Il campo magnetico della terra
magnetosfera e protegge la superficie della Terra dalle particelle cariche del vento solare e viene generato da correnti elettriche situati in diverse parti della Terra. Viene compresso sul lato giorno (Sole) a causa della forza delle particelle in arrivo ed esteso sul lato notte. (Immagine non in scala.)
La variazione tra nord magnetico e nord “vero”.
Il campo magnetico terrestre (e il campo magnetico di superficie) è approssimativamente un dipolo magnetico, con il polo S del campo magnetico vicino al polo nord geografico della Terra (vedi Polo Nord magnetico) e l’altro polo N del campo magnetico vicino al polo sud geografico della Terra (vedi Polo Sud magnetico). Questo rende la bussola utilizzabile per la navigazione. La causa del campo può essere spiegata dalla teoria della dinamo. Un campo magnetico si estende all’infinito, anche se si indebolisce con la distanza dalla sua sorgente. Il campo magnetico terrestre, chiamato anche campo geomagnetico, che si estende efficacemente diverse decine di migliaia di chilometri nello spazio, forma la magnetosfera terrestre. Uno studio paleomagnetico della dacite rossa australiana e del basalto del cuscino ha stimato che il campo magnetico abbia almeno 3,5 miliardi di anni.
Contenuto
- 1 Importanza
- 2 poli Magnetici e dipolo magnetico
- 3 caratteristiche del Campo
- 4 variazioni di campo Magnetico
- 5 inversioni del campo Magnetico
- 6 rilevazione campo Magnetico
- 7 Note
- 8 collegamenti Esterni
Importanza
Simulazione dell’interazione tra il campo magnetico terrestre e il campo magnetico interplanetario.
La Terra è in gran parte protetta dal vento solare, un flusso di particelle cariche energetiche che emana dal Sole, dal suo campo magnetico, che devia la maggior parte delle particelle cariche. Alcune delle particelle cariche del vento solare sono intrappolate nella cintura di radiazioni di Van Allen. Un numero minore di particelle provenienti dal vento solare riesce a viaggiare, come su una linea di trasmissione di energia elettromagnetica, verso l’atmosfera superiore della Terra e la ionosfera nelle zone aurorali. L’unica volta che il vento solare è osservabile sulla Terra è quando è abbastanza forte da produrre fenomeni come l’aurora e le tempeste geomagnetiche. Le aurore luminose riscaldano fortemente la ionosfera, causando l’espansione del suo plasma nella magnetosfera, aumentando le dimensioni della geosfera del plasma e causando la fuga di materia atmosferica nel vento solare. Le tempeste geomagnetiche risultano quando la pressione dei plasmi contenuti all’interno della magnetosfera è sufficientemente grande da gonfiare e quindi distorcere il campo geomagnetico.
Il vento solare è responsabile della forma complessiva della magnetosfera terrestre e le fluttuazioni nella sua velocità, densità, direzione e campo magnetico trascinato influenzano fortemente l’ambiente spaziale locale della Terra. Ad esempio, i livelli di radiazioni ionizzanti e interferenze radio possono variare da fattori di centinaia a migliaia; e la forma e la posizione della magnetopausa e dell’onda d’urto dell’arco a monte di essa possono cambiare di diversi raggi terrestri, esponendo i satelliti geosincroni al vento solare diretto. Questi fenomeni sono chiamati collettivamente tempo spaziale. Il meccanismo di stripping atmosferico è causato dal gas catturato in bolle di campo magnetico, che vengono strappate dai venti solari. Le variazioni nell’intensità del campo magnetico sono state correlate alla variazione delle precipitazioni all’interno dei tropici.
poli Magnetici e dipolo magnetico
declinazione Magnetica nord e nel 2000.
declinazione Magnetica nord e nel 1700
Le posizioni dei poli magnetici può essere definito in almeno due modi.
Spesso, un polo magnetico (dip) è visto come un punto sulla superficie terrestre in cui il campo magnetico è interamente verticale. Un altro modo di dire questo è che l’inclinazione del campo terrestre è di 90° al Polo magnetico Nord e -90° al Polo magnetico Sud. A un polo magnetico, una bussola tenuta nel piano orizzontale punta casualmente, mentre altrimenti punta quasi al Polo magnetico Nord o lontano dal Polo magnetico Sud, sebbene esistano deviazioni locali. I due poli vagano indipendentemente l’uno dall’altro e non si trovano in posizioni direttamente opposte sul globo. Il polo magnetico di immersione può migrare rapidamente, l’osservazione di fino a 40 km all’anno è stata fatta per il polo magnetico Nord.
Il campo magnetico terrestre può essere strettamente approssimato dal campo di un dipolo magnetico posizionato vicino al centro della Terra. L’orientamento di un dipolo è definito da un asse. Le due posizioni in cui l’asse del dipolo che meglio si adatta al campo geomagnetico intersecano la superficie terrestre sono chiamati poli geomagnetici Nord e Sud. Per adattarsi al meglio il dipolo che rappresenta il campo geomagnetico dovrebbe essere posizionato a circa 500 km dal centro della Terra. Questo fa sì che la fascia di radiazione interna scremare più in basso nel sud dell’Oceano Atlantico, dove il campo di superficie è il più debole, creando quella che viene chiamata l’anomalia del Sud Atlantico.
Se il campo magnetico terrestre fosse perfettamente dipolare, i poli di dip geomagnetico e magnetico coinciderebbero. Tuttavia, i termini non dipolari significativi in una descrizione accurata del campo geomagnetico causano la posizione dei due tipi di poli in luoghi diversi.
Caratteristiche del campo
La forza del campo sulla superficie terrestre varia da meno di 30 microteslas (0,3 gauss) in un’area che comprende la maggior parte del Sud America e del Sud Africa a oltre 60 microteslas (0.6 gauss) attorno ai poli magnetici nel Canada settentrionale e nel sud dell’Australia e in parte della Siberia. L’intensità media del campo magnetico nel nucleo esterno della Terra è stata misurata per essere 25 Gauss, 50 volte più forte del campo magnetico in superficie.
Il campo è simile a quello di un magnete a barre. Il campo magnetico terrestre è principalmente causato da correnti elettriche nel nucleo esterno del liquido. Il nucleo della Terra è più caldo di 1043 K, la temperatura del punto di Curie al di sopra della quale gli orientamenti degli spin all’interno del ferro diventano randomizzati. Tale randomizzazione fa sì che la sostanza perda la sua magnetizzazione.
La convezione del ferro fuso all’interno del nucleo liquido esterno, insieme ad un effetto Coriolis causato dalla rotazione planetaria complessiva, tende ad organizzare queste “correnti elettriche” in rotoli allineati lungo l’asse polare nord-sud. Quando si conducono flussi di fluido attraverso un campo magnetico esistente, vengono indotte correnti elettriche, che a loro volta creano un altro campo magnetico. Quando questo campo magnetico rafforza il campo magnetico originale, viene creata una dinamo che si sostiene. Questa è chiamata Teoria della dinamo e spiega come viene sostenuto il campo magnetico terrestre.
Un’altra caratteristica che distingue magneticamente la Terra da un magnete a barre è la sua magnetosfera. A grandi distanze dal pianeta, questo domina il campo magnetico superficiale. Le correnti elettriche indotte nella ionosfera generano anche campi magnetici. Tale campo viene sempre generato vicino a dove l’atmosfera è più vicina al Sole, causando alterazioni quotidiane che possono deviare i campi magnetici superficiali di un grado. Le variazioni giornaliere tipiche dell’intensità del campo sono circa 25 nanoteslas (nT) (cioè ~ 1:2.000), con variazioni in pochi secondi di circa 1 nT (cioè ~ 1:50.000).
Variazioni del campo magnetico
Variazioni geomagnetiche dall’ultima inversione.
Le correnti nel nucleo della Terra che creano il suo campo magnetico sono iniziate almeno 3.450 milioni di anni fa.
I magnetometri rilevano piccole deviazioni nel campo magnetico terrestre causate da manufatti in ferro, forni, alcuni tipi di strutture in pietra e persino fossati e medi nella geofisica archeologica. Utilizzando strumenti magnetici adattati da rilevatori di anomalie magnetiche disperse nell’aria sviluppati durante la seconda guerra mondiale per rilevare i sottomarini, le variazioni magnetiche sul fondo dell’oceano sono state mappate. Il basalto-la roccia vulcanica ricca di ferro che costituisce il fondo dell’oceano — contiene un minerale fortemente magnetico (magnetite) e può alterare localmente le letture della bussola. La distorsione è stata riconosciuta dai marinai islandesi già alla fine del 18 ° secolo. Più importante, perché la presenza di magnetite dà le proprietà magnetiche misurabili basalto, queste variazioni magnetiche hanno fornito un altro mezzo per studiare il fondo profondo dell’oceano. Quando la roccia appena formata si raffredda, tali materiali magnetici registrano il campo magnetico terrestre.
Frequentemente, la magnetosfera terrestre è colpita da eruzioni solari che causano tempeste geomagnetiche, provocando esposizioni di aurore. L’instabilità a breve termine del campo magnetico viene misurata con l’indice K.
Recentemente, sono state rilevate perdite nel campo magnetico, che interagiscono con il vento solare del Sole in modo opposto all’ipotesi originale. Durante le tempeste solari, ciò potrebbe causare blackout su larga scala e interruzioni nei satelliti artificiali.
Vedi anche Anomalia magnetica
Inversioni di campo magnetico
Sulla base dello studio delle colate laviche di basalto in tutto il mondo, è stato proposto che il campo magnetico terrestre inverta a intervalli, che vanno da decine di migliaia a molti milioni di anni, con un intervallo medio di circa 300.000 anni. Tuttavia, si osserva che l’ultimo evento del genere, chiamato inversione di Brunhes–Matuyama, si è verificato circa 780.000 anni fa.
Non esiste una teoria chiara su come potrebbero essersi verificate le inversioni geomagnetiche . Alcuni scienziati hanno prodotto modelli per il nucleo della Terra in cui il campo magnetico è solo quasi stabile e i poli possono migrare spontaneamente da un orientamento all’altro nel corso di poche centinaia a poche migliaia di anni. Altri scienziati propongono che il geodynamo prima si spenga, spontaneamente o attraverso qualche azione esterna come un impatto con una cometa, e poi si riavvii con il polo magnetico “Nord” che punta a Nord oa Sud. Gli eventi esterni non sono probabilmente cause di routine di inversioni del campo magnetico a causa della mancanza di una correlazione tra l’età dei crateri da impatto e la tempistica delle inversioni. Indipendentemente dalla causa, quando il polo magnetico gira da un emisfero all’altro questo è noto come inversione, mentre le variazioni temporanee di inclinazione del dipolo che prendono l’asse del dipolo attraverso l’equatore e poi di nuovo alla polarità originale sono conosciute come escursioni.
Studi di colate laviche su Steens Mountain, Oregon, indicano che il campo magnetico potrebbe essersi spostato ad una velocità fino a 6 gradi al giorno in qualche momento della storia della Terra, il che sfida in modo significativo la comprensione popolare di come funziona il campo magnetico terrestre.
Studi paleomagnetici come questi consistono tipicamente di misurazioni della magnetizzazione residuo di roccia ignea da eventi vulcanici. I sedimenti posti sul fondo dell’oceano si orientano con il campo magnetico locale, un segnale che può essere registrato mentre si solidificano. Anche se i depositi di roccia ignea sono per lo più paramagnetici, essi contengono tracce di ferri – e materiali antiferromagnetici sotto forma di ossidi ferrosi, dando così loro la capacità di possedere magnetizzazione residuo. In realtà, questa caratteristica è abbastanza comune in numerosi altri tipi di rocce e sedimenti trovati in tutto il mondo. Uno dei più comuni di questi ossidi trovati nei depositi di roccia naturale è la magnetite.
