magnetosfären skyddar jordens yta från solvindens laddade partiklar och genereras av elektriska strömmar i många olika delar av jorden. Den komprimeras på dagsidan (Sol) på grund av kraften hos de ankommande partiklarna och förlängs på nattsidan. (Bild inte att skala.)

variationen mellan magnetisk nord och ”sann” nord.

jordens magnetfält (och ytmagnetfältet) är ungefär en magnetisk dipol, med magnetfältets Pol nära jordens geografiska nordpol (se magnetisk nordpol) och den andra magnetfältets N-pol nära jordens geografiska sydpol (se magnetisk sydpol). Detta gör kompassen användbar för navigering. Orsaken till fältet kan förklaras med dynamo-teorin. Ett magnetfält sträcker sig oändligt, även om det försvagas med avstånd från källan. Jordens magnetfält, även kallat det geomagnetiska fältet, som effektivt sträcker sig flera tiotusentals kilometer ut i rymden, bildar jordens magnetosfär. En paleomagnetisk studie av australiensisk röd dacit och kuddebasalt har uppskattat magnetfältet till minst 3,5 miljarder år gammalt.

• 1 betydelse
• 2 magnetiska poler och magnetisk dipol
• 3 fältegenskaper
• 4 magnetiska fältvariationer
• 5 magnetiska fältomvandlingar
• 6 magnetfältdetektering
• 7 anteckningar
• 8 Externa länkar

betydelse

simulering av interaktionen mellan jordens magnetfält och det interplanetära magnetfältet.

jorden är till stor del skyddad från solvinden, en ström av energiska laddade partiklar som härrör från solen, genom dess magnetfält, som avböjer de flesta laddade partiklarna. Några av de laddade partiklarna från solvinden fångas i Van Allen-strålningsbältet. Ett mindre antal partiklar från solvinden lyckas resa, som på en elektromagnetisk energiöverföringsledning, till jordens övre atmosfär och jonosfär i auroralzonerna. Den enda gången solvinden kan observeras på jorden är när den är tillräckligt stark för att producera fenomen som aurora och geomagnetiska stormar. Ljusa auroror värmer starkt jonosfären, vilket gör att dess plasma expanderar in i magnetosfären, ökar storleken på plasmageosfären och orsakar flykt av atmosfärisk materia i solvinden. Geomagnetiska stormar uppstår när trycket av plasma som finns inuti magnetosfären är tillräckligt stort för att blåsa upp och därigenom snedvrida det geomagnetiska fältet. solvinden är ansvarig för den övergripande formen av jordens magnetosfär, och fluktuationer i dess hastighet, densitet, riktning och inneslutna magnetfält påverkar starkt jordens lokala rymdmiljö. Till exempel kan nivåerna av joniserande strålning och radiostörningar variera med faktorer från hundratals till tusentals; och formen och placeringen av magnetopausen och bågens chockvåg uppströms den kan förändras med flera Jordradier och utsätta geosynkrona satelliter för direkt solvind. Dessa fenomen kallas kollektivt rymdväder. Mekanismen för atmosfärisk strippning orsakas av att gas fångas i bubblor av magnetfält, som rippas av solvindar. Variationer i magnetfältstyrkan har korrelerats med regnvariation inom troperna.

magnetiska poler och magnetisk dipol

magnetisk deklination från Sant norr 2000.

magnetisk deklination från sann norr i 1700

de magnetiska polernas positioner kan definieras på minst två sätt.

ofta ses en magnetisk (dip) pol som en punkt på jordens yta där magnetfältet är helt vertikalt. Ett annat sätt att säga Detta är att lutningen på jordens fält är 90 kg vid den norra magnetiska polen och -90 kg vid den södra magnetiska polen. Vid en magnetisk Pol pekar en kompass som hålls i horisontalplanet slumpmässigt, medan den annars pekar nästan mot den norra magnetiska polen eller bort från den södra magnetiska polen, även om lokala avvikelser finns. De två polerna vandrar oberoende av varandra och är inte i direkt motsatta positioner på jordklotet. Magnetisk dip-pol kan migrera snabbt, observation av upp till 40 km per år har gjorts för den norra magnetiska polen.

jordens magnetfält kan nära approximeras av fältet för en magnetisk dipol placerad nära jordens centrum. En dipols orientering definieras av en axel. De två positionerna där dipolens axel som bäst passar det geomagnetiska fältet skär jordens yta kallas norra och Södra geomagnetiska poler. För bästa passform bör dipolen som representerar det geomagnetiska fältet placeras cirka 500 km från jordens centrum. Detta får det inre strålningsbältet att skumma lägre i södra Atlanten, där ytfältet är det svagaste, vilket skapar det som kallas sydatlantiska anomali.

om jordens magnetfält var perfekt dipolärt skulle de geomagnetiska och magnetiska dippolerna sammanfalla. Emellertid orsakar signifikanta icke-dipolära termer i en exakt beskrivning av det geomagnetiska fältet positionen för de två poltyperna att vara på olika ställen.

fältegenskaper

fältets styrka vid jordens yta sträcker sig från mindre än 30 mikroteslas (0,3 gauss) i ett område inklusive större delen av Sydamerika och Sydafrika till över 60 mikroteslas (0.6 gauss) runt de magnetiska polerna i norra Kanada och Södra Australien, och i en del av Sibirien. Den genomsnittliga magnetfältstyrkan i jordens yttre kärna mättes till 25 Gauss, 50 gånger starkare än magnetfältet vid ytan.

fältet liknar det för en barmagnet. Jordens magnetfält orsakas mest av elektriska strömmar i den flytande yttre kärnan. Jordens kärna är varmare än 1043 K, Curie-punkttemperaturen över vilken orienteringarna för snurrar inom järn blir randomiserade. Sådan randomisering gör att ämnet förlorar sin magnetisering. konvektion av smält järn i den yttre vätskekärnan, tillsammans med en Coriolis-effekt orsakad av den totala planetrotationen, tenderar att organisera dessa ”elektriska strömmar” i rullar inriktade längs nord-sydpolaraxeln. Vid ledning av fluidflöden över ett befintligt magnetfält induceras elektriska strömmar, vilket i sin tur skapar ett annat magnetfält. När detta magnetfält förstärker det ursprungliga magnetfältet skapas en dynamo som upprätthåller sig själv. Detta kallas Dynamo-teorin och det förklarar hur jordens magnetfält upprätthålls.

en annan egenskap som skiljer jorden magnetiskt från en barmagnet är dess magnetosfär. På stora avstånd från planeten dominerar detta ytmagnetfältet. Elektriska strömmar inducerade i jonosfären genererar också magnetfält. Ett sådant fält genereras alltid nära där atmosfären är närmast solen, vilket orsakar dagliga förändringar som kan avböja ytmagnetiska fält med så mycket som en grad. Typiska dagliga variationer av fältstyrka är omkring 25 nanoslas (nT) (dvs ~ 1:2,000), med variationer över några sekunder av typiskt omkring 1 nT (dvs ~ 1:50,000).

Magnetfältvariationer

geomagnetiska variationer sedan senaste återföring.

strömmarna i jordens kärna som skapar sitt magnetfält startade för minst 3 450 miljoner år sedan.

magnetometrar upptäcker minutavvikelser i jordens magnetfält orsakade av järnartefakter, ugnar, vissa typer av stenstrukturer och till och med diken och middens i arkeologisk geofysik. Med hjälp av magnetiska instrument anpassade från luftburna magnetiska anomalidetektorer utvecklade under andra världskriget för att upptäcka ubåtar har de magnetiska variationerna över havsbotten kartlagts. Basalten-den järnrika, vulkaniska klippan som utgör havsbotten — innehåller ett starkt magnetiskt mineral (magnetit) och kan lokalt snedvrida kompassavläsningar. Förvrängningen erkändes av isländska sjömän så tidigt som i slutet av 18th century. Viktigare, eftersom närvaron av magnetit ger basalt mätbara magnetiska egenskaper, har dessa magnetiska variationer gett ett annat sätt att studera den djupa havsbotten. När nybildad sten svalnar registrerar sådana magnetiska material jordens magnetfält.

ofta drabbas jordens magnetosfär av solfläckar som orsakar geomagnetiska stormar, vilket provocerar skärmar av aurorae. Den kortvariga instabiliteten hos magnetfältet mäts med K-indexet.

nyligen har läckor upptäckts i magnetfältet, som interagerar med solens solvind på ett sätt motsatt den ursprungliga hypotesen. Under solstormar kan detta leda till storskaliga strömavbrott och störningar i artificiella satelliter.

Se även magnetisk anomali

magnetic field reversals

baserat på studien av lavaflöden av basalt över hela världen har det föreslagits att jordens magnetfält vänder med intervaller, från tiotusentals till många miljoner år, med ett genomsnittligt intervall på cirka 300 000 år. Men den sista händelsen, kallad Brunhes-Matuyama-återföring, observeras ha inträffat för cirka 780 000 år sedan.

det finns ingen tydlig teori om hur de geomagnetiska omkastningarna kan ha inträffat . Vissa forskare har producerat modeller för jordens kärna där magnetfältet bara är kvasistabilt och polerna kan spontant migrera från en orientering till den andra under några hundra till några tusen år. Andra forskare föreslår att geodynamo först stänger av sig själv, antingen spontant eller genom någon yttre handling som en kometpåverkan, och sedan startar om sig med den magnetiska ”norra” polen som pekar antingen norr eller söder. Externa händelser är sannolikt inte rutinmässiga orsaker till omkastningar av magnetfält på grund av bristen på en korrelation mellan åldern på slagkratrar och tidpunkten för omkastningar. Oavsett orsaken, när den magnetiska polen vänder från en halvklot till den andra är detta känt som en vändning, medan tillfälliga dipol lutningsvariationer som tar dipolaxeln över ekvatorn och sedan tillbaka till den ursprungliga polariteten kallas utflykter.

studier av lavaflöden på Steens Mountain, Oregon, indikerar att magnetfältet kunde ha skiftat med en hastighet på upp till 6 grader per dag någon gång i jordens historia, vilket väsentligt utmanar den populära förståelsen av hur jordens magnetfält fungerar.

paleomagnetiska studier som dessa består vanligtvis av mätningar av restmagnetiseringen av magmatisk bergart från vulkaniska händelser. Sediment som läggs på havsbotten orienterar sig med det lokala magnetfältet, en signal som kan spelas in när de stelnar. Även om avlagringar av magmatisk bergart mestadels är paramagnetiska, innehåller de spår av ferri – och antiferromagnetiska material i form av järnoxider, vilket ger dem förmågan att ha restmagnetisering. Faktum är att denna egenskap är ganska vanlig i många andra typer av stenar och sediment som finns över hela världen. En av de vanligaste av dessa oxider som finns i naturliga bergavlagringar är magnetit.

som ett exempel på hur denna egenskap hos magmatiska bergarter tillåter oss att bestämma att jordens fält har vänt tidigare, överväga mätningar av magnetism över havsryggar. Innan magma lämnar manteln genom en spricka, är den vid en extremt hög temperatur, över Curie-temperaturen hos någon järnoxid som den kan innehålla. Lavan börjar svalna och stelna när den kommer in i havet, vilket gör att dessa järnoxider så småningom kan återfå sina magnetiska egenskaper, specifikt förmågan att hålla en restmagnetisering. Förutsatt att det enda magnetfältet som finns på dessa platser är det som är associerat med jorden själv, blir denna stelnade sten magnetiserad i riktning mot det geomagnetiska fältet. Även om fältets styrka är ganska svag och järninnehållet i typiska bergprover är litet, ligger den relativt små kvarvarande magnetiseringen av proverna väl inom upplösningen av moderna magnetometrar. Åldern och magnetiseringen av stelnade lavaprover kan sedan mätas för att bestämma orienteringen av det geomagnetiska fältet under forntida epoker.

Magnetfältdetektering

avvikelser från en magnetfältmodell från uppmätta data, data skapade av satelliter med känsliga magnetometrar

jordens magnetfältstyrka mättes av Carl Friedrich Gauss 1835 och har mätts upprepade gånger sedan dess, vilket visar ett relativt förfall på cirka 10% under de senaste 150 åren. Magsat-satelliten och senare satelliter har använt 3-axliga vektormagnetometrar för att sondera 3D-strukturen i jordens magnetfält. Den senare satelliten tillåter en jämförelse som indikerar en dynamisk geodynamo i aktion som verkar ge upphov till en alternativ Pol under Atlanten väster om S. Afrika. regeringar driver ibland enheter som är specialiserade på mätning av jordens magnetfält. Dessa är geomagnetiska observatorier, vanligtvis en del av en nationell geologisk undersökning, till exempel British Geological Survey ’ s Eskdalemuir Observatory. Sådana observatorier kan mäta och förutse magnetiska förhållanden som ibland påverkar kommunikation, elkraft och andra mänskliga aktiviteter. (Se magnetisk storm.)

det internationella magnetiska Observatoriet i realtid, med över 100 sammanlänkade geomagnetiska observatorier runt om i världen, har spelat in jordens magnetfält sedan 1991. militären bestämmer lokala geomagnetiska fältegenskaper för att upptäcka avvikelser i den naturliga bakgrunden som kan orsakas av ett betydande metallföremål som en nedsänkt ubåt. Vanligtvis flygs dessa magnetiska anomalidetektorer i flygplan som Storbritanniens Nimrod eller bogseras som ett instrument eller en rad instrument från ytfartyg. kommersiellt använder geofysiska prospekteringsföretag också magnetiska detektorer för att identifiera naturligt förekommande anomalier från malmkroppar, såsom Kursk Magnetic anomali.

djur inklusive fåglar och sköldpaddor kan upptäcka jordens magnetfält och använda fältet för att navigera under migrering. Kor och vilda rådjur tenderar att anpassa sina kroppar nord-syd medan de kopplar av, men inte när djuren är under högspänningsledningar, leder forskare att tro att magnetism är ansvarig.

Seismo-elektromagnetik är ett forskningsområde som syftar till jordbävningsprognos.

anteckningar

• William J. bred, kommer kompasser pekar söderut?. New York Times Den 13 Juli 2004.
• John Roach, varför vänder jordens magnetfält?. National Geographic, 27 September 2004.
• när norr går söderut. Projekt inom vetenskaplig databehandling, 1996.
• 3D Earth Magnetic Field Charged-partikel Simulator. Verktyg tillägnad 3D-simulering av laddade partiklar i magnetosfären..
• den stora magneten, jorden, historien om upptäckten av jordens magnetfält av David P. Stern.
• utforskning av jordens magnetosfär, pedagogisk webbplats av David P. Stern och Mauricio Peredo