Sisukord:
- Maa magnetvälja struktuur ja omadused
- Põhivaldkond
- Maailma anomaaliate väljad
- Väline magnetväli
- Välja parameetrid
- Maa magnetvälja olemus
- Muutused Maa magnetväljas
- Maa magnetpooluste nihkumine
- Kuidas tekkis Maa magnetväli?
Video: Maa kilp: kus on meie planeedil magnetväli?
2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-12-16 16:03
Magnetväli kaitseb Maa pinda päikesetuule ja kahjuliku kosmilise kiirguse eest. See toimib omamoodi kilbina – ilma selle olemasoluta häviks atmosfäär. Me räägime teile, kuidas Maa magnetväli tekkis ja muutus.
Maa magnetvälja struktuur ja omadused
Maa magnetväli ehk geomagnetväli on maasiseste allikate tekitatud magnetväli. Geomagnetismi uurimise teema. Ilmus 4, 2 miljardit aastat tagasi.
Maa enda magnetvälja (geomagnetväli) võib jagada järgmisteks põhiosadeks:
- põhivaldkond,
- maailma anomaaliate väljad,
- väline magnetväli.
Põhivaldkond
Üle 90% sellest koosneb väljast, mille allikas asub Maa sees, vedelas välissüdamikus – seda osa nimetatakse põhi-, põhi- või normaalväljaks.
See on ligikaudne harmooniliste jada kujul - Gaussi jada ja esimesel lähendusel Maa pinna lähedal (kuni kolm selle raadiust) on see magnetdipoolvälja lähedal, see tähendab, et see näeb välja nagu Maa. on ribamagnet, mille telg on suunatud ligikaudu põhjast lõunasse.
Maailma anomaaliate väljad
Maa magnetvälja tegelikud jõujooned, kuigi keskmiselt lähedased dipooli jõujoontele, erinevad neist lokaalsete ebatasasuste poolest, mis on seotud magnetiseeritud kivimite esinemisega maakoores, mis paiknevad maapinna lähedal.
Seetõttu on mõnel pool maapinnal väljaparameetrid väga erinevad lähialade väärtustest, moodustades nn magnetilisi anomaaliaid. Need võivad üksteisega kattuda, kui neid põhjustavad magnetiseeritud kehad asuvad erinevatel sügavustel.
Väline magnetväli
Selle määravad allikad voolusüsteemide kujul, mis asuvad väljaspool maapinda, selle atmosfääris. Atmosfääri ülaosas (100 km ja üle selle) - ionosfääris - selle molekulid ioniseerivad, moodustades tiheda külma plasma, mis tõuseb kõrgemale, seega osa Maa magnetosfäärist ionosfääri kohal, ulatudes kuni kolme kaugusele. selle raadiusest nimetatakse plasmasfääriks.
Plasmat hoiab kinni Maa magnetväli, kuid selle oleku määrab tema koostoime päikesetuulega – päikesekrooni plasmavool.
Seega on Maa pinnast kaugemal asuv magnetväli asümmeetriline, kuna päikesetuule mõjul on see moonutatud: Päikesest tõmbub see kokku ja Päikesest lähtudes omandab "jälje", mis ulatub. sadu tuhandeid kilomeetreid, väljudes Kuu orbiidist.
See omapärane "sabaga" vorm tekib siis, kui päikesetuule ja päikese korpuskulaarsete voogude plasma näib voolavat ümber Maa magnetosfääri - maalähedase kosmosepiirkonna, mida kontrollib endiselt Maa magnetväli, mitte Päike ja teised. planeetidevahelised allikad.
Seda eraldab planeetidevahelisest ruumist magnetopaus, kus päikesetuule dünaamilist rõhku tasakaalustab tema enda magnetvälja rõhk.
Välja parameetrid
Maa välja magnetilise induktsiooni joonte asukoha visuaalset esitust pakub magnetnõel, mis on fikseeritud nii, et see võib vabalt pöörata nii ümber vertikaal- kui ka horisontaaltelje (näiteks kardaanis), - igas punktis Maa pinna lähedal on see paigaldatud teatud viisil mööda neid jooni.
