Что является основным источником магнитного поля нашей планеты. Как образуется геомагнитное поле. Какие факторы влияют на его формирование и изменение. Почему магнитное поле Земли так важно для жизни.
Основные источники магнитного поля Земли
Магнитное поле Земли является сложным явлением, которое формируется под влиянием нескольких ключевых факторов:
- Жидкое внешнее ядро планеты
- Вращение Земли вокруг своей оси
- Взаимодействие с солнечным ветром
- Токи в ионосфере
- Намагниченность горных пород
Рассмотрим подробнее каждый из этих источников и их роль в формировании геомагнитного поля.
Земное ядро как главный генератор магнитного поля
Основным источником магнитного поля Земли является ее жидкое внешнее ядро. Как это работает?
- Внешнее ядро состоит преимущественно из жидкого железа и никеля
- Температура ядра достигает 5000-6000°C
- Под действием высоких температур и давления в ядре происходят конвекционные потоки
- Движение электропроводящего расплава создает электрические токи
- Эти токи генерируют магнитное поле по принципу динамо-машины
Таким образом, жидкое ядро Земли работает как гигантский самоподдерживающийся генератор, создавая основную часть магнитного поля планеты.
Влияние вращения Земли на ее магнитное поле
Вращение планеты вокруг своей оси также играет важную роль в формировании геомагнитного поля:
- Сила Кориолиса, возникающая при вращении, упорядочивает движение потоков в ядре
- Это приводит к выстраиванию электрических токов вдоль оси вращения
- В результате магнитное поле приобретает дипольную структуру
- Магнитные полюса располагаются вблизи географических полюсов
Без вращения Земли ее магнитное поле имело бы гораздо более хаотичную структуру.
Взаимодействие магнитосферы с солнечным ветром
Солнечный ветер — поток заряженных частиц от Солнца — оказывает существенное влияние на магнитное поле Земли:
- Сжимает магнитосферу с дневной стороны
- Растягивает ее в длинный «хвост» с ночной стороны
- Вызывает колебания напряженности поля
- При магнитных бурях может проникать в магнитосферу
- Взаимодействует с ионосферой, вызывая полярные сияния
Хотя солнечный ветер не является источником геомагнитного поля, он во многом определяет его форму и динамику.
Роль ионосферных токов в формировании магнитного поля
В верхних слоях атмосферы Земли — ионосфере — также возникают электрические токи, влияющие на магнитное поле:
- Ионосфера содержит свободные электроны и ионы
- Под действием солнечного излучения в ней возникают электрические токи
- Эти токи создают собственное магнитное поле
- Оно накладывается на основное поле, вызывая суточные вариации
- Амплитуда этих вариаций может достигать 100 нТл
Ионосферные токи вносят заметный вклад в общую картину геомагнитного поля, особенно в его кратковременные изменения.
Вклад намагниченности горных пород в магнитное поле Земли
Горные породы, содержащие ферромагнитные минералы, также влияют на локальную структуру магнитного поля:
- При формировании породы «запоминают» направление магнитного поля
- Это явление называется остаточной намагниченностью
- Особенно сильно проявляется в магматических породах
- Создает локальные магнитные аномалии
- Позволяет изучать историю геомагнитного поля
Хотя вклад горных пород в общее поле невелик, он важен для понимания его эволюции и локальных особенностей.
Изменения магнитного поля Земли во времени
Геомагнитное поле не остается постоянным, а претерпевает различные изменения:
- Кратковременные колебания (секунды-часы) из-за солнечной активности
- Суточные вариации, связанные с вращением Земли
- 11-летние циклы, коррелирующие с солнечными циклами
- Вековые вариации, вызванные процессами в ядре
- Инверсии полярности поля (в среднем раз в 250 тыс. лет)
Изучение этих изменений позволяет лучше понять природу геомагнитного поля и процессы, происходящие в недрах Земли.
