INHOUDSOPGAWE:

Aardskild: Waar het ons planeet 'n magnetiese veld?
Aardskild: Waar het ons planeet 'n magnetiese veld?

Video: Aardskild: Waar het ons planeet 'n magnetiese veld?

Video: Aardskild: Waar het ons planeet 'n magnetiese veld?
Video: Why Does Earth Have A Magnetic Field? 2024, Maart
Anonim

Die magneetveld beskerm die aarde se oppervlak teen sonwind en skadelike kosmiese straling. Dit werk as’n soort skild – sonder die bestaan daarvan sou die atmosfeer vernietig word. Ons sal jou vertel hoe die aarde se magnetiese veld gevorm en verander is.

Die struktuur en kenmerke van die Aarde se magnetiese veld

Die Aarde se magnetiese veld, of geomagnetiese veld, is 'n magnetiese veld wat deur binne-aardse bronne gegenereer word. Die onderwerp van die studie van geomagnetisme. Het 4, 2 biljoen jaar gelede verskyn.

Die Aarde se eie magnetiese veld (geomagnetiese veld) kan in die volgende hoofdele verdeel word:

  • hoofveld,
  • velde van wêreldafwykings,
  • eksterne magnetiese veld.

Hoofveld

Meer as 90% daarvan bestaan uit 'n veld, waarvan die bron binne die Aarde is, in die vloeibare buitenste kern - hierdie deel word die hoof-, hoof- of normale veld genoem.

Dit word benader in die vorm van 'n reeks in harmonieke - 'n Gaussiese reeks, en in 'n eerste benadering naby die Aarde se oppervlak (tot drie van sy radiusse) is dit naby die magnetiese dipoolveld, dit wil sê, dit lyk soos die aarde is 'n strookmagneet met 'n as wat ongeveer van noord na suid gerig is.

Velde van wêreldafwykings

Die werklike kraglyne van die Aarde se magnetiese veld, hoewel gemiddeld naby aan die kraglyne van die dipool, verskil van hulle deur plaaslike onreëlmatighede wat verband hou met die teenwoordigheid van gemagnetiseerde gesteentes in die kors wat naby die oppervlak geleë is.

As gevolg hiervan, op sommige plekke op die aarde se oppervlak, verskil die veldparameters baie van die waardes in nabygeleë gebiede, wat sogenaamde magnetiese afwykings vorm. Hulle kan mekaar oorvleuel as die gemagnetiseerde liggame wat hulle veroorsaak op verskillende dieptes lê.

Eksterne magnetiese veld

Dit word bepaal deur bronne in die vorm van stroomstelsels wat buite die aarde se oppervlak, in sy atmosfeer, geleë is. In die boonste gedeelte van die atmosfeer (100 km en hoër) - die ionosfeer - ioniseer sy molekules, wat 'n digte koue plasma vorm wat hoër uitstyg, dus 'n deel van die Aarde se magnetosfeer bo die ionosfeer, wat strek tot 'n afstand van tot drie van sy radiusse, word die plasmasfeer genoem.

Plasma word deur die Aarde se magneetveld gehou, maar sy toestand word bepaal deur sy interaksie met die sonwind – die plasmavloei van die sonkorona.

Dus, op 'n groter afstand van die Aarde se oppervlak, is die magneetveld asimmetries, aangesien dit onder die werking van die sonwind vervorm word: vanaf die Son trek dit saam, en in die rigting vanaf die Son kry dit 'n "spoor" wat strek vir honderde duisende kilometers, verby die wentelbaan van die Maan.

Hierdie eienaardige "stert" vorm ontstaan wanneer die plasma van die sonwind en die sonliggaamlike strome blykbaar om die aarde se magnetosfeer vloei - die gebied van naby-aarde ruimte, steeds beheer deur die magnetiese veld van die Aarde, en nie die Son en ander interplanetêre bronne.

