Teade maa magnetvälja teemal. Mis on Maa magnetväli

Füüsika töö

10. klassi õpilane A

Kool nr 1202

Kruglova Egor

Magnetväli

19. sajandil avastati seos elektri ja magnetismi vahel ning tekkis idee magnetväljast. Kaasaegsete kontseptsioonide kohaselt on voolu kandvatel juhtmetel jõu tegevusüksteisele mitte otse, vaid neid ümbritsevate magnetväljade kaudu.

Allikad magnetväli liiguvad elektrilaengud (voolud). Voolujuhte ümbritsevas ruumis tekib magnetväli, nii nagu elektriväli tekib statsionaarseid elektrilaenguid ümbritsevas ruumis. Püsimagnetite magnetvälja tekitavad ka aine molekulide sees ringlevad elektrilised mikrovoolud (Ampere’i hüpotees).

Magnetvälja kirjeldamiseks on vaja kasutusele võtta elektrivälja tugevuse vektoriga sarnane väljatugevuse karakteristik. Selliseks tunnuseks on magnetinduktsiooni vektor Magnetinduktsiooni vektor määrab magnetväljas vooludele või liikuvatele laengutele mõjuvad jõud.

Vektori positiivseks suunaks loetakse suund lõunapoolusest S magnetväljas vabalt paikneva magnetnõela põhjapooluse N suunas. Seega, uurides väikese magnetnõela abil voolu või püsimagneti tekitatud magnetvälja, on see võimalik igas ruumipunktis

Magnetvälja kvantitatiivseks kirjeldamiseks on vaja näidata meetodit mitte ainult vektori suuna, vaid ka selle suuruse määramiseks.

Magnetilise induktsiooni vektori moodul on võrdne vooluga sirgele juhile mõjuva amprijõu maksimaalse väärtuse ja voolutugevuse suhtega I juhis ja selle pikkus Δ l :

Seda suhet nimetatakse tavaliselt Ampere'i seaduseks.

SI ühikute süsteemis loetakse magnetilise induktsiooni ühikuks sellise magnetvälja induktsioon, milles voolutugevusel 1 A iga juhi pikkuse meetri kohta mõjub maksimaalne jõud 1 N. Seda ühikut nimetatakse teslaks. (T).

Tesla on väga suur üksus. Maa magnetväli on ligikaudu 0,5·10–4 T. Suur laborielektromagnet suudab luua kuni 5 Tesla välja.

Amperjõud on suunatud risti magnetinduktsiooni vektori ja juhti läbiva voolu suunaga. Amprijõu suuna määramiseks kasutatakse tavaliselt vasaku käe reeglit: kui asetate vasak käsi nii et induktsioonijooned sisenevad peopessa ja sirutatud sõrmed on suunatud piki voolu, siis näitab röövitud pöial juhile mõjuva jõu suunda.

Vasaku käe reegel ja kere reegel.

Püsimagneti ja vooluga mähise magnetiliste induktsiooniväljade jooned

Mõistame koos, mis on magnetväli. Lõppude lõpuks elavad paljud inimesed selles valdkonnas kogu oma elu ega mõtle sellele isegi. On aeg see parandada!

Magnetväli

Magnetväli- erilist tüüpi ainet. See avaldub liikumises liikuvatele elektrilaengutele ja kehadele, millel on oma magnetmoment (püsimagnetid).

Tähtis: magnetväli ei mõjuta statsionaarseid laenguid! Magnetvälja tekitavad ka liikuvad elektrilaengud ehk ajas muutuv elektriväli või elektronide magnetmomendid aatomites. See tähendab, et iga traat, mille kaudu vool läbib, muutub samuti magnetiks!

Keha, millel on oma magnetväli.

Magnetil on poolused, mida nimetatakse põhjaks ja lõunaks. Tähised "põhja" ja "lõuna" on antud ainult mugavuse huvides (nagu "pluss" ja "miinus" elektri puhul).

Magnetvälja tähistab magnetilised elektriliinid. Jõujooned on pidevad ja suletud ning nende suund langeb alati kokku väljajõudude toimesuunaga. Kui metallilaastud on püsimagneti ümber laiali, näitavad metalliosakesed selget pilti põhjapoolusest väljuvatest ja lõunapoolusele sisenevatest magnetvälja joontest. Magnetvälja graafiline karakteristik - jõujooned.