Значение магнитного поля для жизни на Земле
Магнитное поле Земли играет crucial роль в защите жизни на планете:
- Отклоняет заряженные частицы солнечного ветра
- Защищает атмосферу от эрозии солнечным ветром
- Предотвращает проникновение космических лучей
- Участвует в формировании радиационных поясов
- Влияет на климат и погодные явления
Без магнитного поля жизнь на Земле в ее нынешнем виде была бы невозможна.
Что является источником магнитного поля
Статьи › Магнит › На рисунке показана картина линий Магнитного поля постоянного Магнита какой цифрой обозначена
Источники магнитного поля
Магнитное поле создаётся (порождается) током заряженных частиц, или изменяющимся во времени электрическим полем, или собственными магнитными моментами частиц (последние для единообразия картины могут быть формальным образом сведены к электрическим токам).
Источниками магнитного поля являются электрические движущиеся заряды (токи) и изменяющееся во времени электрическое поле.
Магнитное поле, в отличие от электрического, не оказывает действия на покоящийся заряд.
- Магнитное поле создаётся током заряженных частиц, изменяющимся электрическим полем, или магнитными моментами частиц.
- Источниками магнитного поля являются электрические поля, меняющиеся во времени, подвижные заряды и постоянные магниты.
- Незаземленный контур с переменным электрическим током на земле является первичным источником магнитного поля.
- Намагниченные тела, проводники с током и движущиеся электрически заряженные тела также являются источниками магнитного поля.
- Фотон является частицей-переносчиком электромагнитного взаимодействия.
- Магнитное поле это силовое поле, действующее на движущиеся электрические заряды и тела с магнитным моментом.
- Магнитное поле существует вокруг любого проводника с током.
- Основным источником магнитного поля Земли является её внешнее ядро, состоящее из жидкого железа.
- Что является Что является источником магнитного поля
- Какие есть источники магнитного поля
- Что является первичным источником магнитных полей
- Что кроме намагниченного тела может быть источником магнитного
- Что является переносчиком магнитного поля
- Что такое магнитное поле своими словами
- Где есть магнитное поле
- Какой основной источник магнитного поля Земли
- Где создается магнитное поле
- Где магнитное поле сильнее
- Как определить магнитное поле
- Что характеризует магнитное поле
- Какие бывают магнитные поля
- Что будет если не будет магнитного поля
- Чем отличается электрическое и магнитное поле
- Что является источником стационарного магнитного поля
- Что является основной характеристикой магнитного поля А магнитный поток б сила Ампера в Сила Лоренца г вектор магнитной индукции
- Что такое силовая линия магнитного поля для чего используются силовые линии
- Что является основной характеристикой магнитного поля а магнитный поток б сила Ампера в Сила Лоренца г вектор магнитной индукции
- Что такое магнитная линия
Что является Что является источником магнитного поля
Источники магнитного поля
Магнитное поле создаётся (порождается) током заряженных частиц, или изменяющимся во времени электрическим полем, или собственными магнитными моментами частиц (последние для единообразия картины могут быть формальным образом сведены к электрическим токам).
Какие есть источники магнитного поля
Источниками магнитных полей считаются: Электрические поля, меняющиеся во времени. Подвижный заряд. Постоянный магнит.
Что является первичным источником магнитных полей
Источником первичного магнитного поля является незаземлённый контур, расположенный на поверхности земли, через который пропускается переменный электрический ток. Токи, индуцированные первичным магнитным полем в хорошо проводящих участках земной коры (например, рудных залежах), создают вторичное магнитное поле.
Что кроме намагниченного тела может быть источником магнитного
Источниками магнитного поля являются намагниченные тела, проводники с током и движущиеся электрически заряженные тела. Магнитное поле возникает также при изменении электрического поля. В свою очередь, при изменении во времени магнитного поля возникает электрическое поле.
Что является переносчиком магнитного поля
Частицей-переносчиком электромагнитного взаимодействия является фотон (частица, которую можно представить как элементарное квантовое возбуждение электромагнитного поля) — безмассовый векторный бозон.
Что такое магнитное поле своими словами
Магнитное поле — это силовое поле, действующее на движущиеся электрические заряды и тела, обладающие магнитным моментом. Это одна из пяти известных нам сил, управляющих Вселенной от микромасштабов до масштабов межгалактических.
Где есть магнитное поле
Магнитное поле существует вокруг любого проводника с током, т. е. вокруг движущихся электрических зарядов. Электрический ток и магнитное поле неотделимы друг от друга.
Какой основной источник магнитного поля Земли
Его источник — внешнее ядро
Магнитное поле Земли зарождается в ее внешнем ядре, состоящем из жидкого железа. В процессе остывания ядра в этой жидкости происходит тепловое перемешивание, причем на потоки железа накладывается вращение планеты.
Где создается магнитное поле
Магнитное поле создается электрическим током (движущимися заряженными частицами). Магнитное поле обнаруживается по действию на электрический ток (движущиеся заряженные частицы).
Где магнитное поле сильнее
Как известно из основ электродинамики, там, где есть движущиеся заряженные частицы (то есть, по сути, электрический ток), есть и магнитное поле. И чем быстрее движется заряд — тем сильнее поле. Поэтому естественно, что магнитные поля являются неизменными спутниками жизни звезд, и в частности Солнца.
Как определить магнитное поле
Обнаружить магнитное поле можно по действию на движущийся электрический заряд (или проводник с током) с некоторой силой; магнитное поле распространяется в пространстве с конечной скоростью, равной скорости света в вакууме.
Что характеризует магнитное поле
Характеризуется это поле сразу двумя величинами: напряженностью электрического поля и магнитной индукцией. Обе эти величины имеют направление, и эти направления перпендикулярны! Магнитные поля действуют на токи, движущиеся заряженные тела или частицы, на намагниченные тела.
Какие бывают магнитные поля
Магнитное поле бывает отрицательным и положительным.
Два отрицательных поля и два положительных поля отталкиваются друг от друга, а два поля с разными полюсами будут притягиваться. Это происходит из-за взаимодействия друг с другом магнитных полей.
Что будет если не будет магнитного поля
Если исчезнет магнитное поле, то эти частицы будут ионизировать всё вещество на поверхности Земли, в том числе и живые клетки, что приведёт к их гибели, атмосфера постепенно будет терять вещество. Радиация убьёт все виды живых существ, за исключением разве что бактерий и примитивных форм.
Чем отличается электрическое и магнитное поле
Электрические поля возникают за счет разницы напряжений: чем больше электрическое напряжение, тем более сильным будет возникающее поле. Магнитные поля возникают там, где проходит электрический ток: чем сильнее ток, тем сильнее магнитное поле.
Что является источником стационарного магнитного поля
Источниками электрического стационарного поля являются только электрические заряды, источниками стационарного магнитного поля — только токи проводимости.
Электрическое и магнитное поле в данном случае независимы друг от друга, что и позволяет изучать отдельно постоянные электрическое и магнитное поля.
Что является основной характеристикой магнитного поля А магнитный поток б сила Ампера в Сила Лоренца г вектор магнитной индукции
Основной характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции:. Модуль вектора магнитной индукции численно равен максимальной силе, действующей со стороны магнитного поля на проводник единичной длины, по которому протекает ток единичной силы.
Что такое силовая линия магнитного поля для чего используются силовые линии
Силовые линии магнитного поля — это воображаемые линии, касательные к которым в каждой точке поля совпадают по направлению с вектором магнитной индукции. В реальном поле никаких силовых линий нет. Это просто удобная иллюстрация поля, моделирующая некоторые его свойства.
Что является основной характеристикой магнитного поля а магнитный поток б сила Ампера в Сила Лоренца г вектор магнитной индукции
Основной характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции:.
Модуль вектора магнитной индукции численно равен максимальной силе, действующей со стороны магнитного поля на проводник единичной длины, по которому протекает ток единичной силы.
Что такое магнитная линия
Воображаемые линии, вдоль которых в магнитном поле располагаются магнитные стрелки, называются магнитными линиями. В любой точке поля магнитная стрелка располагается по касательной к его магнитным линиям.
- Какие источники у магнитного поля
- Какие могут быть источники магнитного поля
- Какой источник магнитного поля
- Чем является источником электромагнитного поля
- Что обычно применяется в качестве источника магнитного поля
- Что следует считать источником магнитного поля
- Что является его источником магнитного поля
- Что является единственным источником магнитного поля
- Что является источником магнитного поля простыми словами
- Что является источником магнитного поля является
- Что является источником переменного магнитного поля
- Что является источником электромагнитного поля
- Что является одним из источников магнитного поля
- Что является переносчиком магнитного поля
Ученые узнали, при каких условиях у Земли могло появиться мощное магнитное поле
В последние годы планетологи и геологи активно пытаются понять, когда наша планета обзавелась мощным магнитным полем.
Оно защищает Землю от действия солнечного ветра, частицы которого «обдирают» атмосферу планеты и помогают влаге из нее испаряться в космос, а также мешает достигать поверхности космическим лучам, которые повреждают ДНК клеток и мешают формированию сложных молекул, которые нужны для зарождения жизни.
Точно определить время появления магнитного поля у Земли практически невозможно, так как породы того времени практически не сохранились в ее недрах. Пять лет назад геологи нашли намеки на то, что достаточно сильный «магнитный щит» у нашей планеты появился очень рано, фактически с момента ее возникновения, примерно 4,2 млрд. лет назад. Подобные открытия не убедили скептиков, и споры вокруг времени появления магнитного поля Земли продолжаются до сих пор.
ти дискуссии во многом связаны с тем, что физики и геологи долгое время предполагали, что мощное магнитное поле у Земли существует благодаря тому, что в ее жидком расплавленном ядре есть твердая внутренняя часть. Она возникла, по разным оценкам ученых, не раньше, чем 3,6 млрд.
лет назад, или даже значительно позже, около 1 млрд. лет назад.
Просчитывая свойства различных горных пород, из которых состояла первичная материя Земли в то время, когда она еще не успела застыть и превратиться в привычную нам земную кору и мантию, физики из Великобритании и США нашли возможное объяснение тому, как мощное магнитное поле Земли могло существовать до появления твердого ядра.
Ученых интересовало то, как сильно изменятся физические характеристики этих соединений при экстремально высоких давлениях и температурах, близких к тем, которые сейчас наблюдаются внутри ядра и на его границе с мантией. Чтобы просчитать подобные свойства, геологи использовали алгоритмы, опирающиеся на законы квантовой механики. Они могут очень точно просчитывать то, как меняются свойства различных материалов при изменении условий среды.
Расчеты указали, что у силикатных пород очень высокая электропроводность при температурах примерно в 4-5 тыс. °С и давлениях больше атмосферного в сотни тысяч раз.
Они несколько уступают в этом отношении железу и другим металлам, однако превосходят современные породы мантии и коры в сотни и тысячи раз.
Подобного уровня электропроводности, как показывают выкладки исследователей, вполне хватает для того, чтобы породить магнитное поле той мощности, следы которого «отпечатались» в породах архейской эпохи возрастом в 3,4 млрд. лет. В этом случае источником поля мог быть круговорот силикатных пород, которые циркулировали внутри недр планеты по примерно по таким же принципам, что и потоки железа в современном ядре Земли.
Как отмечают исследователи, конфигурация такого магнитного поля должна была несколько отличаться от его современной структуры. В частности, разница в его силе на экваторе и в приполярных регионах может быть значительно менее выражена. Кроме того, у древнего магнитного поля могло быть не два, а больше полюсов.
Вдобавок, ученые предполагают, что магнитные поля аналогичного рода могут существовать у крупных двойников Земли у далеких звезд, чьи магматические океаны будут застывать значительно дольше из-за того, что они гораздо больше.
Поиски и открытие таких планет, как надеются ученые, смогут дополнительно подтвердить их теории.
электромагнетизм — Что является источником магнитного поля Земли?
спросил
Изменено 11 месяцев назад
Просмотрено 13 тысяч раз
$\begingroup$
Я видел на канале Дискавери, что источником магнитного поля Земли является расплавленное железо и металлы в земном ядре. Вращение этих жидких металлов производит тот же эффект, что и электрический ток в катушке, создающей магнитное поле. Ученый в программе доказал эту концепцию, проведя эксперимент, в котором большая металлическая сфера была обмотана металлической трубой, в которую закачивался расплавленный натрий, так что он циркулировал вокруг сферы так же, как это происходит внутри Земли.
Эксперимент показал, что магнитное поле удалось создать.
Мой вопрос:
Каким образом циркулирующие нейтрально заряженные частицы могут создавать магнитное поле?
Это похоже на наличие двух электрических токов: один из-за отрицательных зарядов (электронов), а другой из-за положительных зарядов (ядер) с одинаковым значением и в противоположном направлении, поэтому не должно быть магнитного поля. так как это происходит?
- электромагнетизм
- геофизика
- геомагнетизм
$\endgroup$
1
$\begingroup$
Циркулирующие нейтральные частицы сами по себе не создают магнитного поля. Однако если нейтральные частицы движутся через существующее магнитное поле, а нейтральная среда является проводящей, то магнитное поле будет индуцировать ток посредством силы Лоренца. Этот индуцированный ток, в свою очередь, создаст собственное магнитное поле, которое может усилить существующее магнитное поле.
$\endgroup$
8
$\begingroup$
Магнитное поле Земли создается огромным количеством воды на этой планете. Вода, будучи немного более диполярной, чем униполярной, отвечает за важный пояс Ван Аллена, который позволяет сложной жизни существовать на этой планете, подвергаемой бомбардировке смертоносными потоками протонов от нашего, в противном случае, дающего жизнь Солнца. Источником НЕ является расплавленное ядро, которое действительно может содержать радиоактивный калий в качестве источника тепла 9.0005
$\endgroup$
2
Зарегистрируйтесь или войдите в систему
Зарегистрируйтесь с помощью Google
Зарегистрироваться через Facebook
Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль
Опубликовать как гость
Электронная почта
Требуется, но не отображается
Опубликовать как гость
Электронная почта
Требуется, но не отображается
Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie
.
Магнитное поле Земли
Магнитосфера защищает поверхность Земли от заряженных частиц солнечного ветра и генерируется электрическими токами, расположенными во многих различных частях Земли. Она сжимается на дневной (Солнце) стороне силой прилетающих частиц и расширяется на ночной стороне. (Изображение не в масштабе.)
Разница между магнитным севером и «истинным» севером.
Магнитное поле Земли (и поверхностное магнитное поле ) приблизительно представляет собой магнитный диполь, с полюсом S магнитного поля вблизи географического северного полюса Земли (см. Северный магнитный полюс), а другим полюсом магнитного поля N вблизи географического южного полюса Земли (см. Южный магнитный полюс). Это делает компас пригодным для навигации. Причину поля можно объяснить теорией динамо. Магнитное поле простирается бесконечно, хотя и ослабевает по мере удаления от источника.
Магнитное поле Земли, также называемое 9-мГеомагнитное поле 0079 , которое эффективно простирается на несколько десятков тысяч километров в космос, формирует магнитосферу Земли. Палеомагнитное исследование австралийского красного дацита и подушечного базальта показало, что возраст магнитного поля составляет не менее 3,5 миллиардов лет. [1] [2]
Содержание
|
См. также: Солнечный ветер
Моделирование взаимодействия между магнитное поле и межпланетное магнитное поле.
Земля в значительной степени защищена от солнечного ветра, потока энергичных заряженных частиц, исходящих от Солнца, своим магнитным полем, которое отклоняет большинство заряженных частиц.
Некоторые из заряженных частиц солнечного ветра имеют попал в ловушку в радиационном поясе Ван Аллена. Меньшее количество частиц солнечного ветра успевает пройти, как по линии передачи электромагнитной энергии, в верхние слои атмосферы и ионосферы Земли в авроральные зоны. Солнечный ветер можно наблюдать на Земле только тогда, когда он достаточно силен, чтобы вызвать такие явления, как полярное сияние и геомагнитные бури. Яркие полярные сияния сильно нагревают ионосферу, заставляя ее плазму расширяться в магнитосферу, увеличивая размер плазменной геосферы и вызывая выход атмосферного вещества в солнечный ветер. Геомагнитные бури возникают, когда давление плазмы, содержащейся внутри магнитосферы, достаточно велико, чтобы раздуть и тем самым исказить геомагнитное поле.
Солнечный ветер отвечает за общую форму магнитосферы Земли, и колебания его скорости, плотности, направления и увлеченного магнитного поля сильно влияют на местную космическую среду Земли. Например, уровни ионизирующего излучения и радиопомех могут варьироваться в сотни и тысячи раз; а форма и расположение магнитопаузы и головной ударной волны перед ней могут изменяться на несколько земных радиусов, подвергая геостационарные спутники воздействию прямого солнечного ветра.
Эти явления в совокупности называются космической погодой. Механизм атмосферного срыва обусловлен попаданием газа в пузырьки магнитного поля, срываемые солнечным ветром. [3] Изменения напряженности магнитного поля коррелируют с изменением количества осадков в тропиках. [4]
Магнитные полюса и магнитный диполь
Основные статьи: Северный магнитный полюс и Южный магнитный полюс
Магнитное склонение относительно истинного севера в 2000 г. Положения магнитного полюса могут быть определены как минимум двумя способами [5] .
Часто магнитный полюс (падение) рассматривается как точка на поверхности Земли, где магнитное поле полностью вертикально. Другими словами, наклон поля Земли составляет 90° на Северном магнитном полюсе и -90° на Южном магнитном полюсе. На магнитном полюсе компас, удерживаемый в горизонтальной плоскости, указывает случайным образом, в то время как в противном случае он указывает почти на Северный магнитный полюс или в сторону от Южного магнитного полюса, хотя существуют локальные отклонения.
Два полюса блуждают независимо друг от друга и не находятся в прямо противоположных положениях на земном шаре. Магнитный полюс падения может быстро мигрировать, для Северного магнитного полюса было сделано наблюдение до 40 км в год [6] .
Магнитное поле Земли можно приблизительно сравнить с полем магнитного диполя, расположенного недалеко от центра Земли. Ориентация диполя определяется осью. Два положения, в которых ось диполя, наиболее точно соответствующего геомагнитному полю, пересекает поверхность Земли, называются северным и южным геомагнитными полюсами. Для наилучшего соответствия диполь, представляющий геомагнитное поле, должен быть расположен примерно в 500 км от центра Земли. Это приводит к тому, что внутренний радиационный пояс опускается ниже в южной части Атлантического океана, где поверхностное поле является самым слабым, создавая так называемую Южно-Атлантическую аномалию.
Если бы магнитное поле Земли было совершенно диполярным, то геомагнитный и магнитный полюсы падения совпадали бы.
Однако значительные недиполярные члены в точном описании геомагнитного поля приводят к тому, что положение двух типов полюсов оказывается в разных местах.
Характеристики поля
Напряженность поля на поверхности Земли колеблется от менее 30 микротеслас (0,3 Гс) на территории, включающей большую часть Южной Америки и Южной Африки, до более 60 микротеслас (0,6 Гс) вокруг магнитных полюсов на севере. Канаде и югу Австралии, а также в части Сибири. Средняя напряженность магнитного поля во внешнем ядре Земли составила 25 Гаусс, что в 50 раз сильнее, чем магнитное поле на поверхности. [9] [10]
Поле похоже на поле стержневого магнита. Магнитное поле Земли в основном создается электрическими токами в жидком внешнем ядре. Ядро Земли горячее 1043 К, температуры точки Кюри, выше которой ориентация спинов в железе становится случайной. Такая рандомизация приводит к тому, что вещество теряет свою намагниченность.
Конвекция расплавленного железа во внешнем жидком ядре вместе с эффектом Кориолиса, вызванным общим вращением планет, имеет тенденцию организовывать эти «электрические токи» в валы, выровненные вдоль полярной оси север-юг.
