli irányban pedig „nyomot” kap, amely kiterjed. több százezer kilométeren át, túllépve a Hold pályáján.

Ez a sajátos "farkú" forma akkor jön létre, amikor a napszél plazmája és a szoláris korpuszkuláris patakok úgy tűnik, hogy a Föld magnetoszférája körül áramlanak - a földközeli tér tartománya, amelyet továbbra is a Föld mágneses tere irányít, nem pedig a Nap és a többi. bolygóközi források.

A bolygóközi tértől egy magnetopauza választja el, ahol a napszél dinamikus nyomását a saját mágneses mezejének nyomása egyensúlyozza ki.

Mezőparaméterek

A Föld mező mágneses indukciós vonalainak helyzetét egy mágneses tű biztosítja, amely úgy van rögzítve, hogy szabadon tudjon forogni mind a függőleges, mind a vízszintes tengely körül (például gimbalban), - a Föld felszínéhez közeli minden ponton meghatározott módon, ezen vonalak mentén van beépítve.

Mivel a mágneses és a földrajzi pólusok nem esnek egybe, a mágnestű csak hozzávetőleges észak-déli irányt mutat.

Azt a függőleges síkot, amelybe a mágnestű be van helyezve, az adott hely mágneses meridiánjának síkjának, az egyenest pedig, amely mentén ez a sík a Föld felszínével metszi, mágneses meridiánnak nevezzük.

A mágneses meridiánok tehát a Föld mágneses mezejének erővonalainak a felszínére vetített vetületei, amelyek az északi és déli mágneses póluson konvergálnak. A mágneses és a földrajzi meridián iránya közötti szöget mágneses deklinációnak nevezzük.

Lehet nyugati (gyakran "-" jellel jelölve) vagy keleti ("+" jel), attól függően, hogy a mágnestű északi pólusa a földrajzi meridián függőleges síkjától nyugatra vagy keletre tér el.

Továbbá a Föld mágneses mezejének vonalai általában véve nem párhuzamosak a felszínével. Ez azt jelenti, hogy a Föld mezőjének mágneses indukciója nem egy adott hely horizontjának síkjában fekszik, hanem ezzel a síkkal egy bizonyos szöget zár be – ezt nevezzük mágneses inklinációnak. Csak a mágneses egyenlítő pontjain van közel nullához - egy nagy kör kerülete egy olyan síkban, amely merőleges a mágneses tengelyre.

Kép
Kép

A Föld mágneses mezejének numerikus modellezésének eredményei: bal oldalon - normál, jobb oldalon - inverzió során

A Föld mágneses mezejének természete

J. Larmor először 1919-ben próbálta megmagyarázni a Föld és a Nap mágneses mezejének létezését, és javasolta a dinamó koncepcióját, amely szerint az égitest mágneses terének fenntartása a cselekvés hatására történik. elektromosan vezető közeg hidrodinamikus mozgásának.

1934-ben azonban T. Cowling bebizonyította a tengelyszimmetrikus mágneses tér hidrodinamikus dinamómechanizmussal való fenntartásának lehetetlenségére vonatkozó tételt.

És mivel a legtöbb vizsgált égitestet (és még inkább a Földet) axiálisan szimmetrikusnak tekintették, ez alapján lehetett feltételezni, hogy a terejük is tengelyirányban szimmetrikus lesz, majd ennek az elvnek megfelelő generálása. e tétel szerint lehetetlen lenne.

Még Albert Einstein is szkeptikus volt egy ilyen dinamó megvalósíthatóságát illetően, tekintettel arra, hogy nem léteznek egyszerű (szimmetrikus) megoldások. Csak jóval később derült ki, hogy még az 1950-es években sem lesz minden axiális szimmetriájú egyenlet axiálisan szimmetrikus megoldással, amely a mágneses tér keletkezésének folyamatát írja le. aszimmetrikus megoldásokat találtak.

Azóta a dinamóelmélet sikeresen fejlődik, és ma a Föld és más bolygók mágneses tere keletkezésének általánosan elfogadott legvalószínűbb magyarázata egy öngerjesztő dinamó mechanizmus, amely egy vezetőben elektromos áram létrehozásán alapul. amikor ezek az áramok által generált és felerősített mágneses térben mozog.

A szükséges feltételek a Föld magjában jönnek létre: a folyékony külső magban, amely főként vasból áll, körülbelül 4-6 ezer Kelvin hőmérsékletű, amely tökéletesen vezeti az áramot, konvektív áramlások jönnek létre, amelyek hőt vonnak el a szilárd belső magból. (amely a radioaktív elemek bomlása vagy a látens hő felszabadulása miatt keletkezik az anyag megszilárdulása során a belső és a külső mag közötti határon, ahogy a bolygó fokozatosan lehűl).

A Coriolis-erők ezeket az áramlatokat jellegzetes spirálokká csavarják, amelyek az úgynevezett Taylor-oszlopokat alkotják. A rétegek súrlódása miatt elektromos töltésre tesznek szert, hurokáramokat képezve. Így létrejön egy áramrendszer, amely egy vezető áramkör mentén kering a vezetőkben, amelyek egy (kezdetben jelen lévő, bár nagyon gyenge) mágneses térben mozognak, mint egy Faraday-korongban.

Mágneses teret hoz létre, amely az áramlások kedvező geometriájával növeli a kezdeti mezőt, ez pedig növeli az áramerősséget, és az erősítési folyamat addig tart, amíg az áramerősség növekedésével növekvő Joule-hőveszteségek kiegyenlítik a hőt. a hidrodinamikus mozgások miatt beáramló energia.

Felmerült, hogy a dinamót precessziós vagy árapály-erők gerjeszthetik, vagyis az energiaforrás a Föld forgása, azonban a legelterjedtebb és legfejlettebb hipotézis az, hogy ez pontosan termokémiai konvekció.