Magnetvälja omadused

Magnetvälja peamised omadused on magnetiline induktsioon, magnetvoog Ja magnetiline läbilaskvus. Aga räägime kõigest järjekorras.

Pangem kohe tähele, et süsteemis on antud kõik mõõtühikud SI.

Magnetiline induktsioon B - vektor füüsiline kogus, mis on magnetväljale iseloomulik põhijõud. Tähistatakse tähega B . Magnetinduktsiooni mõõtühik - Tesla (T).

Magnetinduktsioon näitab, kui tugev on väli, määrates jõu, mida see laengule avaldab. See jõud helistas Lorentzi jõud.

Siin q - laadimine, v - selle kiirus magnetväljas, B - induktsioon, F - Lorentzi jõud, millega väli laengule mõjub.

F- füüsikaline suurus, mis võrdub magnetilise induktsiooni korrutisega vooluringi pindala ja induktsioonivektori vahelise koosinuse ja vooluringi tasandi normaalarvuga, mida voog läbib. Magnetvoog on magnetvälja skalaaromadus.

Võime öelda, et magnetvoog iseloomustab pindalaühikut läbivate magnetiliste induktsioonijoonte arvu. Magnetvoogu mõõdetakse Weberach (Wb).

Magnetiline läbilaskvus– koefitsient, mis määrab kandja magnetilised omadused. Üks parameetritest, millest sõltub välja magnetiline induktsioon, on magnetiline läbilaskvus.

Meie planeet on olnud tohutu magnet juba mitu miljardit aastat. Maa magnetvälja induktsioon varieerub sõltuvalt koordinaatidest. Ekvaatoril on see ligikaudu 3,1 korda 10 Tesla miinus viienda astmega. Lisaks esineb magnetanomaaliaid, kus välja väärtus ja suund erinevad oluliselt naaberaladest. Mõned suurimad magnetilised anomaaliad planeedil - Kursk Ja Brasiilia magnetilised anomaaliad.

Maa magnetvälja päritolu jääb teadlastele endiselt saladuseks. Eeldatakse, et välja allikaks on Maa vedel metallist tuum. Südamik liigub, mis tähendab, et sula raua-nikli sulam liigub ja laetud osakeste liikumine on elektrivool, mis tekitab magnetvälja. Probleem on selles, et see teooria ( geodünamo) ei selgita, kuidas põldu stabiilsena hoitakse.

Maa on tohutu magnetiline dipool. Magnetpoolused ei lange kokku geograafiliste poolustega, kuigi need on vahetus läheduses. Pealegi liiguvad Maa magnetpoolused. Nende nihkumist on registreeritud alates 1885. aastast. Näiteks viimase saja aasta jooksul on lõunapoolkeral asuv magnetpoolus nihkunud ligi 900 kilomeetrit ja asub praegu Lõunaookeanis. Arktika poolkera poolus liigub läbi Põhja-Jäämere Ida-Siberi magnetanomaaliasse, selle liikumiskiirus (2004. aasta andmetel) oli umbes 60 kilomeetrit aastas. Nüüd on postide liikumise kiirendus - keskmiselt kasvab kiirus 3 kilomeetrit aastas.

Milline on Maa magnetvälja tähtsus meie jaoks? Esiteks kaitseb Maa magnetväli planeeti kosmiliste kiirte eest ja päikese tuul. Laetud osakesed süvakosmosest ei lange otse maapinnale, vaid need tõrjub hiiglaslik magnet ja liiguvad mööda selle jõujooni. Seega on kõik elusolendid kaitstud kahjuliku kiirguse eest.

Maa ajaloo jooksul on toimunud mitmeid sündmusi. inversioonid magnetpooluste (muutused). Pooluse inversioon- see on siis, kui nad vahetavad kohta. Viimane kord see nähtus leidis aset umbes 800 tuhat aastat tagasi ja kokku oli Maa ajaloos geomagnetilisi inversioone üle 400. Mõned teadlased usuvad, et magnetpooluste liikumise täheldatud kiirenemist arvestades tuleks oodata järgmist pooluste inversiooni. järgmise paari tuhande aasta jooksul.

Õnneks pole poolusevahetust meie sajandil veel oodata. See tähendab, et võite mõelda meeldivatele asjadele ja nautida elu vanas heas Maa konstantses väljas, võttes arvesse magnetvälja põhiomadusi ja omadusi. Ja selleks, et saaksite seda teha, on meie autorid, kelle kätte võite julgelt usaldada osa haridusmuresid! ja muud tüüpi tööd, mida saate tellida lingi kaudu.

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-magnetpoolusele paigaldatakse vertikaalselt vabalt rippuv magnetnõel põhjapoolne ots alla ja lõunamagnetpoolusel läheb selle lõunaots 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. Sageli tekivad magnettormid 1-2 päeva pärast päikesepaiste Maa läbimise tõttu Päikese poolt väljapaisatud osakeste voo kaudu. 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 ja lõpuks on see võimatu edasine areng astronoomia, füüsika ja muud teadused.

Enamik planeete Päikesesüsteem neil on erineva raskusastmega 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. Energiaallikas (generaator) sisse sel juhul on 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 enamik Magnetvälja jooned väljuvad lõunapooluse seest (pikad kollased torud) ja sisenevad põhjapooluse lähedale (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 ta oleks energiaallika kaotanud oma tugevust vähendanud 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, mis tavalisel elektrilisel, muundaval. kineetiline energia nende liikuvad osakesed elektromagnetvälja. 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.

sisse sisemine struktuur Maal on sula välimine tuum, kus keeruline turbulentne konvektsioon tekitab geomagnetvälja.

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.

Kolmandaks vajalik tingimus magnetvälja säilitamine – 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 on suurema osa ajast orienteeritud piki suunda. maa telg pöörlemine. Nagu lineaarmagneti väljas, on põhiline geomagnetiline voog suunatud lõunapoolkeral Maa keskpunktist ja põhjapoolkeral keskpunkti suunas. (Kompassi nõel osutab geograafilisele põhjapoolusele, kuna lähedal on dipooli lõunapoolus.) 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. Pöördmagnetvälja 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 ilmub magnetvoo suund, mis langeb kokku üldine suund dipoolväljad 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 eemale ( kollane) lõunapoolkeral ja selle keskpunktini (sinine) 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. Lõpp-punkt triiv – 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. Aga kajab sisse inimkonna ajalugu sai ainult viimase katastroofi, mis oli tõenäoliselt seotud pooluste nihkega, mis toimus umbes 12 tuhat aastat tagasi. 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 - tavaline 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 muutmine – suur avastus paleomagnetoloogias, mis võimaldas luua uue teaduse magnetostratigraafia, 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 sette-sündmuste korrelatsioonid.

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 üksikasjalikke rekonstruktsioone suhteliselt noorte Atlandi, India ja Põhja-Jäämere avanemise kohta ning mõista iidsemate ookeanide arengulugu. vaikne ookean. 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. Sarnased näited saab kasutada mis tahes ookeane ja justkui paleomagnetilist rekordit "lugedes" 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:

Samas oleneb “kuumenemise” aste päikesetuule kiirusest ja tihedusest sellisel hetkel, mis peegeldub värviskeem kollasest lillani, mis tegelikult peegeldab selle tsooni magnetväljale avaldatavat survet (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 suurel kaugusel, on Maa magnetvälja tugevus ja seega ka nende kaitsvad omadused, on nõrgenenud ja mõned päikeseplasma osakesed on võimelised tungima Maa magnetosfääri sisemusse ja sisenema kiirgusvööde magnetpüünistesse. 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. Magnethäirete perioodidel Maal võib magnetopaus ulatuda 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-kordseid. suveperioodid päikese aktiivsus. 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. Kõigile 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 (G2 tase);

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. Siiani pole teada, kuidas geomagnetvälja muutused mõjutavad organismis toimuvaid biokeemilisi ja biofüüsikalisi protsesse: millised on geomagnetiliste signaalide vastuvõtjad-retseptorid, kas inimene reageerib mõjule elektromagnetiline kiirgus kogu keha, üksikud organid 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 neid. M.V. Lomonosov. Soros Educational Journal, N5, 1996, lk. 56-63

Viide

Gauss (vene tähis Гс, rahvusvaheline - G) on magnetilise induktsiooni mõõtühik CGS-süsteemis. Nime sai saksa füüsiku ja matemaatiku Carl Friedrich Gaussi järgi.

1 G = 100 uT;

1 T = 104 Gs.

Saab väljendada CGS-süsteemi põhimõõtühikute kaudu järgmiselt: 1 Gs = 1 g 1/2 .cm −1/2 .s −1.

Kogemused

Allikas: magnetismi füüsikaõpikud, Berkeley kursus.

Teema: m magnetväljad aines.

Sihtmärk: saate teada, kuidas erinevad ained reageerivad magnetväljale.

Kujutagem ette mõnda katset väga tugeva väljaga. Oletame, et tegime solenoidi siseläbimõõduga 10 cm ja pikkusega 40 cm.

1. Pooli disain, mis loob tugeva magnetvälja. Näidatud on mähise ristlõige, mille kaudu voolab jahutusvesi. 2. Välja suuruskõver B 2 pooli teljel.

Selle välisläbimõõt on 40 cm ja suurem osa ruumist on täidetud vaskmähisega. Selline mähis tagab püsiva välja 30 000 gs kesklinnas, kui tood sinna 400 kW elektrivool ja varustusvesi ca 120 l minutis kuumuse eemaldamiseks.

Need konkreetsed andmed on antud näitamaks, et kuigi seade pole midagi erakordset, on see siiski üsna arvestatav laborimagnet.

Välja suurus magneti keskmes on ligikaudu 10 5 korda suurem kui Maa magnetväli ja tõenäoliselt 5 või 10 korda tugevam kui mis tahes raudvarda või hobuserauamagneti läheduses olev väli!

Solenoidi keskkoha lähedal on väli üsna ühtlane ja väheneb pooli otste teljel ligikaudu poole võrra.

järeldused

Niisiis, nagu katsed näitavad, on selliste magnetite väljatugevus (st induktsioon või intensiivsus) nii magneti sees kui ka väljaspool peaaegu viis suurusjärku suurem kui Maa välja.

Samuti vaid kaks korda - mitte "aeg-ajalt!" - see on väljaspool magnetit väiksem.

Ja samas on see 5-10 korda võimsam kui tavaline püsimagnet.

Maapinna keskmine väljatugevus on umbes 0,5 Oe (5,10–5 Teslat)

Kuid juba mõnesaja meetri (kui mitte kümnete) kaugusel sellisest magnetist ei reageeri magnetkompassi nõel ei voolu sisse- ega väljalülitamisele.

Samas reageerib ta hästi maa väljale või selle anomaaliatele vähimagi asendimuutuse korral. Mida see tähendab?

Esiteks maa magnetvälja induktsiooni selgelt alahinnatud näitajast – see tähendab mitte induktsioonist endast, vaid sellest, kuidas me seda mõõdame.

Mõõdame raami reaktsiooni vooluga, selle pöördenurka maa magnetväljas.

Iga magnetomeeter on üles ehitatud mitte otsese, vaid kaudse mõõtmise põhimõttel:

Ainult pinge väärtuse muutuse olemuse järgi;

Ainult maapinnal, selle lähedal atmosfääris ja lähikosmoses.

Me ei tea konkreetse maksimumiga välja allikat. Mõõdame ainult väljatugevuse erinevust erinevates punktides ja intensiivsuse gradient ei muutu kõrgusega liiga palju. Siin ei tööta klassikalise lähenemise kasutamisel matemaatilisi arvutusi maksimumi määramiseks.

Magnetvälja mõju - katsed

On teada, et isegi tugevad magnetväljad praktiliselt ei mõjuta keemilisi ja biokeemilisi protsesse. Saate asetada oma käe (ilma käekell!) solenoidiks, mille väli on 30 kgf ilma märgatavate tagajärgedeta. Raske on öelda, millisesse ainete klassi teie käsi kuulub - paramagnetilistele või diamagnetilistele, kuid sellele mõjuv jõud ei ületa igal juhul mõne grammi. Terveid põlvkondi hiiri aretati ja kasvatati tugevates magnetväljades, mis neid ei mõjutanud. märkimisväärne mõju. Ka teised bioloogilised katsed ei ole leidnud märkimisväärset magnetilist mõju bioloogilistele protsessidele.

Oluline meeles pidada!

Oleks vale eeldada, et nõrgad mõjud mööduvad alati tagajärgedeta. Selline arutluskäik võib viia järelduseni, et gravitatsioonil pole molekulaarsel skaalal energeetilist tähtsust, kuid mäenõlval kasvavad puud siiski vertikaalselt. Seletus peitub ilmselt kogujõus, mis mõjub bioloogilisele objektile, mille mõõtmed on palju suuremad kui molekuli mõõtmed. Tõepoolest, sarnast nähtust (“tropismi”) on eksperimentaalselt demonstreeritud ka väga ebaühtlase magnetvälja juures kasvavate seemikute puhul.

Muide, kui asetate oma pea tugevasse magnetvälja ja raputage seda, tunnete suus elektrolüütilise voolu maitset, mis annab tunnistust indutseeritud elektromotoorjõu olemasolust.

Ainega suheldes on magnet- ja elektriväljade roll erinev. Kuna aatomid ja molekulid koosnevad aeglaselt liikuvatest elektrilaengutest, domineerivad molekulaarsetes protsessides elektrilised jõud magnetjõudude üle.

järeldused

Sellise magneti magnetvälja mõju bioloogilistele objektidele pole midagi muud kui sääsehammustus. Ükskõik milline Elusolend või on taim pidevalt palju tugevama maamagnetismi mõju all.

Seetõttu ei ole valesti mõõdetud välja mõju märgatav.

Arvutused

1 gauss = 1 10 -4 teslat.

Geomagnetvälja tugevuse (T) ühikuks Cu süsteemis on amper meetri kohta (A/m). Magnetuuringus kasutati ka teist mõõtühikut Oersted (E) või gamma (G), mis võrdub 10 -5 Oe. Praktiliselt mõõdetav magnetvälja parameeter on aga magnetinduktsioon (või magnetvoo tihedus). Magnetinduktsiooni ühikuks C-süsteemis on tesla (T). Magnetuuringus kasutatakse väiksemat nanotesla ühikut (nT), mis võrdub 10–9 teslaga. Kuna enamikes keskkondades, kus magnetvälja uuritakse (õhk, vesi, valdav enamus mittemagnetilisi settekivimeid), saab Maa magnetvälja mõõta kvantitatiivselt kas magnetilise induktsiooni ühikutes (nT) või vastavas väljas. tugevus - gamma.

Joonisel on kujutatud Maa magnetvälja kogutugevus 1980. aasta epohhi kohta. T isoliinid on tõmmatud läbi 4 μT (raamatust "Geophysical methods in Regional Geology", autor P. Sharma).

Seega

Poolustel on magnetinduktsiooni vertikaalsed komponendid ligikaudu 60 μT ja horisontaalsed komponendid on nullid. Ekvaatoril on horisontaalkomponent ligikaudu 30 µT ja vertikaalne komponent on null.

Niisama kaasaegne teadus umbes geomagnetism on ammu hüljanud magnetismi põhiprintsiibi, kaks teineteise vastas tasapinnaliselt asetatud magnetit kipuvad ühenduma vastandpoolustega.

See tähendab, et viimase fraasi järgi otsustades ekvaatoril puudub jõud (vertikaalne komponent), mis tõmbaks magnetit Maa külge! Nii eemaletõukav kui see ka pole!

Kas need kaks magnetit ei tõmba üksteist ligi? See tähendab, et pole tõmbejõudu, kuid on pingejõud? Jama!

Kuid sellise magneti paigutusega pooluste juures on see olemas, kuid horisontaalne jõud kaob.

Pealegi on nende komponentide erinevus vaid 2 korda!

Võtame lihtsalt kaks magnetit ja veendume, et selles asendis magnet kõigepealt lahti rullub ja siis tõmbab ligi. LÕUNAPUUSUSEST PÕHJAPOOLUSELE!