Когда проводящая жидкость течет через существующее магнитное поле, индуцируются электрические токи, которые, в свою очередь, создают другое магнитное поле. Когда это магнитное поле усиливает первоначальное магнитное поле, создается динамо, которое поддерживает себя. Это называется теорией динамо, и она объясняет, как поддерживается магнитное поле Земли.
Еще одной особенностью, которая магнитно отличает Землю от стержневого магнита, является ее магнитосфера. На больших расстояниях от планеты это доминирует над поверхностным магнитным полем. Электрические токи, наведенные в ионосфере, также генерируют магнитные поля. Такое поле всегда создается вблизи того места, где атмосфера находится ближе всего к Солнцу, вызывая ежедневные изменения, которые могут отклонять поверхностные магнитные поля на целых один градус. Типичные ежедневные колебания напряженности поля составляют около 25 нанотеслас (нТл) (т.е. ~ 1:2000), с изменениями в течение нескольких секунд обычно около 1 нТл (т.е. ~ 1:50000).
[11]
Вариации магнитного поля
Вариации геомагнитного поля с момента последнего инверсии.
Токи в ядре Земли, создающие ее магнитное поле, зародились не менее 3 450 миллионов лет назад. [12] [13]
Магнитометры обнаруживают мельчайшие отклонения в магнитном поле Земли, вызванные артефактами из железа, печами, некоторыми типами каменных сооружений и даже канавами и отбросами в археологической геофизике. Используя магнитные инструменты, адаптированные из бортовых детекторов магнитных аномалий, разработанных во время Второй мировой войны для обнаружения подводных лодок, были нанесены на карту магнитные вариации на дне океана. Базальт — богатая железом вулканическая порода, слагающая дно океана, — содержит сильно магнитный минерал (магнетит) и может локально искажать показания компаса. Искажение было обнаружено исландскими мореплавателями еще в конце 18 века. Что еще более важно, поскольку присутствие магнетита придает базальту измеримые магнитные свойства, эти магнитные вариации предоставили еще одно средство для изучения глубоководного дна океана.
Когда новообразованная порода остывает, такие магнитные материалы записывают магнитное поле Земли.
Часто в магнитосферу Земли попадают солнечные вспышки, вызывающие геомагнитные бури, провоцирующие появление полярных сияний. Кратковременная нестабильность магнитного поля измеряется K-индексом.
Недавно были обнаружены утечки в магнитном поле, которые взаимодействуют с солнечным ветром противоположным первоначальной гипотезе образом. Во время солнечных бурь это может привести к масштабным отключениям электроэнергии и сбоям в работе искусственных спутников. [14]
- См. также Магнитная аномалия
Инверсия магнитного поля
Основная статья: Геомагнитная инверсия с, от десятков тысяч до многих миллионов лет, со средним интервалом около 300 000 лет. [15] Однако последнее такое событие, называемое инверсией Брюнеса-Матуямы, произошло примерно 780 000 лет назад.
Нет четкой теории относительно того, как могла произойти инверсия геомагнитного поля.
Некоторые ученые создали модели ядра Земли, в которых магнитное поле лишь квазистабильно, а полюса могут спонтанно мигрировать из одной ориентации в другую в течение от нескольких сотен до нескольких тысяч лет. Другие ученые предполагают, что геодинамо сначала отключается либо спонтанно, либо в результате какого-то внешнего воздействия, такого как удар кометы, а затем перезапускается с магнитным «северным» полюсом, указывающим либо на север, либо на юг. Внешние события вряд ли могут быть обычными причинами инверсии магнитного поля из-за отсутствия корреляции между возрастом ударных кратеров и временем инверсии. Независимо от причины, когда магнитный полюс перескакивает с одного полушария на другое, это известно как инверсия, тогда как временные изменения наклона диполя, которые проводят ось диполя через экватор, а затем возвращаются к исходной полярности, известны как отклонения.