Kuna magnet- ja geograafiline poolus ei lange kokku, näitab magnetnõel vaid ligikaudset põhja-lõuna suunda.
Vertikaaltasandit, kuhu magnetnõel on paigaldatud, nimetatakse antud koha magnetmeridiaani tasapinnaks ja joont, mida mööda see tasapind Maa pinnaga lõikub, nimetatakse magnetmeridiaaniks.
Seega on magnetmeridiaanid Maa magnetvälja jõujoonte projektsioonid selle pinnale, mis koonduvad põhja- ja lõunapoolusel. Magnetilise ja geograafilise meridiaani suundade vahelist nurka nimetatakse magnetiliseks deklinatsiooniks.
See võib olla lääne (sageli tähistatud märgiga "-") või idapoolne (märk "+"), olenevalt sellest, kas magnetnõela põhjapoolus kaldub kõrvale geograafilise meridiaani vertikaaltasapinnast läände või itta.
Lisaks ei ole Maa magnetvälja jooned üldiselt selle pinnaga paralleelsed. See tähendab, et Maa välja magnetiline induktsioon ei asu antud koha horisondi tasapinnal, vaid moodustab selle tasapinnaga teatud nurga – seda nimetatakse magnetinklinatsiooniks. See on nullilähedane ainult magnetilise ekvaatori punktides - magnetteljega risti asetseval tasapinnal asuva suurringi ümbermõõt.
Maa magnetvälja numbrilise modelleerimise tulemused: vasakul - normaalne, paremal - inversiooni ajal
Maa magnetvälja olemus
Esimest korda püüdis J. Larmor Maa ja Päikese magnetvälja olemasolu selgitada 1919. aastal, pakkudes välja dünamo kontseptsiooni, mille kohaselt toimub taevakeha magnetvälja säilimine tegevuse all. elektrit juhtiva keskkonna hüdrodünaamilisest liikumisest.
1934. aastal tõestas T. Cowling aga teoreemi telgsümmeetrilise magnetvälja säilitamise võimatuse kohta hüdrodünaamilise dünamomehhanismi abil.
Ja kuna enamust uuritud taevakehadest (ja veelgi enam Maad) peeti telgsümmeetrilisteks, siis sai selle põhjal teha eelduse, et ka nende väli oleks telgsümmeetriline ning seejärel selle genereerimine selle põhimõtte järgi. oleks selle teoreemi järgi võimatu.
Isegi Albert Einstein oli sellise dünamo teostatavuse suhtes skeptiline, arvestades lihtsate (sümmeetriliste) lahenduste olemasolu võimatust. Alles palju hiljem selgus, et kõigil magnetvälja tekitamise protsessi kirjeldavatel telgsümmeetriaga võrranditel pole telgsümmeetrilist lahendust isegi 1950. aastatel. on leitud asümmeetrilisi lahendusi.
Sellest ajast on dünamoteooria edukalt arenenud ja tänapäeval on Maa ja teiste planeetide magnetvälja tekke üldtunnustatud kõige tõenäolisem seletus iseergastuv dünamomehhanism, mis põhineb juhis elektrivoolu tekitamisel. kui see liigub nende voolude endi poolt tekitatud ja võimendatud magnetväljas.
Maa tuumas luuakse vajalikud tingimused: vedelas välissüdamikus, mis koosneb peamiselt rauast temperatuuril umbes 4-6 tuhat kelvinit ja mis juhib suurepäraselt voolu, tekivad konvektiivsed voolud, mis eemaldavad soojuse tahkest sisesüdamikust. (tekinud radioaktiivsete elementide lagunemise või varjatud soojuse vabanemise tõttu aine tahkumisel sisemise ja välimise tuuma vahelisel piiril, kui planeet järk-järgult jahtub).
Coriolise jõud keeravad need voolud iseloomulikeks spiraalideks, mis moodustavad nn Taylori sambad. Kihtide hõõrdumise tõttu omandavad nad elektrilaengu, moodustades silmusvoolud. Nii luuakse voolude süsteem, mis ringleb mööda juhtivat ahelat juhtides, mis liiguvad (esialgu olemas, kuigi väga nõrgas) magnetväljas, nagu Faraday kettal.