Dit word van die interplanetêre ruimte geskei deur 'n magnetopouse, waar die dinamiese druk van die sonwind gebalanseer word deur die druk van sy eie magneetveld.

Veld parameters

'n Visuele voorstelling van die posisie van die lyne van magnetiese induksie van die Aarde se veld word verskaf deur 'n magnetiese naald, vasgemaak op so 'n manier dat dit vrylik om die vertikale en om die horisontale as kan roteer (byvoorbeeld in 'n gimbal), - op elke punt naby die oppervlak van die Aarde word dit op 'n sekere manier langs hierdie lyne geïnstalleer.

Aangesien die magnetiese en geografiese pole nie saamval nie, toon die magnetiese naald slegs 'n benaderde noord-suid rigting.

Die vertikale vlak waarin die magnetiese naald geïnstalleer is, word die vlak van die magnetiese meridiaan van die gegewe plek genoem, en die lyn waarlangs hierdie vlak met die Aarde se oppervlak sny, word die magnetiese meridiaan genoem.

Magnetiese meridiane is dus die projeksies van die kraglyne van die Aarde se magnetiese veld op sy oppervlak, wat by die noord- en suid-magnetiese pole konvergeer. Die hoek tussen die rigtings van die magnetiese en geografiese meridiane word magnetiese deklinasie genoem.

Dit kan wes (dikwels aangedui deur 'n "-" teken) of oostelik ('n "+" teken), afhangende van of die noordpool van die magnetiese naald afwyk van die vertikale vlak van die geografiese meridiaan na die weste of ooste.

Verder is die lyne van die Aarde se magnetiese veld, oor die algemeen, nie parallel met sy oppervlak nie. Dit beteken dat die magnetiese induksie van die Aarde se veld nie in die horisonvlak van 'n gegewe plek lê nie, maar 'n sekere hoek met hierdie vlak vorm - dit word magnetiese helling genoem. Dit is naby aan nul net by die punte van die magnetiese ewenaar - die omtrek van 'n grootsirkel in 'n vlak wat loodreg op die magnetiese as is.

Beeld
Beeld

Resultate van numeriese modellering van die Aarde se magnetiese veld: aan die linkerkant - normaal, aan die regterkant - tydens inversie

Die aard van die aarde se magnetiese veld

Vir die eerste keer het J. Larmor in 1919 probeer om die bestaan van die magnetiese velde van die Aarde en die Son te verduidelik, deur die konsep van 'n dinamo voor te stel, waarvolgens die instandhouding van die magneetveld van 'n hemelliggaam plaasvind onder die aksie van die hidrodinamiese beweging van 'n elektries geleidende medium.

T. Cowling het egter in 1934 die stelling bewys oor die onmoontlikheid om 'n aksimmetriese magneetveld te handhaaf deur middel van 'n hidrodinamiese dinamomeganisme.

En aangesien die meeste van die bestudeerde hemelliggame (en meer nog die Aarde) as aksiaal-simmetries beskou is, was dit op grond hiervan moontlik om die aanname te maak dat hul veld ook aksiaal-simmetries sou wees, en dan die generasie daarvan volgens hierdie beginsel sou volgens hierdie stelling onmoontlik wees.

Selfs Albert Einstein was skepties oor die haalbaarheid van so 'n dinamo gegewe die onmoontlikheid van die bestaan van eenvoudige (simmetriese) oplossings. Eers baie later is getoon dat nie alle vergelykings met aksiale simmetrie wat die proses van magnetiese veldgenerering beskryf 'n aksiale simmetriese oplossing sal hê nie, selfs in die 1950's. asimmetriese oplossings is gevind.

Sedertdien het die dinamo-teorie suksesvol ontwikkel, en vandag is die algemeen aanvaarde mees waarskynlike verklaring vir die oorsprong van die magnetiese veld van die Aarde en ander planete 'n self-opgewekte dinamo-meganisme gebaseer op die opwekking van 'n elektriese stroom in 'n geleier wanneer dit in 'n magnetiese veld beweeg wat deur hierdie strome self gegenereer en versterk word.