Исследования потоков лавы на горе Стинс, штат Орегон, показывают, что магнитное поле могло смещаться со скоростью до 6 градусов в день в какой-то момент истории Земли, что серьезно ставит под сомнение общепринятое понимание того, как работает магнитное поле Земли.
. [16]
Палеомагнитные исследования, подобные этим, обычно состоят из измерений остаточной намагниченности изверженных пород вулканических извержений. Отложения, лежащие на дне океана, ориентируются по местному магнитному полю, сигнал, который можно зарегистрировать по мере их затвердевания. Хотя отложения магматических пород в основном парамагнитны, они содержат следы ферри- и антиферромагнитных материалов в виде оксидов железа, что придает им способность обладать остаточной намагниченностью. На самом деле, эта характеристика довольно распространена во многих других типах горных пород и отложений, встречающихся по всему миру. Одним из наиболее распространенных из этих оксидов, обнаруживаемых в месторождениях природных горных пород, является магнетит.
В качестве примера того, как это свойство магматических пород позволяет нам определить, что поле Земли в прошлом менялось на противоположное, рассмотрим измерения магнетизма через океанские хребты. Прежде чем магма выйдет из мантии через трещину, она имеет чрезвычайно высокую температуру, выше температуры Кюри любого оксида железа, который она может содержать.
Лава начинает остывать и затвердевать, как только попадает в океан, что позволяет этим оксидам железа в конечном итоге восстановить свои магнитные свойства, в частности, способность удерживать остаточную намагниченность. Если предположить, что единственное магнитное поле, присутствующее в этих местах, связано с самой Землей, эта затвердевшая порода намагничивается в направлении геомагнитного поля. Хотя напряженность поля довольно слабая, а содержание железа в типичных образцах горных пород невелико, относительно малая остаточная намагниченность образцов находится в пределах разрешающей способности современных магнитометров. Затем можно измерить возраст и намагниченность образцов затвердевшей лавы, чтобы определить ориентацию геомагнитного поля в древние эпохи.
Обнаружение магнитного поля
Отклонения модели магнитного поля от измеренных данных, данные, созданные спутниками с чувствительными магнитометрами распад около 10% за последние 150 лет.
[17] Спутник Magsat и более поздние спутники использовали 3-осевые векторные магнитометры для исследования трехмерной структуры магнитного поля Земли. Более поздний спутник Эрстеда позволил провести сравнение, указывающее на динамическое геодинамо в действии, которое, по-видимому, порождает альтернативный полюс под Атлантическим океаном к западу от Южной Африки. [18]
Правительства иногда используют подразделения, которые специализируются на измерении магнитного поля Земли. Это геомагнитные обсерватории, обычно входящие в состав национальной геологической службы, например, обсерватория Эскдалемуир Британской геологической службы. Такие обсерватории могут измерять и прогнозировать магнитные условия, которые иногда влияют на связь, электроэнергию и другую деятельность человека. (См. магнитная буря.)
Международная сеть магнитных обсерваторий реального времени, объединяющая более 100 взаимосвязанных геомагнитных обсерваторий по всему миру, регистрирует магнитное поле Земли с 1991.
Военные определяют характеристики местного геомагнитного поля, чтобы обнаружить аномалии на естественном фоне, которые могут быть вызваны значительным металлическим объектом, например, подводной лодкой. Как правило, эти детекторы магнитных аномалий летают на самолетах, таких как британский Nimrod, или буксируются в качестве инструмента или набора инструментов с надводных кораблей.
В коммерческих целях геофизические разведочные компании также используют магнитные детекторы для выявления природных аномалий в рудных телах, таких как Курская магнитная аномалия.
Животные, включая птиц и черепах, могут обнаруживать магнитное поле Земли и использовать его для навигации во время миграции. [19] Коровы и дикие олени, как правило, выравнивают свое тело с севера на юг во время отдыха, но не тогда, когда животные находятся под высоковольтными линиями электропередач, что заставляет исследователей полагать, что в этом виноват магнетизм. [20] [21]
Сейсмоэлектромагнетизм — область исследований, направленная на прогнозирование землетрясений.