See loob magnetvälja, mis voogude soodsa geomeetria korral suurendab algvälja ja see omakorda suurendab voolu ning võimendusprotsess jätkub seni, kuni voolu suurenedes suurenevad džauli soojuskaod tasakaalustavad voolutugevust. energia sissevool hüdrodünaamiliste liikumiste tõttu.
Eeldati, et dünamo võib ergastuda pretsessiooni- või loodete jõudude tõttu, see tähendab, et energiaallikaks on Maa pöörlemine, kuid kõige levinum ja arenenud hüpotees on, et see on just termokeemiline konvektsioon.
Muutused Maa magnetväljas
Magnetvälja inversioon on Maa magnetvälja suuna muutumine planeedi geoloogilises ajaloos (määratud paleomagnetilise meetodiga).
Inversiooni korral pööratakse magnetiline põhja- ja lõunapool ning kompassi nõel hakkab osutama vastupidises suunas. Inversioon on suhteliselt haruldane nähtus, mida pole kunagi Homo sapiens'i eksisteerimise ajal esinenud. Eeldatavasti juhtus see viimati umbes 780 tuhat aastat tagasi.
Magnetvälja pöördumised toimusid ajavahemike järel kümnetest tuhandetest aastatest kuni kümnete miljonite aastate pikkuste vaikse magnetvälja suurte intervallideni, mil pöördumisi ei toimunud.
Seega ei leitud pooluse ümberpööramisel perioodilisust ja seda protsessi peetakse stohhastiliseks. Pikkadele vaikse magnetvälja perioodidele võivad järgneda mitme erineva kestusega ümberpööramise perioodid ja vastupidi. Uuringud näitavad, et magnetpooluste muutus võib kesta mitmesajast kuni mitmesaja tuhande aastani.
Johns Hopkinsi ülikooli (USA) eksperdid viitavad sellele, et ümberpööramiste käigus nõrgenes Maa magnetosfäär nii palju, et kosmiline kiirgus võis jõuda Maa pinnale, mistõttu võib see nähtus kahjustada planeedi elusorganisme ning järgmine pooluste vahetus võib kaasa tuua veelgi rohkem. tõsised tagajärjed inimkonnale kuni globaalse katastroofini.
Viimaste aastate teadustöö on näidanud (sealhulgas katsetes) magnetvälja suuna juhuslike muutuste ("hüppade") võimalust statsionaarses turbulentses dünamos. Maa Füüsika Instituudi geomagnetismi laboratooriumi juhataja Vladimir Pavlovi sõnul on inversioon inimstandardite järgi üsna pikk protsess.
Leedsi ülikooli geofüüsikud Yon Mound ja Phil Livermore usuvad, et paari tuhande aasta pärast toimub Maa magnetvälja inversioon.
Maa magnetpooluste nihkumine
Esimest korda määrati magnetpooluse koordinaadid põhjapoolkeral 1831. aastal, uuesti - 1904. aastal, seejärel 1948 ja 1962, 1973, 1984, 1994; lõunapoolkeral - 1841. aastal, taas - 1908. aastal. Magnetpooluste nihkumist on registreeritud alates 1885. aastast. Viimase 100 aasta jooksul on lõunapoolkeral asuv magnetpoolus liikunud ligi 900 km ja sisenenud lõunaookeani.
Viimased andmed Arktika magnetpooluse seisukorra kohta (liikudes üle Põhja-Jäämere Ida-Siberi maailma magnetanomaalia poole) näitasid, et aastatel 1973–1984 oli selle läbisõit 120 km, aastatel 1984–1994 - üle 150 km. Kuigi need arvud on arvutatud, kinnitavad need põhja magnetpooluse mõõtmised.
Pärast 1831. aastat, mil masti asend esimest korda fikseeriti, oli 2019. aastaks poolus juba üle 2300 km Siberi poole nihkunud ja jätkab liikumist kiirendusega.