Die nodige toestande word in die kern van die Aarde geskep: in die vloeibare buitenste kern, wat hoofsaaklik uit yster by 'n temperatuur van ongeveer 4-6 duisend Kelvin bestaan, wat stroom perfek gelei, word konvektiewe vloei geskep wat hitte van die soliede binnekern verwyder (gegenereer as gevolg van die verval van radioaktiewe elemente of die vrystelling van latente hitte tydens stolling van materie by die grens tussen die binneste en buitenste kern soos die planeet geleidelik afkoel).

Die Coriolis-kragte verdraai hierdie strome in kenmerkende spirale wat die sogenaamde Taylor-pilare vorm. As gevolg van die wrywing van die lae verkry hulle 'n elektriese lading, wat lusstrome vorm. So word 'n stelsel van strome geskep wat langs 'n geleidende stroombaan sirkuleer in geleiers wat in 'n (aanvanklik teenwoordige, hoewel baie swak) magnetiese veld beweeg, soos in 'n Faraday-skyf.

Dit skep 'n magnetiese veld, wat, met 'n gunstige meetkunde van die vloei, die aanvanklike veld verbeter, en dit op sy beurt verhoog die stroom, en die versterkingsproses gaan voort totdat die verliese aan Joule-hitte, wat toeneem met toenemende stroom, die energie invloei as gevolg van hidrodinamiese bewegings.

Daar is voorgestel dat die dinamo opgewek kan word as gevolg van presessie of getykragte, dit wil sê dat die bron van energie die rotasie van die Aarde is, maar die mees wydverspreide en ontwikkelde hipotese is dat dit presies termochemiese konveksie is.

Veranderinge in die Aarde se magnetiese veld

Magneetveldinversie is 'n verandering in die rigting van die Aarde se magnetiese veld in die geologiese geskiedenis van die planeet (bepaal deur die paleomagnetiese metode).

In 'n inversie word die magnetiese noord en magnetiese suid omgekeer en die kompasnaald begin in die teenoorgestelde rigting wys. Inversie is 'n relatief seldsame verskynsel wat nog nooit tydens die bestaan van Homo sapiens plaasgevind het nie. Vermoedelik, die laaste keer dat dit ongeveer 780 duisend jaar gelede gebeur het.

Omkerings van die magneetveld het plaasgevind met tussenposes van tyd van tienduisende jare tot groot intervalle van 'n stil magneetveld van tienmiljoene jare, wanneer die omkerings nie plaasgevind het nie.

Daar is dus geen periodisiteit in die poolomkering gevind nie, en hierdie proses word as stogasties beskou. Lang periodes van 'n stil magnetiese veld kan gevolg word deur periodes van veelvuldige omkerings met verskillende duurs en omgekeerd. Studies toon dat 'n verandering in magnetiese pole van etlike honderde tot etlike honderdduisende jare kan duur.

Kenners van Johns Hopkins Universiteit (VSA) stel voor dat die Aarde se magnetosfeer tydens omkerings so verswak het dat kosmiese straling die Aarde se oppervlak kon bereik, so hierdie verskynsel kan lewende organismes op die planeet benadeel, en die volgende verandering van pole kan tot selfs meer lei ernstige gevolge vir die mensdom tot 'n wêreldwye ramp.

Wetenskaplike werk in onlangse jare het getoon (insluitend in eksperiment) die moontlikheid van ewekansige veranderinge in die rigting van die magnetiese veld ("spronge") in 'n stilstaande onstuimige dinamo. Volgens die hoof van die laboratorium vir geomagnetisme by die Instituut vir Fisika van die Aarde, Vladimir Pavlov, is inversie 'n taamlike lang proses volgens menslike standaarde.

Geofisici aan die Universiteit van Leeds Yon Mound en Phil Livermore glo dat daar oor 'n paar duisend jaar 'n inversie van die Aarde se magnetiese veld sal wees.