Come esempio di come questa proprietà delle rocce ignee ci consenta di determinare che il campo terrestre si è invertito in passato, considera le misurazioni del magnetismo attraverso le creste oceaniche. Prima che il magma esca dal mantello attraverso una fessura, è ad una temperatura estremamente elevata, al di sopra della temperatura Curie di qualsiasi ossido ferroso che può contenere. La lava inizia a raffreddarsi e solidificarsi una volta che entra nell’oceano, permettendo a questi ossidi ferrosi di riguadagnare le loro proprietà magnetiche, in particolare la capacità di trattenere una magnetizzazione residua. Supponendo che l’unico campo magnetico presente in queste posizioni sia quello associato alla Terra stessa, questa roccia solidificata diventa magnetizzata nella direzione del campo geomagnetico. Sebbene la forza del campo sia piuttosto debole e il contenuto di ferro dei tipici campioni di roccia sia piccolo, la magnetizzazione del residuo relativamente piccolo dei campioni è ben compresa nella risoluzione dei magnetometri moderni. L’età e la magnetizzazione dei campioni di lava solidificata possono quindi essere misurati per determinare l’orientamento del campo geomagnetico durante le epoche antiche.
rilevazione campo Magnetico
Deviazioni di un campo magnetico modello di dati misurati, i dati creati da satellite, con sensibili magnetometri
Il campo magnetico della Terra la forza è stata misurata da Carl Friedrich Gauss nel 1835 ed è stato più volte misurato da allora, mostrando un parente di decadimento di circa il 10% negli ultimi 150 anni. Il satellite Magsat e i satelliti successivi hanno utilizzato magnetometri vettoriali a 3 assi per sondare la struttura 3-D del campo magnetico terrestre. Il successivo satellite Ørsted ha permesso un confronto che indica una geodynamo dinamica in azione che sembra dare origine a un polo alternativo sotto l’Oceano Atlantico a ovest di S. Africa.
I governi a volte operano unità specializzate nella misurazione del campo magnetico terrestre. Si tratta di osservatori geomagnetici, tipicamente parte di un national Geological Survey, ad esempio l’Osservatorio Eskdalemuir del British Geological Survey. Tali osservatori possono misurare e prevedere le condizioni magnetiche che a volte influenzano le comunicazioni, l’energia elettrica e altre attività umane. (Vedi tempesta magnetica.)
La rete internazionale di osservatori magnetici in tempo reale, con oltre 100 osservatori geomagnetici interconnessi in tutto il mondo, registra il campo magnetico terrestre dal 1991.
L’esercito determina le caratteristiche del campo geomagnetico locale, al fine di rilevare anomalie nel fondo naturale che potrebbero essere causate da un oggetto metallico significativo come un sottomarino sommerso. In genere, questi rivelatori di anomalie magnetiche sono volati in aerei come il Nimrod del Regno Unito o rimorchiati come strumento o una serie di strumenti da navi di superficie.
Commercialmente, le società di prospezione geofisica utilizzano anche rivelatori magnetici per identificare anomalie naturali provenienti da corpi minerari, come l’anomalia magnetica di Kursk.
Animali tra cui uccelli e tartarughe in grado di rilevare il campo magnetico terrestre, e utilizzare il campo per navigare durante la migrazione. Mucche e cervi selvatici tendono ad allineare i loro corpi nord-sud mentre ci si rilassa, ma non quando gli animali sono sotto linee elettriche ad alta tensione, portando i ricercatori a credere magnetismo è responsabile.
Seismo-elettromagnetismo è un’area di ricerca finalizzata alla previsione dei terremoti.
Note
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Wikimedia Commons: Il campo magnetico della terra |
- William J. Broad, Sarà Bussole Punto di Sud?. New York Times, 13 luglio 2004.
- John Roach, perché il campo magnetico terrestre si capovolge?. National Geographic, 27 settembre 2004.
- Quando il Nord va a sud. Projects in Scientific Computing, 1996.
- 3D Terra campo magnetico carica-Simulatore di particelle. Strumento dedicato alla simulazione 3d di particelle cariche nella magnetosfera..
- Il grande magnete, la Terra, Storia della scoperta del campo magnetico terrestre di David P. Stern.
- Esplorazione della magnetosfera terrestre, sito web educativo di David P. Stern e Mauricio Peredo
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