Selle sõidukiirus kasvas 15 km-lt aastas 2000. aastal 55 km-ni aastas 2019. aastal. See kiire triiv nõuab Maa magnetvälja kasutavate navigatsioonisüsteemide, näiteks nutitelefonide kompasside või laevade ja lennukite varunavigatsioonisüsteemide sagedasemat kohandamist.
Maa magnetvälja tugevus langeb ja ebaühtlaselt. Viimase 22 aasta jooksul on see vähenenud keskmiselt 1,7% ja mõnes piirkonnas, näiteks Atlandi ookeani lõunaosas, 10%. Kohati magnetvälja tugevus vastupidiselt üldisele trendile isegi suurenes.
Pooluste liikumise kiirenemine (keskmiselt 3 km / aastas) ja nende liikumine mööda magnetpooluste ümberpööramise koridore (need koridorid võimaldasid paljastada enam kui 400 paleoinversiooni) viitab sellele, et selles pooluste liikumises peaks nägema mitte ekskursiooni, vaid Maa magnetvälja järjekordset inversiooni.
Kuidas tekkis Maa magnetväli?
Scrippsi okeanograafiainstituudi ja California ülikooli eksperdid on oletanud, et planeedi magnetvälja moodustas vahevöö. Ameerika teadlased on välja töötanud hüpoteesi, mille 13 aastat tagasi pakkus välja Prantsusmaa teadlaste rühm.
On teada, et professionaalid väitsid pikka aega, et selle magnetvälja tekitas Maa välimine tuum. Siis aga väitsid Prantsusmaa eksperdid, et planeedi vahevöö oli alati tahke (alates selle sünnihetkest).
See järeldus pani teadlased mõtlema, et magnetvälja ei saanud moodustada südamik, vaid vahevöö alumise osa vedel osa. Mantli koostis on silikaatmaterjal, mida peetakse halvaks juhiks.
Aga kuna alumine vahevöö pidi vedelaks jääma miljardeid aastaid, siis selle sees oleva vedeliku liikumine ei tekitanud elektrivoolu ning tegelikult oli lihtsalt vaja tekitada magnetväli.
Tänapäeva spetsialistid usuvad, et vahevöö oleks võinud olla võimsam kanal, kui seni arvati. See spetsialistide järeldus õigustab täielikult varajase Maa seisundit. Silikaatdünamo on võimalik ainult siis, kui selle vedela osa elektrijuhtivus oli palju suurem ning madala rõhu ja temperatuuriga.
Soovitan:
Meie kodu on ikka meie kindlus
Lastes on vaja arendada kriitilise mõtlemise oskusi, samuti täita lapsi ümbritsev ruum võimalikult palju kergete ja loominguliste piltidega. Kuidas, loe artiklist
Miks meie esivanemad vaevalt tööd tegid ja nüüd töötame meie kõvasti?
Robotiseerimine ja automatiseerimine võtavad töökohad juba täna ning see protsess tulevikus ainult intensiivistub. Mida peaksid tegema inimesed, kes on tööjõust vabanenud?
"Bursa", "ShkID" või kus õppisid meie esivanemad
Gümnaasium on nii tuttav koht, et tundub, et see on alati olnud sama, mis praegu: avarate klassiruumide, selge tunniplaani, kõnede ja muutustega. Seetõttu hämmastasid meid kirjandustundides sageli asutuste nimed, kus klassikaliste raamatute tegelased õppisid
Meie galaktika asub tohutu mulli sees, kus ainet on vähe
Võib-olla elame mullis. Kuid see pole vaevalt kõige kummalisem asi, mida olete meie universumist kuulnud. Nüüd on arvukate teooriate ja hüpoteeside hulgast esile kerkinud veel üks. Uus uuring on katse lahendada kaasaegse füüsika üks raskemaid mõistatusi: miks pole meie universumi paisumiskiiruse mõõtmistel mõtet?
Kus on kõik meie mälestused talletatud?
Teie aju ei töötle teavet, ei ammuta teadmisi ega salvesta mälestusi. Lühidalt, teie aju ei ole arvuti. Ameerika psühholoog Robert Epstein selgitab, miks kontseptsioon ajust kui masinast ei ole teaduse arendamiseks ega inimloomuse mõistmiseks ebaefektiivne