Verplasing van die aarde se magnetiese pole

Vir die eerste keer is die koördinate van die magnetiese pool in die Noordelike Halfrond in 1831 bepaal, weer - in 1904, toe in 1948 en 1962, 1973, 1984, 1994; in die Suidelike Halfrond - in 1841, weer - in 1908. Die verplasing van die magnetiese pole is sedert 1885 aangeteken. Oor die afgelope 100 jaar het die magnetiese pool in die Suidelike Halfrond byna 900 km beweeg en die Suidelike Oseaan binnegegaan.

Die jongste data oor die toestand van die Arktiese magnetiese pool (beweeg na die Oos-Siberiese wêreld magnetiese anomalie oor die Arktiese Oseaan) het getoon dat van 1973 tot 1984 sy kilometers 120 km was, van 1984 tot 1994 - meer as 150 km. Alhoewel hierdie syfers bereken word, word dit bevestig deur metings van die noord magnetiese pool.

Na 1831, toe die posisie van die paal vir die eerste keer vasgestel is, het die paal teen 2019 reeds met meer as 2 300 km na Siberië geskuif en beweeg steeds met versnelling.

Sy reisspoed het van 15 km per jaar in 2000 tot 55 km per jaar in 2019 toegeneem. Hierdie vinnige drywing noodsaak meer gereelde aanpassings aan navigasiestelsels wat die aarde se magnetiese veld gebruik, soos kompasse in slimfone of rugsteunnavigasiestelsels vir skepe en vliegtuie.

Die sterkte van die aarde se magnetiese veld daal, en oneweredig. Oor die afgelope 22 jaar het dit met gemiddeld 1,7% afgeneem, en in sommige streke, soos die Suid-Atlantiese Oseaan, met 10%. Op sommige plekke het die sterkte van die magneetveld, in teenstelling met die algemene neiging, selfs toegeneem.

Die versnelling van die beweging van die pole (met gemiddeld 3 km/jaar) en hul beweging langs die gange van magnetiese pool-inversies (hierdie gange het dit moontlik gemaak om meer as 400 paleo-inversies te openbaar) dui daarop dat in hierdie beweging van die pole een moet nie 'n uitstappie sien nie, maar nog 'n omkering van die aarde se magneetveld.

Hoe het die aarde se magnetiese veld ontstaan?

Kenners by die Scripps Institute of Oceanography en die Universiteit van Kalifornië het voorgestel dat die planeet se magnetiese veld deur die mantel gevorm is. Amerikaanse wetenskaplikes het 'n hipotese ontwikkel wat 13 jaar gelede deur 'n groep navorsers van Frankryk voorgestel is.

Dit is bekend dat professionele persone vir 'n lang tyd aangevoer het dat dit die buitenste kern van die Aarde was wat sy magnetiese veld gegenereer het. Maar toe het kenners van Frankryk voorgestel dat die planeet se mantel altyd solied was (van die oomblik van sy geboorte).

Hierdie gevolgtrekking het wetenskaplikes laat dink dat dit nie die kern is wat die magnetiese veld kan vorm nie, maar die vloeibare deel van die onderste mantel. Die samestelling van die mantel is 'n silikaatmateriaal wat as 'n swak geleier beskou word.

Maar aangesien die onderste mantel vir biljoene jare vloeibaar moes bly, het die beweging van die vloeistof daarin nie’n elektriese stroom voortgebring nie, en eintlik was dit bloot nodig om’n magnetiese veld op te wek.

Professionele mense glo vandag dat die mantel 'n kragtiger kanaal kon gewees het as wat voorheen gedink is. Hierdie gevolgtrekking van spesialiste regverdig die toestand van die vroeë Aarde ten volle. 'n Silikaatdinamo is slegs moontlik as die elektriese geleidingsvermoë van sy vloeibare deel baie hoër was en lae druk en temperatuur gehad het.

Aanbeveel: