spis treści

symulacja interakcji między ziemskim polem magnetycznym a międzyplanetarnym polem magnetycznym.

Ziemia jest w dużej mierze chroniona przed wiatrem słonecznym, Strumieniem Energii naładowanych cząstek emanujących ze słońca, przez jego pole magnetyczne, które odchyla większość naładowanych cząstek. Niektóre naładowane cząstki wiatru słonecznego są uwięzione w pasie promieniowania Van Allena. Mniejsza liczba cząstek z wiatru słonecznego udaje się przemieszczać, jak na linii przekazu energii elektromagnetycznej, do górnej atmosfery Ziemi i jonosfery w strefach zorzy polarnej. Wiatr słoneczny jest obserwowalny na Ziemi tylko wtedy, gdy jest wystarczająco silny, aby wytworzyć zjawiska takie jak zorza polarna i burze geomagnetyczne. Jasne zorze polarne silnie ogrzewają jonosferę, powodując jej ekspansję plazmy w magnetosferze, zwiększając rozmiar geosfery plazmy i powodując ucieczkę materii atmosferycznej do wiatru słonecznego. Burze geomagnetyczne powstają, gdy ciśnienie plazmy zawartej wewnątrz magnetosfery jest wystarczająco duże, aby nadmuchać i tym samym zniekształcić pole geomagnetyczne.

wiatr słoneczny jest odpowiedzialny za ogólny kształt ziemskiej magnetosfery, a wahania jego prędkości, gęstości, kierunku i uwięzionego pola magnetycznego silnie wpływają na lokalne środowisko kosmiczne Ziemi. Na przykład poziom promieniowania jonizującego i zakłóceń radiowych może się różnić w zależności od czynników od setek do tysięcy; a kształt i położenie fali uderzeniowej magnetopauzy i łuku przed nią może zmieniać się o kilka promieni Ziemi, narażając satelity geosynchroniczne na bezpośredni wiatr słoneczny. Zjawiska te są zbiorczo nazywane pogodą Kosmiczną. Mechanizm odpędzania atmosfery jest spowodowany wychwytywaniem gazu w pęcherzykach pola magnetycznego, które są zrywane przez wiatry słoneczne. Zmiany natężenia pola magnetycznego zostały skorelowane ze zmiennością opadów w tropikach.

bieguny magnetyczne i dipol magnetyczny

deklinacja magnetyczna z true north w 2000 roku.

deklinacja magnetyczna z prawdziwej północy w 1700

pozycje biegunów magnetycznych można określić na co najmniej dwa sposoby.

często biegun magnetyczny (dip) jest postrzegany jako punkt na powierzchni Ziemi, gdzie pole magnetyczne jest całkowicie pionowe. Innym sposobem na powiedzenie tego jest to, że nachylenie pola Ziemi wynosi 90° na północnym biegunie magnetycznym i -90° na południowym biegunie magnetycznym. Na biegunie magnetycznym kompas trzymany w płaszczyźnie poziomej wskazuje losowo, podczas gdy w przeciwnym razie wskazuje prawie na północny biegun magnetyczny lub od południowego bieguna magnetycznego, chociaż istnieją lokalne odchylenia. Oba bieguny wędrują niezależnie od siebie i nie znajdują się w przeciwnych pozycjach na kuli ziemskiej. Biegun magnetyczny może szybko migrować, obserwacja do 40 km rocznie dla północnego bieguna magnetycznego.

pole magnetyczne Ziemi może być zbliżone do pola dipola magnetycznego umieszczonego w pobliżu środka Ziemi. Orientacja dipola jest określona przez oś. Dwa miejsca, w których oś dipola, która najlepiej pasuje do pola geomagnetycznego, przecinają powierzchnię ziemi, nazywane są biegunami Geomagnetycznymi północy i Południa. Dla najlepszego dopasowania dipol reprezentujący pole geomagnetyczne powinien być umieszczony około 500 km od środka Ziemi. Powoduje to, że wewnętrzny pas promieniowania obniża się w południowym Oceanie Atlantyckim, gdzie pole powierzchniowe jest najsłabsze, tworząc tzw. anomalię Południowoatlantycką.

gdyby ziemskie pole magnetyczne było idealnie dipolarne, bieguny geomagnetyczne i magnetyczne pokrywałyby się. Jednak znaczące niedipolarne terminy w dokładnym opisie pola geomagnetycznego powodują, że położenie dwóch typów biegunów znajduje się w różnych miejscach.

charakterystyka pola

siła pola na powierzchni Ziemi waha się od mniej niż 30 mikrotesli (0,3 GAUSA) na obszarze obejmującym większość Ameryki Południowej i Afryki Południowej do ponad 60 mikrotesli (0.6 gauss) wokół biegunów magnetycznych w północnej Kanadzie i na południu Australii oraz w części Syberii. Średnie natężenie pola magnetycznego w zewnętrznym jądrze Ziemi zostało zmierzone na 25 gausów, 50 razy silniejsze niż pole magnetyczne na powierzchni.

pole jest podobne do pola magnesu słupkowego. Ziemskie pole magnetyczne jest głównie spowodowane prądami elektrycznymi w płynnym jądrze zewnętrznym. Jądro Ziemi jest cieplejsze niż 1043 K, temperatura punktu Curie, powyżej której orientacje spinów w żelazie ulegają randomizacji. Taka randomizacja powoduje, że substancja traci swoje namagnesowanie.

konwekcja stopionego żelaza w zewnętrznym jądrze cieczy, wraz z efektem Coriolisa spowodowanym ogólnym obrotem planety, ma tendencję do organizowania tych „prądów elektrycznych” w rolkach ustawionych wzdłuż osi biegunowej północ-południe. Podczas Przewodzenia przepływu płynu przez istniejące pole magnetyczne indukowane są prądy elektryczne, które z kolei tworzą kolejne pole magnetyczne. Kiedy owo pole magnetyczne wzmacnia oryginalne pole magnetyczne, powstaje dynamo które samo się podtrzymuje. Nazywa się to teorią Dynamo i wyjaśnia, w jaki sposób podtrzymuje się ziemskie pole magnetyczne.

Inną cechą, która odróżnia ziemię magnetycznie od magnesu prętowego, jest jej magnetosfera. W dużych odległościach od planety dominuje to powierzchniowe pole magnetyczne. Prądy elektryczne indukowane w jonosferze również generują pola magnetyczne. Takie pole jest zawsze generowane w pobliżu miejsca, w którym atmosfera znajduje się najbliżej Słońca, powodując codzienne zmiany, które mogą odchylić powierzchniowe pola magnetyczne nawet o jeden stopień. Typowe dzienne wahania natężenia pola wynoszą około 25 nanoteslas (nT) (tj. ~ 1:2,000), z wahaniami w ciągu kilku sekund typowo około 1 nT (tj. ~ 1:50,000).

zmiany pola magnetycznego

zmiany geomagnetyczne od ostatniego odwrócenia.

prądy w jądrze Ziemi, które tworzą jej pole magnetyczne, rozpoczęły się co najmniej 3,450 milionów lat temu.

magnetometry wykrywają drobne odchylenia w ziemskim polu magnetycznym spowodowane artefaktami żelaza, piecami, niektórymi rodzajami struktur kamiennych, a nawet rowami i pośrednimi w geofizyce archeologicznej. Wykorzystując przyrządy magnetyczne zaadaptowane z pokładowych detektorów anomalii magnetycznych opracowanych podczas II Wojny Światowej do wykrywania okrętów podwodnych, zmapowano zmiany magnetyczne na dnie oceanu. Bazalt-bogata w żelazo, wulkaniczna skała tworząca dno oceanu-zawiera silnie magnetyczny minerał (magnetyt) i może lokalnie zakłócać odczyty kompasu. Zniekształcenie zostało rozpoznane przez islandzkich żeglarzy już pod koniec XVIII wieku. Co ważniejsze, ponieważ obecność magnetytu daje bazaltowi wymierne właściwości magnetyczne, te wariacje magnetyczne dostarczyły innych środków do badania głębokiego dna oceanu. Kiedy nowo uformowana skała ochładza się, takie materiały magnetyczne rejestrują pole magnetyczne Ziemi.

często w magnetosferę ziemi uderzają rozbłyski słoneczne, wywołujące burze geomagnetyczne, wywołujące pojawienie się zorzy polarnej. Krótkotrwałą niestabilność pola magnetycznego mierzy się indeksem K.

Ostatnio wykryto przecieki w polu magnetycznym, które oddziałują z wiatrem słonecznym w sposób przeciwny do pierwotnej hipotezy. Podczas burz słonecznych może to doprowadzić do dużych zaciemnień i zakłóceń w sztucznych satelitach.

Zobacz też anomalia magnetyczna

odwrócenie pola magnetycznego

w oparciu o badania przepływów lawy bazaltu na całym świecie, zaproponowano, że ziemskie pole magnetyczne odwraca się w odstępach od dziesiątek tysięcy do wielu milionów lat, ze średnim odstępem około 300 000 lat. Jednak ostatnie takie zdarzenie, zwane odwróceniem Brunhesa–Matuyamy, zaobserwowano około 780 000 lat temu.

nie ma jasnej teorii co do tego, jak mogło dojść do odwrócenia geomagnetycznego . Niektórzy naukowcy stworzyli modele dla jądra Ziemi, w którym pole magnetyczne jest tylko quasi-stabilne, a bieguny mogą spontanicznie migrować z jednej orientacji na drugą w ciągu kilkuset do kilku tysięcy lat. Inni naukowcy sugerują, że geodynamo najpierw wyłącza się samoistnie lub poprzez działanie zewnętrzne, takie jak uderzenie komety, a następnie uruchamia się ponownie biegunem magnetycznym „Północ” skierowanym na północ lub południe. Zdarzenia zewnętrzne nie są prawdopodobnie rutynowymi przyczynami odwrócenia pola magnetycznego ze względu na brak korelacji między wiekiem kraterów uderzeniowych a czasem odwrócenia. Niezależnie od przyczyny, gdy biegun magnetyczny przesuwa się z jednej półkuli na drugą, jest to znane jako odwrócenie, podczas gdy tymczasowe odchylenia dipolowe, które prowadzą oś dipolową przez równik, a następnie z powrotem do pierwotnej polaryzacji, są znane jako wypadki.

badania strumieni lawy na Steens Mountain w stanie Oregon wskazują, że pole magnetyczne mogło przesuwać się w tempie do 6 stopni dziennie w pewnym momencie w historii Ziemi, co znacznie podważa powszechne zrozumienie, jak działa ziemskie pole magnetyczne.

badania Paleomagnetyczne takie jak te zazwyczaj składają się z pomiarów pozostałości namagnesowania skał magmowych z wydarzeń wulkanicznych. Osady leżące na dnie oceanu orientują się za pomocą lokalnego pola magnetycznego, sygnału, który może być rejestrowany podczas zestalania. Chociaż złoża skał magmowych są w większości paramagnetyczne, zawierają ślady materiałów ferri-i antyferromagnetycznych w postaci tlenków żelaza, co daje im zdolność do namagnesowania resztek. W rzeczywistości ta cecha jest dość powszechna w wielu innych rodzajach skał i osadów występujących na całym świecie. Jednym z najczęstszych tlenków występujących w naturalnych złożach skalnych jest magnetyt.

jako przykład tego, jak ta właściwość skał magmowych pozwala nam określić, że pole ziemskie w przeszłości się odwróciło, rozważ pomiary magnetyzmu na grzbietach oceanicznych. Zanim magma wyjdzie z płaszcza przez szczelinę, znajduje się w bardzo wysokiej temperaturze, powyżej temperatury Curie dowolnego tlenku żelaza, który może zawierać. Lawa zaczyna ostygać i krzepnąć po wejściu do oceanu, pozwalając tym tlenkom żelaza ostatecznie odzyskać swoje właściwości magnetyczne, w szczególności zdolność do utrzymywania pozostałej namagnesowania. Zakładając, że jedyne pole magnetyczne obecne w tych miejscach jest związane z samą ziemią, ta zestalona skała staje się namagnesowana w kierunku pola geomagnetycznego. Chociaż siła pola jest raczej słaba, a zawartość żelaza w typowych próbkach skał jest niewielka, stosunkowo niewielka namagnesowanie resztkowe próbek mieści się w rozdzielczości współczesnych magnetometrów. Wiek i namagnesowanie zestalonych próbek lawy można następnie zmierzyć, aby określić orientację pola geomagnetycznego podczas starożytnych epok.

wykrywanie pola magnetycznego

odchylenia modelu pola magnetycznego od danych pomiarowych, danych utworzonych przez satelity z czułymi magnetometrami

Natężenie pola magnetycznego Ziemi zostało zmierzone przez Carla Friedricha Gaussa w 1835 roku i od tego czasu było wielokrotnie mierzone, wykazując względny rozpad około 10% w ciągu ostatnich 150 lat. Satelita Magsat i późniejsze satelity wykorzystały 3-osiowe magnetometry wektorowe do badania struktury 3-D ziemskiego pola magnetycznego. Późniejszy Satelita Ørsted umożliwił porównanie wskazujące na dynamiczną geodynamikę w działaniu, która wydaje się być źródłem alternatywnego bieguna pod Oceanem Atlantyckim na zachód od S. Africa.

rządy czasami działają jednostki, które specjalizują się w pomiarach ziemskiego pola magnetycznego. Są to obserwatoria geomagnetyczne, zazwyczaj będące częścią national Geological Survey, na przykład Obserwatorium Eskdalemuir British Geological Survey. Takie obserwatoria mogą mierzyć i prognozować warunki magnetyczne, które czasami wpływają na komunikację, energię elektryczną i inne działania człowieka. (Patrz Burza magnetyczna.)

International Real-time Magnetic Observatory Network, z ponad 100 powiązanymi obserwatoriami geomagnetycznymi na całym świecie, rejestruje pole magnetyczne Ziemi od 1991 roku.

wojsko określa lokalne właściwości pola geomagnetycznego, aby wykryć anomalie w naturalnym tle, które mogą być spowodowane przez znaczący metalowy obiekt, taki jak zanurzony okręt podwodny. Zazwyczaj te wykrywacze anomalii magnetycznych są latane w samolotach takich jak Brytyjski Nimrod lub holowane jako instrument lub zestaw instrumentów ze statków powierzchniowych.

komercyjnie, geofizyczne firmy poszukiwawcze używają również detektorów magnetycznych do identyfikacji naturalnie występujących anomalii z ciał rudy, takich jak anomalia magnetyczna Kurska.

zwierzęta, w tym ptaki i żółwie, mogą wykrywać ziemskie pole magnetyczne i używać go do nawigacji podczas migracji. Krowy i dzikie jelenie mają tendencję do wyrównywania ciała z północy na południe podczas relaksu, ale nie wtedy, gdy zwierzęta znajdują się pod liniami wysokiego napięcia, co skłania naukowców do przekonania, że magnetyzm jest odpowiedzialny.

Seismo-elektromagnetyzm jest obszarem badań mających na celu przewidywanie trzęsień ziemi.

Notes

1. ^ T. N. W. Mcelhinney and W. E. Senanayake, J. Geophys. Res. 85, 3523 (1980).
2. ^ B. A. Buffett. Jądro Ziemi i Geodynamo. Science, vol. 288 (5473), 2000, s. 2007 – 2012. 10.1126 / nauka288.5473.2007.
3. ^ Cosmos Online-wiatr słoneczny Wyrywający kawałki Marsa (http://www.cosmosmagazine.com/news/2369/solar-wind-ripping-chunks-mars)
4. ^ AFP (2009-01-13). Earth ’ s Magnetic Field Changes Climate (ang.). Discovery News. http://dsc.discovery.com/news/2009/01/13/magnetic-field-climate.html. 2010-02-24
5. ^ „Problem z” magnetycznymi „lokalizacjami biegunów na światowych listach przebojów”. Eos Vol. 77, No. 36, American Geophysical Union, 1996.
6. ^ strona NASA poświęcona badaniom Larry ’ ego Nisbeta
7. ^ Geomagnetyzm, północny biegun magnetyczny. Natural Resources Canada, 2005-03-13.
8. ^ południowy biegun magnetyczny. Commonwealth of Australia, Australian Antarctic Division, 2002.
9. ^ http://www.science20.com/news_articles/first_measurement_magnetic_field_inside_earths_core
10. ^ http://www.nature.com/nature/journal/v468/n7326/full/nature09643.html
11. ^ Nature, Vol 439 (16 Feb 2006)
12. ^ Usui, Y.; Tarduno, J. A.; Watkeys, M.; Hofmann, A.; Cottrell, R. D. (2009). „Evidence for a 3.45-billion-year-old magnetic remanence: Hints of ancient geodynamo from conglomerats of South Africa”. Geochemia Geofizyka Geosystems 10: Q09Z07. doi: 10.1029 / 2009GC002496. edit
13. ^ Tarduno, J. A.; Cottrell, R. D.; Watkeys, M. K.; Hofmann, A.; Doubrovine, P. V.; Mamajek, E. E.; Liu, D.; Sibeck, D. G. et al. (2010). Geodynamo, Solar Wind, and Magnetopause 3.4 to 3.45 Billion Years Ago (ang.). Nauka 327 (5970): 1238. 10.1126 / nauka1183445. PMID 20203044. edit
14. ^ Thompson, Andrea (16 grudnia 2008). Leaks Found in Earth ’ s Protective Magnetic Shield (ang.). Space.com. Imaginova Corp.. http://www.space.com/scienceastronomy/081216-agu-solar-storm-shield-break.html. 2009-03-28
15. ^ Phillips, Tony (29 grudnia 2003). Earth ’ s Inconstant Magnetic Field (ang.). Nauka @ Nasa. http://science.nasa.gov/science-news/science-at-nasa/2003/29dec_magneticfield/. 27.12.2009 R.
16. ^ Coe, R. S.; Prévot, M.; Camps, P. (20 kwietnia 1995). „New evidence for extraordinarly rapid change of the geomagnetic field during a reversal”. Natura 374: 687. doi: 10.1038 / 374687a0 http://www.nature.com/nature/journal/v374/n6524/abs/374687a0.html.
18. ^ Annual Review of Earth and Planetary Science, 1988 16 p. 435 „Time Variations of the Earth’ s Magnetic Field: From Daily to Secular ” by Vincent Courtillot and Jean Louis Le Mouel
19. ^ Hulot G, Eymin C, Langlais B, Mandea m, Olsen N (April 2002). „Small-scale structure of the geodynamo inferred from Oersted and Magsat satellite data”. Przyroda 416 (6881) doi: 10.1038 / 416620A. PMID 11948347.
20. ^ Deutschlander m, Phillips J, Borland S (1999) „the case for light-dependent magnetic orientation in animals” Journal of Experimental Biology 202(8): 891-908
21. ^ Burda, H; Begall, S; Cerveny, J; Neef, J; Nemec, P (Mar 2009). „Pola elektromagnetyczne o ekstremalnie niskiej częstotliwości zakłócają ustawienie magnetyczne przeżuwaczy.”. 106 (14): 5708-13. doi: 10.1073 / pnas.0811194106. PMID 19299504
22. ^ Dyson, PJ (2009). Biology: Electric cows (ang.). Nature 458 (7237): 389. doi: 10.1038 / 458389A. PMID 19325587.

Wikimedia Commons ma media związane z: ziemskim polem magnetycznym

• . New York Times, 13 Lipca 2004.
• John Roach, dlaczego pole magnetyczne Ziemi obraca się?. National Geographic, 27 Września 2004.
• gdy Północ idzie na południe. Projects in Scientific Computing, 1996.
• 3D ziemskie pole magnetyczne naładowane-symulator cząstek. Narzędzie dedykowane do symulacji 3D naładowanych cząstek w magnetosferze..
• wielki magnes, Ziemia, Historia odkrycia ziemskiego pola magnetycznego przez Davida P. Sterna.
• eksploracja magnetosfery ziemi, Strona Edukacyjna Davida P. Sterna i Mauricio Peredo

źródło: „http://en.wikipedia.org/wiki/Earth%27s_magnetic_field”