Откуда берется магнитное поле Земли. Как образуется магнитосфера планеты. Какое влияние оказывает магнитное поле на жизнь на Земле. Почему происходит смещение магнитных полюсов.
Происхождение магнитного поля Земли
Магнитное поле Земли образуется глубоко в ядре нашей планеты. Внешнее ядро состоит из расплавленных металлов, преимущественно железа, которое является хорошим проводником. Движение этой проводящей жидкости в сочетании с вращением Земли создает так называемое «динамо», генерирующее магнитное поле.
Как именно работает это динамо? Вращение Земли вызывает сложные конвекционные потоки в жидком внешнем ядре. Эти потоки расплавленного металла, богатого свободными электронами, создают электрические токи. А движущиеся электрические заряды, в свою очередь, порождают магнитное поле.
Структура магнитного поля Земли
Магнитное поле Земли можно представить в виде огромного стержневого магнита, проходящего через центр планеты. Однако на самом деле внутри Земли нет такого магнита — это лишь удобная модель для понимания структуры поля.
Силовые линии магнитного поля выходят из южного магнитного полюса, огибают планету и входят в северный магнитный полюс. Важно отметить, что магнитные полюса не совпадают с географическими:
- Южный магнитный полюс находится вблизи географического Северного полюса
- Северный магнитный полюс расположен недалеко от географического Южного полюса
Именно поэтому стрелка компаса указывает на север — она притягивается к южному магнитному полюсу, расположенному на севере.
Магнитосфера и ее роль в защите Земли
Магнитное поле Земли простирается в космос на тысячи километров, образуя магнитосферу. Эта невидимая оболочка играет crucial роль в защите нашей планеты:
- Отклоняет большую часть заряженных частиц солнечного ветра
- Защищает атмосферу от эрозии под воздействием солнечного излучения
- Снижает уровень космической радиации, достигающей поверхности
- Обеспечивает условия для существования жизни на Земле
Без магнитосферы наша планета могла бы потерять значительную часть атмосферы и стать непригодной для жизни, как это произошло с Марсом.
Смещение и инверсии магнитных полюсов
Магнитные полюса Земли не являются фиксированными — они постоянно смещаются. Почему это происходит? Основные причины:
- Нестабильность процессов в жидком внешнем ядре
- Возмущения в потоках расплавленного металла
- Изменения в распределении масс внутри планеты
В настоящее время северный магнитный полюс движется от Канады в сторону Сибири со скоростью около 55 км в год. Это движение ускорилось с 1990-х годов.
Кроме того, в истории Земли происходили полные инверсии магнитного поля — северный и южный полюса менялись местами. Последняя такая инверсия случилась около 780 000 лет назад. Что вызывает эти инверсии? Ученые полагают, что причина в сложных процессах, происходящих в ядре планеты, но точный механизм до конца не изучен.
Влияние магнитного поля на жизнь на Земле
Магнитное поле Земли оказывает разнообразное влияние на жизнь на нашей планете:
- Защищает от вредного космического излучения
- Помогает некоторым животным ориентироваться при миграциях
- Вызывает красочные полярные сияния
- Влияет на распространение радиоволн
Изменения магнитного поля могут иметь последствия для навигационных систем, спутниковой связи и энергетических сетей. Однако резких негативных эффектов для жизни на Земле при смещении или даже инверсии полюсов не наблюдается.
Исследования и моделирование геомагнитного поля
Ученые постоянно изучают и моделируют магнитное поле Земли. Для этого используются:
- Данные со спутников
- Наземные магнитные обсерватории
- Измерения с морских и воздушных судов
- Анализ намагниченности древних пород
Одна из самых передовых моделей — Геомагнитная модель высокого разрешения (HDGM) от NOAA. Она позволяет с высокой точностью определять параметры магнитного поля в любой точке вблизи земной коры.
Такие модели имеют важное практическое применение:
- Навигация, особенно там, где не работает GPS
- Разведка полезных ископаемых
- Направленное бурение нефтяных и газовых скважин
- Прогнозирование космической погоды
Загадки земного магнетизма
Несмотря на значительный прогресс в понимании магнитного поля Земли, многие вопросы остаются открытыми:
- Как именно зародилось магнитное поле на ранних этапах формирования планеты?
- Что точно вызывает инверсии магнитного поля?
- Как долго может существовать текущая конфигурация поля?
- Возможно ли предсказать будущие изменения магнитного поля?
Ответы на эти вопросы помогут лучше понять не только магнитное поле Земли, но и процессы, происходящие в недрах нашей планеты. Исследования в этой области продолжаются, открывая новые горизонты в науках о Земле.
Откуда берется магнитное поле Земли?
Земля имеет магнитосферу: наша планета производит вокруг себя магнитное поле — магнитное поле Земли.
Это магнитное поле важно как для нас, так и для жизни в целом: оно действует как щит, защищающий нас от солнечных ветров. Эти ветры являются потоками заряженных частиц и в противном случае были бы смертельны для очень большой доли живых существ и в конечном итоге сдули бы нашу атмосферу.
Солнце, Юпитер или Сатурн также имеют магнитосферу. У Луны, Марса или Венеры ее нет или больше нет. Поэтому мы можем задаться вопросом, почему Земля и некоторые планеты имеют ее и откуда она взялась.
Источник энергии этого магнитного поля
Планета Земля имеет твердую кору (почва, каменистая), но металлическое сердце, состоящее из железа и никеля, частично жидкого, расплавленного из-за жары. Железо и никель, очень плотные, оказались там под действием силы тяжести при образовании Земли.
Важно то, что ядро Земли является частично жидким: это означает, что внутри нашей планеты происходят движения тепловой конвекции.
Тот факт, что ядро металлическое, также имеет решающее значение, потому что это означает, что ядро Земли является проводником электричества и магнитных полей.
В дополнение к этой информации о внутренней структуре Земли, мы должны добавить тот факт, что планета вращается вокруг оси. Это тривиально, но важно по двум основным причинам.
Во-первых, вращение Земли (как и ее внутреннее тепло) — это запас энергии. Если у вас есть огромная вращающаяся масса, вы можете прикрепить к ней шестерню с резиновыми лентами и использовать ее для подъема предметов для питания динамо-машины и выработки электроэнергии, по крайней мере, до тех пор, пока вращающаяся масса не исчерпает свое вращение и не перестанет вращаться. В йо-йо, например, именно вращение йо-йо позволяет ему подняться.
Во-вторых, подобно тому, как вращение Земли является причиной появления циклонов в атмосфере, так и появление вращающихся столбов лавы в жидкой части земного ядра.
Подводя итог: Земля вращается, и это создает вращающиеся массы жидкого и проводящего железа в ядре.
Если вы видите механизм формирования магнитного поля с этим, это нормально! Но пока еще не все.
Динамо-эффект
На данный момент мы имеем вращающуюся жидкую проводящую массу. Однако этого недостаточно для создания и поддержания магнитного поля. Потребовалось бы, например, внешнее магнитное поле, омывающее Землю: последнее вызывало бы ток в металлическом ядре, который производил бы магнитное поле Земли.
Проблема в том, что Земля не купается во внешнем магнитном поле. Не достаточно мощное поле во всяком случае.
Таким образом, если бы был точечный магнитный импульс, электрический ток появится в ядре Земли, но он будет рассеиваться очень быстро, и магнитное поле Земли также будет быстро исчезать.
Очевидно, что Земля обладает очень реальным магнитным полем. Современное объяснение магнитного поля Земли — эффект динамо.
Он еще не объясняет происхождение магнитного поля, но он объясняет, как это поле — настоящее — удается поддерживать, не исчезая.
Итак, давайте возьмем планету Земля, как это описано выше: с жидким, вращающимся металлическим сердечником.
Предположим, что Земля была в прошлом в ранее существовавшем внешнем магнитном поле. Как было сказано выше, это поле вызовет ток в жидких частях ядра, и этот ток создаст магнитное поле Земли, противоположное внешнему полю.
Теперь мы должны учитывать конвекционные явления, связанные с внутренним теплом Земли, и явления вращения жидких масс, связанные с вращением Земли. Это два первичных источника энергии, которые будут постепенно преобразовываться в электромагнитную энергию и излучать магнитное поле.
Эти металлические «циклоны», расплавленные во внешнем ядре, принимают форму вращающихся цилиндров, которые будут выравниваться с осью вращения Земли (таким образом, по оси Север-Юг). Делая это, линии электрического тока, индуцированные магнитным полем, будут как бы наматываться на себя, образуя катушку, и растягиваться в длину конвекцией. Линии электрического тока удлиняются : это если индуктивная катушка становится больше, а магнитное поле сильнее.
Таким образом, возникает эффект, когда катушка растягивается и позволяет увеличить количество магнитной энергии от тепловой конвекции и эффекта Кориолиса за счет вращения Земли.
В результате магнитное поле Земли, в противоположность рассеиванию, умудряется поддерживать себя: вращение и конвекция Земли в ядре постоянно накачивают энергию в электромагнитную систему, чтобы компенсировать потери.
Теперь, когда производится магнитная энергия, первоначальное магнитное поле, в котором, как говорят, купалась Земля, может исчезнуть: в этом больше нет необходимости.
Создаваемое магнитное поле поддерживается слоями расплавленного жидкого металла, которые поднимаются на поверхность.
Когда эти слои достигают внешнего предела ядра, конвекции (в этом слое) больше нет, и поле исчезает. Тем не менее это поле будет иметь наведенные электрические токи в нижних слоях, которые также будут производить свое магнитное поле, и увековечить производство магнитного поля.
Таким образом, пока существует конвекция в ядре и вращение нашей планеты, производящее силы Кориолиса, магнитное поле будет существовать.
Конвекционные движения сложны, имеют хаотические составляющие и иногда могут менять направление.
Поэтому возможно, что магнитное поле Земли изменится и магнитные полюса будут двигаться и могут даже повернуть вспять. В истории нашей планеты эти инверсии происходили 300 раз за последние 200 миллионов лет, примерно каждые 660 000 лет; последняя произошла около 780 000 лет назад.
Феномен, который до сих пор плохо объяснен
Как было сказано во введении, если источник планетарного магнитного поля называется динамо-эффектом и существуют хорошие теории для его объяснения, то его происхождение остается неизвестным. Как уже говорилось, для этого потребовалось начальное магнитное поле, даже слабое или локальное.
Этот источник остается неизвестным, но если бы его не было с самого начала, жизнь, вероятно, не развивалась бы, по крайней мере, не так сильно и не так хорошо на этой планете. Это один из многих параметров, которые дали Земле необходимые ингредиенты для появления и поддержания жизни, и которые могут объяснить, почему жизнь, наконец, является чем-то гораздо более редким, чем первоначально представлялось.
Кроме того, форма магнитного поля и линии поля сложны и зависят от многих факторов: текучести магмы, локальных изменений температуры, химического состава магмы….
Численное моделирование все еще с трудом учитывает реальные наблюдения, несмотря на то, что мы постепенно приближаемся к функциональной модели.
Откуда берётся магнитное поле и чем обусловлено его существование? / Справочник :: Бингоскул
Откуда берётся магнитное поле и чем обусловлено его существование?добавить в закладки удалить из закладок
Содержание:
Магнитное поле образуется вокруг проводников, через которые проходит электрический ток и возле материалов с магнитным моментом: естественных или искусственных. Является составляющей электромагнитного поля. Изначально предполагалось, что поле генерируют магнитные заряды, однако причина его существования кроется в ином. Рассмотрим, чем порождается магнитное поле, условия его появления.
Пространство вокруг постоянного магнита или проводника с электрическим током находится в состоянии, которое называют магнитным полем, оказывающим влияние на окружающую материю.
Проявляется в прикладывании механической силы, изменении проводимости и даже габаритов. В последнем случае наблюдается явление магнитострикции – изменение размеров тела вследствие изменения его намагниченности. Например, жужжание трансформаторов порождается деформацией их сердечников.
Явление начали изучать в 1820 году. Французский физик Ампер заметил притягивание и отталкивание расположенных параллельно проводников, по которым протекают разно и одинаково направленные токи соответственно. Его датский коллега Эрстед установил изменение направления стрелки компаса, расположенной возле проводника с током.
Кроме проводников магнитные свойства проявляют естественные материалы, входящие в состав ряда руд – притягивают к себе крохотные предметы с большим содержанием железа – опилки, стружку, мелкие гвозди. Подвешенная на нитку пластина или брусок из такого материала ориентируется по направлению север-юг.
После удаления источника магнитного поля от железного предмета его магнитные свойства резко ослабевают, но часть намагниченности остаётся – железо превращается в слабый естественный магнит.
Почему? По какой причине сталь притягивается магнитом, а алюминий – нет?
Перемещающиеся заряды образуют так называемый тоннель вокруг себя, слабеющий при отдалении от источника. Этот тоннель напоминает по форме тор, он наблюдается, если проводник свернуть в бублик.
У перемещающегося заряда он направляется вдоль оси вращения. Представлено вихревой деформацией пространства, поэтому всегда имеет два полюса, даже если образовывается вокруг единой частицы.
Чем же обусловлено существование магнитного поля? Почему одни материалы (железо) магнитятся хорошо, а другие (алюминий) – нет. Причина – расположение магнитных доменов в веществе. Домен – группа атомов с однородной однонаправленной намагниченностью. У железа эти домены под действием магнитных сил поворачиваются в одну сторону (б), на алюминий они не оказывают влияния (а).
В зависимости от свойств материалы в природе разделяют на:
- Ферромагнетики – обладают магнитными свойствами вне поля.
- Парамагнетики – магнитятся в направлении поля.
- Диамагнетики – магнитятся против направления поля.
- Антиферромагнетики – вещества с равными противоположно направленными магнитными моментами.
- Ферримагнетики – антиферромагнетики с разными по величине магнитными моментами.
Сверхпроводники и плазма взаимодействуют с рассматриваемой субстанцией особым образом.
Поделитесь в социальных сетях:
31 октября 2021, 16:06
Физика
Could not load xLike class!
Магнитное поле Земли и блуждающие полюса
Магнитное поле Земли отвечает за красочные полярные сияния, наблюдаемые вблизи Северного и Южного полюсов. (Изображение предоставлено Вадимом Садовским/Shutterstock) Представьте себе стержневой магнит внутри Земли, более или менее выровненный с осью, где концы этого магнита лежат близко к географическим северному и южному полюсам планеты. Линии магнитного поля идут от северного полюса магнита, зацикливаются и возвращаются к южному полюсу. На каждом полюсе силовые линии магнитного поля почти вертикальны.
Хотя внутри Земли определенно нет магнитного стержня, такое же явление происходит вокруг Земли, создавая защитную зону вокруг всей планеты, называемую магнитосферой, согласно НАСА. Магнитосфера Земли защищает нас от вредных космических излучений и солнечного ветра и отвечает за прекрасные явления полярного сияния, наблюдаемые в высоких широтах Северного и Южного полушарий.
Магнитный и географический полюсы Земли расположены друг напротив друга. Другими словами, южный магнитный полюс Земли на самом деле находится рядом с географическим Северным полюсом. Поэтому, когда мы используем компас для определения своего местоположения, стрелка компаса фактически указывает на южный магнитный полюс в северном полушарии и на северный магнитный полюс в южном полушарии.
Магнитные полюса не зафиксированы и немного блуждают по поверхности планеты относительно географических полюсов. Около 75 процентов напряженности магнитного поля Земли представлено «магнитной полосой». Остальные 25 процентов напряженности магнитного поля Земли, которые можно рассматривать как меньшие стержневые магниты, которые движутся вокруг, исходят от меньших порций движущейся магмы и могут быть тем, что позволяет полюсам двигаться.
На основании данных, опубликованных Национальными центрами экологической информации в феврале 2019 г., магнитный северный полюс расположен на 86,54 северной широты и 170,88 восточной долготы, в пределах Северного Ледовитого океана и направляется из Канады в сторону Сибири. Южный магнитный полюс расположен на 64,13 южной широты и 136,02 восточной долготы, недалеко от побережья Антарктиды в направлении Австралии.
Откуда поле?
Хотя все еще остается загадкой, ученые в целом согласны с тем, что магнитное поле Земли начинается глубоко в ядре планеты. Внешнее ядро планеты состоит из расплавленных металлов, прежде всего железа, которое является проводником.
«Взбалтывание расплавленного металла во внешнем ядре генерирует [магнитное] поле за счет так называемого действия динамо», — сказал Алексей Смирнов, профессор геофизики Мичиганского технологического университета.
Действие динамо, или теория динамо, описывает способ, которым планета может поддерживать магнитное поле.
Динамо, или источник магнитного поля, создается вращающимся, конвекционным и электропроводящим материалом, таким как расплавленное железо внутри Земли.
«Вокруг бродит много ионизированных атомов и свободных электронов, а также сложная форма конвекции, происходящая внутри, в сочетании с естественным вращением Земли — много движущихся зарядов», — сказал Дуг Инграм, профессор физики и астрономии Техасского христианского университета.
Ученые считают, что заряды, создаваемые движущимся металлическим материалом, движутся вокруг экваториальной области Земли по кругу, что создает северный и южный магнитные полюса на поверхности, сказал Инграм.
Иллюстрация того, как магнитное поле Земли защищает планету от солнечной радиации. (Изображение предоставлено Майклом Осадцивом/Университет Рочестера)Почему полюса двигаются?
Динамо-машина Земли устойчива, но нестабильна. Прямо сейчас магнитное поле быстро меняется, и северный магнитный полюс совершает внезапный скачок в сторону Сибири.
С 19Согласно исследованию 2019 года, опубликованному в журнале Nature, в 90-х годах магнитный северный полюс смещался в среднем примерно на 35 миль (55 км) в год.
По словам Смирнова, возмущения в текущей металлической магме могут быть причиной нестабильности магнитного поля, которая может привести к таким сдвигам полюсов. Движение жидкого железа глубоко под Канадой может немного ослабить магнитное поле в этом месте, что позволяет северному магнитному полюсу двигаться в сторону Сибири, говорится в статье Nature.
Другие электромагнитные аномалии можно наблюдать по всему миру, например, в южной части Африки, где возмущение магнитного поля, похожее на водоворот в потоке, может быть вызвано более плотной частью мантии вблизи границы с жидкой внешней средой планеты. основной.
История смещения и инверсии полюсов
Хотя полюса постоянно смещаются, они также полностью менялись местами по крайней мере несколько сотен раз за последние 3 миллиарда лет, по данным НАСА.
История магнитного поля, включая сдвиги и инверсии, отражена в геологических записях. Металлы, обнаруженные в горных породах, включая железо, выравниваются с магнитным полем до того, как расплавленные породы затвердевают, или в виде фрагментов, содержащих магнитные металлы, выравниваются с магнитным полем и оседают в слоях осадочных пород.
«Поскольку Земля является динамичным и постоянно меняющимся местом, новые породы и их магнитные записи постоянно генерировались в течение геологического времени», — сказал Смирнов, добавив, что эти записи могут храниться миллионы или миллиарды лет.
Подобные записи обнаружены на дне Атлантического океана, где постоянно образуется новое морское дно срединно-Атлантического хребта.
«По мере того, как лава поднимается на поверхность [через длинную трещину, образующую хребет], она расплавляется, и частицы железа, взвешенные в лаве, ориентируются в направлении преобладающего магнитного поля Земли», — сказал Инграм. Когда лава затвердевает, она фиксирует отложения металлов на месте и, таким образом, создает историческую запись сдвигов и инверсий магнитного поля Земли.
Что означают эти блуждающие и переворачивающиеся полюса для жизни на нашей планете? По данным НАСА, в летописи окаменелостей ни растений, ни животных не наблюдается резких изменений как во время сдвигов, так и при инверсиях, что говорит о том, что последствия инверсии полюсов для жизни минимальны. Хотя среди ученых есть некоторые предположения, что в периоды уменьшения напряженности магнитного поля больше космического излучения могло достичь поверхности Земли и вызвать повышенную скорость генетических мутаций и, следовательно, дать толчок эволюции, сказал Смирнов.
Дополнительные ресурсы:
- Посмотрите эту классную визуализацию магнитосферы Земли из Лаборатории научной визуализации НАСА.
- Узнайте о многомасштабной миссии НАСА «Магнитосфера», чтобы понять, как магнитные поля вокруг Земли соединяются и разъединяются.
- Ознакомьтесь с этими картами исторических местонахождений блуждающих магнитных полюсов из Национального центра экологической информации.
Рэйчел Росс — научный писатель и редактор, специализирующийся на астрономии, науках о Земле, физических науках и математике. Она имеет степень бакалавра философии Калифорнийского университета в Дэвисе и степень магистра астрономии Университета Джеймса Кука. У нее также есть сертификат Стэнфордского университета в области научного письма. До того, как стать научным писателем, Рэйчел работала в обсерватории Лас-Кумбрес в Калифорнии, где специализировалась на образовании и просветительской деятельности, а также на научных исследованиях и работе с телескопами. Во время учебы на степень бакалавра Рэйчел также преподавала введение в астрономическую лабораторию и работала с астрономом-исследователем.
Моделирование геомагнитных полей Земли | Новости
Современный электронный компас помогает нам понять поля, не попадающие в поле нашего зрения. Наша геомагнитная модель высокого разрешения (HDGM) дает более четкое представление о магнитном поле Земли.
Что такое HDGM?
Понимание HDGM начинается со знания магнитных полей Земли. Вокруг Земли и через ее воду и земную кору магнитные силы взаимодействуют и изменяются. Магнитные поля возникают из-за движения жидкого металла во внешнем ядре Земли. Расплавленный металл по мере своего движения вырабатывает электричество, что, в свою очередь, создает большую часть земного магнетизма. Эти поля действуют как невидимые силы магнита.
Ученые используют множество инструментов для измерения магнитных полей Земли. Спутниковые, воздушные, морские и наземные наблюдения показывают положение и силу невидимого магнетизма Земли. Ученые NOAA создают модель на основе комбинации спутниковых и наземных данных, а также бортовых и морских магнитных данных, собранных в сетку магнитных аномалий Земли (EMAG2).
Из них ученые создают HDGM, чтобы показать поля магнетизма и их годовые колебания. HDGM, известная своей точностью, является самой передовой моделью для отслеживания изменений глобального магнитного поля.
«NOAA NCEI в качестве центра обработки данных для данных о магнитных путях имеет уникальную возможность постоянно улучшать разрешение магнитного поля земной коры», — говорит Маной Наир, научный сотрудник NCEI из Совместного института исследований в области наук об окружающей среде. (CIRES) в Университете Колорадо в Боулдере, который руководит операциями HDGM для NOAA.
Изменения магнитного поля обычно остаются незамеченными людьми, поскольку они происходят довольно медленно. Однако небольшие изменения со временем могут стать значительными и повлиять на навигационную информацию, также называемую данными «ориентации», используемой специализированными пользователями в определенных службах и отраслях.
HDGM обеспечивает обзор основного магнитного поля Земли и поля под поверхностью, предоставляя значения магнитного поля (полное поле, наклон и склонение) в любой точке вблизи земной коры [от высоты 100 км (~62 мили) до ~ 10 км (~6 миль) ниже уровня моря].
Хотя эти поля в основном возникают из-за горячего циркулирующего ядра Земли, они также возникают из-за:
Электрических токов в ионосфере Земли
Статических полей, таких как вклады от намагниченных пород на поверхности Земли и в литосфере
Явления космической погоды, которые развиваются за пределами магнитосферы, защитное магнитное поле Земли
Магнитная структура Земли. Предоставлено NOAA NCEI.
Магнитосфера — это защитный пузырь, защищающий нас от постоянного потока солнечных заряженных частиц — или солнечного ветра. Ветер от Солнца, непрерывный поток плазмы, состоящий в основном из электронов и протонов со встроенным магнитным полем, взаимодействует с Землей и другими объектами в Солнечной системе. Поэтому при изменении условий в космосе может измениться и магнитосфера. Эти изменения могут быть вызваны солнечными событиями, такими как солнечные вспышки и выбросы корональной массы.
Использование HDGM
Точность HDGM делает его идеальным для специализированных приложений и навигации в средах, где данные редки или отсутствуют.
Многие типы коммерческих и государственных предприятий полагаются на информацию о геомагнитных условиях для проведения операций.
HDGM имеет особое применение при разведке ресурсов под поверхностью Земли, как на суше, так и на море, играя особенно важную роль там, где GPS (глобальные системы позиционирования) не могут работать. HDGM является критически важной и надежной магнитной эталонной моделью для нефтегазовой промышленности. С 2011 года нефтегазовая промышленность использует HDGM для повышения безопасности и эффективности наклонно-направленного бурения и разведки других ресурсов. Модель помогает операторам лучше позиционировать скважины, предотвращая и снижая опасность столкновения с существующими стволами скважин, а также обеспечивая управление в режиме реального времени для экономии времени бурения и снижения затрат на бурение. Другие интересные применения HDGM включают бурение для геотермальных исследований, исследования землетрясений и долгосрочное хранение CO2.
«Если поле меняется на несколько градусов в течение года, а вы бурите 10-километровую горизонтальную скважину для извлечения энергии, вы можете оказаться в сотнях метров от того места, где вы ожидаете», — говорит Брайан.
Мейер, геофизик NCEI, работающий над HDGM.
Для более точного определения направления подземного бурения компании используют несколько датчиков рядом с буровой головкой для определения положения. Основным инструментом является магнитометр, который может дать точное направление наведения. Напряженность магнитного поля пропорциональна его близости к источнику. При бурении рядом с породой, которая может содержать магнитные минералы, локальные поля могут воздействовать на компас.
«Подумайте о том, чтобы поднести сильный магнит к компасу, — говорит Мейер. «Чем ближе вы подходите, тем сильнее притяжение, и эти сверла эффективно находятся внутри магнита».
Чтобы иметь возможность учитывать, как магнитные породы могут влиять на положение бурильщика в сочетании с другими магнитными источниками, операторам необходимы магнитные модели. Чем меньше допустимая погрешность при позиционировании, тем ближе друг к другу можно пробурить отверстия для эффективного и безопасного извлечения материала.
Поскольку некоторые факторы могут усложнить разведку ресурсов, многие компании полагаются на NOAA в плане предоставления экспертных знаний по предмету и доступа к данным, которые помогают им принимать более обоснованные решения.
Модель реального времени
В 2015 году NCEI и исследователи из CIRES представили дополнение к HDGM, которое учитывает временные изменения, вызванные космической погодой. Он известен как HDGM-RT, что означает «в реальном времени». Модель оценивает вызванные солнечным ветром возмущения магнитного поля от электрических токов в ионосфере и магнитосфере почти в реальном времени. Кроме того, моделирование отслеживает суточные вариации магнитного поля, возникающие из-за электрических токов в верхних слоях атмосферы.
Эти данные в режиме реального времени поддерживают растущий спрос на еще более точную геомагнитную привязку. Хотя космическая погода вносит меньший вклад в изменения магнитного поля, чем ядро Земли, сильные геомагнитные бури вызывают значительные возмущения в наземном магнитном поле.