Változások a Föld mágneses terének

A mágneses tér inverziója a Föld mágneses tere irányának változása a bolygó geológiai történetében (a paleomágneses módszerrel meghatározva).

Az inverzió során a mágneses észak és a mágneses dél felcserélődik, és az iránytű tűje az ellenkező irányba mutat. Az inverzió viszonylag ritka jelenség, amely soha nem fordult elő a Homo sapiens fennállása alatt. Feltehetően utoljára körülbelül 780 ezer éve történt.

A mágneses tér megfordulása több tízezer évtől a több tízmillió éves csendes mágneses tér hatalmas intervallumáig történt, amikor a megfordulás nem következett be.

Így a pólusváltásban nem találtunk periodicitást, és ez a folyamat sztochasztikusnak tekinthető. A csendes mágneses tér hosszú periódusait többszörös, különböző időtartamú megfordítási periódusok követhetik, és fordítva. A tanulmányok azt mutatják, hogy a mágneses pólusok változása több száztól több százezer évig is eltarthat.

A Johns Hopkins Egyetem (USA) szakértői szerint a fordulatok során a Föld magnetoszférája annyira meggyengült, hogy a kozmikus sugárzás elérheti a Föld felszínét, így ez a jelenség károsíthatja a bolygó élőlényeit, a következő pólusváltás pedig még többre vezethet. súlyos következményekkel jár az emberiségre, egészen egy globális katasztrófáig.

Az elmúlt évek tudományos munkái megmutatták (beleértve a kísérleteket is) a mágneses tér irányának véletlenszerű megváltoztatásának ("ugrások") lehetőségét egy álló turbulens dinamóban. Vlagyimir Pavlov, a Földfizikai Intézet geomágneses laboratóriumának vezetője szerint az inverzió emberi mércével mérve meglehetősen hosszú folyamat.

A Leedsi Egyetem geofizikusai Yon Mound és Phil Livermore úgy vélik, hogy néhány ezer éven belül megfordul a Föld mágneses mezeje.

A Föld mágneses pólusainak elmozdulása

Először 1831-ben határozták meg a mágneses pólus koordinátáit az északi féltekén, ismét - 1904-ben, majd 1948-ban és 1962-ben, 1973-ban, 1984-ben, 1994-ben; a déli féltekén - 1841-ben, ismét - 1908-ban. A mágneses pólusok elmozdulását 1885 óta regisztrálják. Az elmúlt 100 év során a déli féltekén lévő mágneses pólus közel 900 km-t mozdult el, és belépett a Déli-óceánba.

A sarkvidéki mágneses pólus állapotára vonatkozó legfrissebb adatok (a kelet-szibériai világ mágneses anomáliája felé haladva a Jeges-tengeren) azt mutatták, hogy 1973 és 1984 között futásteljesítménye 120 km, 1984 és 1994 között több mint 150 km volt. Bár ezek az adatok kiszámítottak, az északi mágneses pólus mérései megerősítik őket.

1831 után, amikor először rögzítették az oszlop helyzetét, 2019-re az oszlop már több mint 2300 km-rel eltolódott Szibéria felé, és gyorsulással halad tovább.

Menetsebessége a 2000-es évi 15 km-ről 2019-re évi 55 km-re nőtt. Ez a gyors sodródás szükségessé teszi a Föld mágneses terét használó navigációs rendszerek, például az okostelefonok iránytűinek vagy a hajók és repülőgépek tartalék navigációs rendszereinek gyakoribb beállítását.

A Föld mágneses mezejének ereje csökken, és egyenetlenül. Az elmúlt 22 évben átlagosan 1,7%-kal, egyes régiókban, például az Atlanti-óceán déli részén pedig 10%-kal csökkent. A mágneses tér erőssége helyenként az általános trenddel ellentétben még nőtt is.

A pólusok mozgásának felgyorsulása (átlagosan 3 km/év) és mozgásuk a mágneses pólusfordítások folyosóin (ezek a folyosók több mint 400 paleoinverzió feltárását tették lehetővé) arra utal, hogy a pólusok ebben a mozgásában egy nem egy kirándulást kell látnia, hanem a Föld mágneses mezejének újabb inverzióját.

Hogyan jött létre a Föld mágneses tere?

A Scripps Oceanográfiai Intézet és a Kaliforniai Egyetem szakértői szerint a bolygó mágneses terét a köpeny alkotta. Amerikai tudósok kidolgoztak egy hipotézist, amelyet 13 évvel ezelőtt javasolt egy francia kutatócsoport.

Ismeretes, hogy a szakemberek hosszú ideig azzal érveltek, hogy a Föld külső magja generálja a mágneses terét. De a francia szakértők azt sugallták, hogy a bolygó köpenye mindig szilárd volt (születésének pillanatától kezdve).

Ez a következtetés arra késztette a tudósokat, hogy a mágneses teret nem a mag képezheti, hanem az alsó köpeny folyékony része. A köpeny összetétele szilikát anyag, amely rossz vezetőnek számít.

Ám mivel az alsó köpenynek évmilliárdokon át folyékonynak kellett maradnia, a benne lévő folyadék mozgása nem generált elektromos áramot, sőt, egyszerűen csak mágneses mezőt kellett generálni.

A mai szakemberek úgy vélik, hogy a köpeny erősebb csatorna lehetett, mint korábban gondolták. A szakemberek ezen következtetése teljes mértékben igazolja a korai Föld állapotát. Szilikát dinamó csak akkor lehetséges, ha folyékony részének elektromos vezetőképessége jóval nagyobb, nyomása és hőmérséklete alacsony.

Ajánlott: