Универсальный внешний накопитель для всех iOS-устройств, совместим с PC/Mac, Android
Header Banner
8 800 100 5771 | +7 495 540 4266
c 9:00 до 24:00 пн-пт | c 10:00 до 18:00 сб
0 Comments

Содержание

Что такое магнитное поле Земли

Магнитное поле Земли или геомагнитное поле — магнитное поле, генерируемое внутриземными источниками. Предмет изучения геомагнетизма. Появилось 4,2 млрд лет назад

Магнитное поле Земли похоже на магнитное поле гигантского постоянного магнита, наклоненного на угол в 11 градусов к оси ее вращения. Но здесь существует нюанс, суть которого заключается в том, что температура Кюри для железа составляет всего 770°C, тогда как температура железного ядра Земли значительно выше, и только на его поверхности составляет порядка 6000°C. При такой температуре наш магнит никак не сумел бы удержать свою намагниченность. Значит, поскольку ядро нашей планеты не магнитное, земной магнетизм имеет иную природу. Итак, откуда же берется магнитное поле Земли?

Как известно, магнитные поля окружают собой электрические токи, поэтому есть все основания предполагать, что циркулирующие в расплавленном металлическом ядре токи — это и есть источник земного магнитного поля. Форма магнитного поля Земли действительно подобна магнитному полю витка с током.

Величина измеренного на поверхности Земли магнитного поля — около половины Гаусса, при этом силовые линии как-бы выходят из планеты со стороны южного полюса и входят в ее северный полюс. При этом по всей поверхности планеты магнитная индукция изменяется от 0,3 до 0,6 Гаусс.

Практически наличие у Земли магнитного поля объясняется динамо-эффектом, возникающим от циркулирующего в ее ядре тока, но это магнитное поле не является всегда постоянным по направлению. Образцы скальных пород, взятые в одних и тех же местах, но имеющие различный возраст, отличаются направлением намагниченности. Геологи сообщают, что за последние 71 миллион лет магнитное поле Земли разворачивалось 171 раз!

Хотя детально динамо-эффект не изучен, вращение Земли определенно играет важную роль в генерации токов, которые, как предполагается, являются источником магнитного поля Земли.

Зонд «Mariner 2», исследовавший Венеру, обнаружил, что у Венеры такого магнитного поля нет, хотя в ее ядре, как и в ядре Земли, содержится достаточно железа.

Разгадка состоит в том, что период вращения Венеры вокруг своей оси равен 243 дням на Земле, то есть динамо-генератор Венеры вращается в 243 раза медленнее, а этого не достаточно чтобы произвести реальный динамо-эффект.

Взаимодействуя с частичками солнечного ветра, магнитное поле Земли порождает условия для возникновения вблизи полюсов так называемых полярных сияний.

Северная сторона стрелки компаса — это магнитный северный полюс, который всегда ориентируется по направлению к географическому северному полюсу, практически являющемуся магнитным южным полюсом. Ведь, как известно, противоположные магнитные полюса взаимно притягиваются.

Тем не менее, простой вопрос: «как Земля получает свое магнитное поле?» - до сих пор не имеет однозначного ответа. Понятно, что генерация магнитного поля связана с вращением планеты вокруг своей оси, ибо Венера с подобным составом ядра, но вращающимся в 243 раза медленнее, не имеет измеримого магнитного поля.

Кажется правдоподобным, что от вращения жидкости металлического ядра, составляющей основную долю этого ядра, возникает картина вращающегося проводника, создающего динамо-эффект и работающего подобно электрическому генератору.

Конвекция в жидкости наружной части ядра приводит к ее циркуляции по отношению к Земле. Это значит, что электропроводящий материал перемещается относительно магнитного поля. Если он оказывается заряжен благодаря трению между слоями в ядре, то вполне возможен эффект витка с током. Такой ток вполне в состоянии поддерживать магнитное поле Земли. Масштабные компьютерные модели подтверждают реальность данной теории.

В 50-е годы, в рамках стратегии «холодной войны», суда ВМС США буксировали чувствительные магнитометры по дну океана, в то время они искали способ обнаружения советских подводных лодок. В ходе наблюдений выяснилось, что магнитное поле Земли колеблется в пределах 10% по отношению к магнетизму непосредственно пород морского дна, имевших противоположное направление намагниченности. Получилась картина разворотов, происходивших до 4 миллионов лет назад, это было подсчитано калий-аргоновым археологическим методом.

Ранее ЭлектроВести писали, что страны мира в 2018 году исчерпали объем возобновляемых ресурсов, который планета может воспроизвести за год, уже к 1 августа - быстрее, чем когда-либо ранее, говорится в сообщении Всемирного фонда дикой природы (WWF).

По материалам: electrik.info.

Магнитное поле Земли

Подробно:


© Владимир Каланов,
сайт "Знания-сила".

Магнитное поле Земли

Землетрясения и извержения вулканов — это процессы, которые только в стадии зарождения недоступны для непосредственного наблюдения и исследования. Но когда эти процессы проявляют себя на поверхности земли, когда они, как говорится, развёртываются во всю мощь, тогда они становятся видимыми и весьма ощутимыми для всех, кто оказывается в зоне их действия.

Но на Земле действуют также невидимые процессы, которые человеком почти не ощущаются. Прежде всего — это земной магнетизм. Явление магнетизма известно людям очень давно. Своё название магнетизм получил от города Магнетия в Малой Азии, где были обнаружены залежи магнитного железняка — "камня, притя́гивающего железо". Первые письменные свидетельства о сво́йствах магнита мы находим, в частности, в поэме Тита Лукреция Ка́ра "О природе вещей", написанной в первом веке до нашей эры. Лукреций объяснял магнетизм "магнитными токами", истекающими из "камня—магнита".

Люди давно находили применение свойствам магнита. Одним из первых таких применений был компас как простейший навигационный прибор. Компас был изобретён в Китае примерно за тысячу лет до нашей эры. В Европе компас известен с XII века. Сегодня совершенно невозможно представить многие отрасли промышленности без использования магнитов и электромагнитов.

Область околозе́много пространства, в пределах которой обнаруживается земное магнитное поле, называется магнитосферой. Магнетизм является всеобъемлющим, глобальным сво́йством природы. Создание законченной теории земного и солнечного магнетизма — пока ещё дело будущего. Но уже и теперь наука во многом разобралась и даёт достаточно убедительные объяснения некоторым аспектам такого сложного явления как магнетизм. В частности, многих учёных и простых граждан волнуют возможные последствия такого явления, как постепенное ослабление магнитного поля Земли.

Действительно, со времён Карла Гаусса, который впервые замерил напряжё́нность магнитного поля Земли, т.е. на протяжении вот уже более 170 лет, магнитное поле Земли неуклонно ослабевает. А ведь магнитное поле является своеобразным щитом, прикрывающим Землю и всё живое на ней от губительного радиационного воздействия так называемого солнечного ветра, т.е. излучаемых Солнцем электронов, протонов и других частиц. Магнитосфера Земли отклоняет поток этих и других частиц, летящих из космоса, к полюса́м, лиша́я их начальной энергии. На полюсах Земли потоки этих космических частиц задерживаются в верхних слоях атмосферы, превращаясь в фантастически красивые явления полярных сияний.

Не будь солнечного ветра, магнитное поле Земли было бы симметричным относительно планеты, как на рисунке 1. На рисунке 2 изображена реальная магнитосфера Земли, деформированная солнечным ветром. Третий рисунок показывает несовпадение магнитных и географических полюсов.

Если магнитного поля не будет

Но если магнитного поля не будет, или оно станет очень слабым, то всё живое на Земле окажется под прямым воздействием солнечного и космического излучения. А это, как можно предположить, приведёт к радиационному поражению живых организмов, следствием чего будет их мутация в неопределённом направлении или гибель. К счастью, такая перспектива маловероятна. Учёным—палеомагнитологам, т.е. тем, кто занимается изучением древних магнитных полей, удалось установить с достаточной степенью достоверности, что магнитное поле Земли постоянно испытывает колебания с разными периодами. Когда сложили все кривые колебаний, то результирующая кривая получилась по форме близкой к синусоиде, имеющей период 8 тысяч лет. Отрезок этой кривой, соответствующий нашему времени (начало 2000-х годов), находится на ниспадающей ветви этой кривой. И это снижение будет продолжаться ещё примерно две тысячи лет. После этого магнитное поле вновь начнёт усиливаться. Это усиление поля будет продолжаться четыре тысячи лет, потом снова наступит спад. Предыдущий максимум пришелся на начало нашей эры. Существенным при этом является то, что амплитуда сумми́рующей синусоиды составляет менее половины средней величины напряжённости поля, т.е. эти колебания не могут свести к нулю напряженность магнитного поля Земли.

Здесь, на нашем сайте, мы не можем по условиям краткости подробно рассматривать методику исследований, которые привели к столь оптимистичным выводам. О причинах колебаний магнитного поля учёными высказываются разные суждения, но определённой теории по этой проблеме не существует. Добавим, что наукой доказано наличие такого явления, как инверсия, т.е. переодический взаимообмен магнитных полюсо́в Земли местами: северный полюс перемещается на место южного, южный — на место северного. Такие перемещения длятся от 5 до 10 тысяч лет. В истории нашей планеты такие "переско́ки" полюсо́в происходили сотни раз. Последнее такое перемещение произошло 700 тысяч лет назад. Какой-либо определённой периодичности или регулярности этого явления не выявлено. Причины этих переполюсо́вок скрываются в сложных взаимодействиях жидкой части ядра Земли с космосом. Палеомагнитологи установили, что на Земле происходили также смещения магнитных полюсо́в от географических на большие расстояния, которые заканчивались, однако, возвращением полюсо́в к своему прежнему месту.

Существуют предположения, что при переполюсовках магнитное поле Земли исчезает, и планета остаётся на какое-то время без своей невидимой защитной брони́. Но эти предположения не находят надёжного научного обоснования и остаются не более чем предположениями.

Некоторые учёные вообще считают, что резкие перемены в магнитосфере Земли не являются опасными, т.к., по их мнению, основной защитой от космических излучений служит всем живым существам всё-таки не магнитное поле, а атмосфера. Такого мнения придерживается, в частности, биолог—эволюционист профессор МГУ Б.М. Медников. Другими словами, проблема взаимодействия магнитного поля с процессами жизни на Земле пока далека от полной ясности, и для исследователей здесь ещё хватит работы.

Влияние магнитного поля на живые организмы

Давно известно, что магнитные поля отрицательно влияют на живые организмы. Опыты на животных показали, что внешнее магнитное поле задерживает их развитие, замедляет рост клеток, изменяет состав крови. Во время так называемых магнитных бурь, т.е. при резких колебаниях напряженности магнитного поля, метеозависимые, больные люди испытывают ухудшение самочувствия.

Напряженность магнитного поля измеряется в эрсте́дах (Э). Названа эта единица в честь датского физика Ганса Эрстеда (1777-1851), открывшего связь между электрическими и магнитными явлениями.

Поскольку на производстве и в быту́ человек может подвергаться воздействию магнитных полей, были разработаны допустимые уровни напряженности магнитного поля. По разным оценкам для человека считается безопасным магнитное поле напряженностью 300—700 эрстед. Если выражаться точнее, то на производстве и в быту́ на человека воздействуют не магнитные, а электромагнитные поля. Дело в том, что при работе любого электрического или радиоустройства и магнитное, и электрическое поле могут проявляться только в виде единого целого, которое называется электромагнитным полем. Это объясняется единой природой магнитных и электрических явлений.

Нужно отметить, что физическая сторона процесса воздействия магнитного поля на человеческий организм пока не совсем ясна. Магнитное поле влияет и на растения. По результатам некоторых опытов получается, что всхожесть и рост семян зависят от того, как первоначально они были ориентированы относительно магнитного поля Земли. Изменение внешнего магнитного поля может или ускорять или угнетать развитие растений. Может быть, это явление будет как-то использоваться в практике сельского хозяйства.

Итак, вокруг нас магнитные поля, порожденные само́й природой и создаваемые источниками техногенного происхождения — от генераторов переменного тока и трансформаторов до СВЧ-печей и мобильных телефонов.

Напряженность магнитного поля Земли

Какова́ же напряженность магнитного поля Земли? Она не везде одинакова и варьирует от 0,24 Э (в Бразилии) до 0,68 Э (в Антарктиде). Считается, что в среднем напряженность геомагнитного поля равна 0,5 эрстеда. В местах, где встречаются большие залежи ферромагнитных материалов (железных руд), возникают магнитные аномалии. В России широко известна Курская магнитная аномалия, где напряженность поля равна 2 Э. Для сравнения: Напряженность магнитного поля Меркурия равна 1/500 Э, Луны — 10

-5 Э, а межзвёздной среды́ ещё меньше — 10-8 Э. Но напряженность магнитного поля солнечных пятен огромна и равна 103 Э. Ещё более сильные поля имеют звёзды типа "белый карлик" — до 107 Э. Самые сильные магнитные поля, зарегистрированные во Вселенной, создаются нейтронными звёздами и пульсарами. Напряженность магнитного поля этих космических объектов достигает 1012 эрстед! В лабораторных условиях удаётся достигнуть магнитной напряженности в сотни тысяч раз более слабой, да и то на время, измеряемое до́лями секунды. Специалисты предполагают, что если можно было бы в лабораторных условиях получить магнитные поля́, сравнимые по напряженности с теми, что действуют на нейтронных звездах, то с предметами, подвергшимися воздействию таких немыслимых полей, произошли бы удивительные превращения. Например, железо, плотность которого в нормальных условиях равна 7,87 г/см³, под действием таких полей превратилось бы в вещество с плотностью 2700 г/см³. Кубик с ребром 10 см из такого вещества весил бы 2,7 тонны, и для его перемещения потребовался бы мощный подъёмный кран.

В заключение темы геомагнетизма укажем, что единица напряженности магнитного поля эрстед используется в системе СГС (сантиметр, грамм, секунда), а в международной системе единиц (СИ) напряженность поля измеряется в амперах на метр (А/м). Слабые магнитные поля измеряются в гаммах: одна гамма равна одной стотысячной до́ле эрстеда.

Магнитное поле Земли онлайн – Наука – Коммерсантъ

Развитие наземных и космических систем глобального мониторинга, а также внедрение современной аппаратуры, обеспечивающей высокочастотную регистрацию геофизических параметров, привели к беспрецедентному росту объемов регистрируемых данных в науках о Земле. Эффективная передача, хранение и обработка геофизической информации требуют адекватных методов и алгоритмов. В Геофизическом центре РАН разработан аппаратно-программный комплекс, автоматизирующий сбор и обработку магнитограмм от российских обсерваторий.


Результаты оперативного анализа геомагнитной активности на примере данных обсерватории "Магадан" во время магнитной бури 20 декабря 2015 года. Момент внезапного начала магнитной бури отмечен черной стрелкой (предоставлено ГЦ РАН). График - исходная магнитограмма горизонтальной составляющей магнитного поля. На втором графике (ниже) показана оценка часовых амплитуд геомагнитных возмущений. Третий график характеризует меру аномальности поля, построенную на принципах нечеткой математики. На четвертом графике представлена почасовая оценка скорости изменения магнитного поля. На нижнем графике показаны результаты оперативного расчета K-индекса геомагнитной активности. На графиках перечисленных индикаторов геомагнитной активности красным цветом отмечены сильно аномальные значения, фиолетовым - аномальные значения, зеленым - слабо аномальные значения и синим - фоновые значения

Последние достижения в области и работы с "большими данными" позволяют решить проблему эффективной обработки значительных массивов геофизических измерений. Современные методы системного анализа и искусственного интеллекта позволяют реализовать автоматизированное многокритериальное распознавание экстремальных явлений различной природы. Комплексный анализ наземных и спутниковых данных позволяет оперативно и с высокой точностью моделировать элементы магнитного поля Земли, что крайне важно для решения многих фундаментальных и практических задач.

Геомагнитное поле, регистрируемое на поверхности Земли и в околоземном пространстве, можно разделить на внутреннее и внешнее. Источником внутреннего магнитного поля Земли являются процессы, протекающие в ее недрах (рис. 1а). Внутреннее поле меняется медленно - в течение десятков и сотен лет (вековые вариации). Внешнее же поле формируется сложной и крайне изменчивой пространственной структурой электрических токов в магнитосфере и ионосфере Земли, образующихся под воздействием Солнца (рис. 1б).

Геомагнитную активность формируют относительно короткопериодные вариации внешнего магнитного поля, обусловленные солнечной активностью. Эффект от магнитосферных и ионосферных токов наблюдается на

Источник магнитного поля Земли в жидком ядре (ось вращения вертикальна и центрирована) (предоставлено Scientific American)

Земле в виде отклонений параметров магнитного поля - на временных масштабах от секунд до десятков часов. Повышенный уровень геомагнитной активности и геомагнитные вариации экстремальной амплитуды могут представлять опасность для технологических систем (ЛЭП, трубопроводов, спутников и т. п.). Поэтому геомагнитный мониторинг в режиме реального времени весьма важен для обеспечения технологической безопасности. Продолжительные наблюдения за изменением внутреннего поля также важны для понимания причин его эволюции.

INTERMAGNET

Непрерывные измерения параметров геомагнитного поля выполняются на обсерваториях по всему миру. Современные магнитные обсерватории - это высокотехнологичные объекты, функционирующие продолжительное время и обеспечивающие высокоточную оперативную регистрацию магнитного поля, что позволяет определять как вековые, так и короткопериодические вариации. Наиболее развитой сетью магнитных наблюдений, предоставляющей данные высшего стандарта качества, является международная сеть ИНТЕРМАГНЕТ (INTERMAGNET - International Real-Time Magnetic Observatory Network). Она включает около 140 обсерваторий.

Визуализация результатов модельных расчетов магнитного поля Земли на сферическом экране

Фото: Геофизический центр (ГЦ) РАН

За последние годы значительные успехи были достигнуты в развитии наземных магнитных наблюдений в России. При поддержке ФГБУН "Геофизический центр РАН" (ГЦ РАН) - одной из ведущих научных организаций, выполняющих исследования в данной области, были проведены работы по модернизации обсерваторий для соответствия международным стандартам. Результатом явилось, в частности, официальное включение обсерватории "Санкт-Петербург" в сеть ИНТЕРМАГНЕТ в июне 2016 года. Также при участии ГЦ РАН в Архангельской области развернута новая обсерватория "Климовская". На рис. 2 представлена карта российской сети магнитных наблюдений. Данные от 13 обсерваторий, 9 из которых включены в ИНТЕРМАГНЕТ, передаются в аналитический Центр геомагнитных данных в ГЦ РАН.

Данные предварительные, окончательные и квазиокончательные


Оперативные магнитограммы, передаваемые обсерваториями сети ИНТЕРМАГНЕТ, имеют статус предварительных данных. Они могут содержать техногенные помехи и пропуски, однако доступны пользователям с минимальной задержкой. Магнитограммам, которые прошли сложную и трудоемкую процедуру коррекции и очистки от помех, присваивается статус окончательных данных. Подготовка окончательных данных для конкретной обсерватории за один год выполняется в основном вручную и может занимать до двух лет. Для ускорения подготовки очищенных данных несколько лет назад был представлен новый тип магнитограмм - квазиокончательные данные. По характеристикам они близки к окончательным, но на их подготовку требуется значительно меньше времени. Квазиокончательные данные формируются непосредственно на магнитных обсерваториях. Их подготовка выполняется специалистами также преимущественно вручную.

Российский АПК объединяет и автоматизирует

Разработанный в ГЦ РАН аппаратно-программный комплекс (АПК) автоматизирует и ускоряет процедуру оперативного сбора магнитограмм от российских обсерваторий и подготовки квазиокончательных и окончательных данных. Это становится возможным благодаря использованию современных алгоритмов, включающих элементы искусственного интеллекта. Большинство операций выполняется в квазиреальном времени, что дает возможность оперативной оценки магнитной активности, необходимой для формирования точных прогнозов. Разработанный АПК представляет собой первую систему, выполняющую подготовку квазиокончательных магнитограмм, а также распознавание и многокритериальную классификацию экстремальных геомагнитных явлений в автоматизированном режиме. Внедрение подобных интеллектуальных систем качественно выделяет российскую сеть обсерваторий по сравнению с мировым уровнем. Ведь на многих обсерваториях ИНТЕРМАГНЕТ и сейчас магнитограммы анализируются вручную, что приводит к существенной задержке (до двух лет) в подготовке окончательных данных.

Другим важным достоинством разработанного АПК является возможность объединения геомагнитных данных из разных источников. Наряду с наземными обсерваториями, глобальное покрытие магнитными измерениями обеспечивается низкоорбитальными спутниками. Текущая спутниковая группировка Swarm, выполняющая исследования магнитного поля Земли, была запущена в ноябре 2013 года с космодрома Плесецк при помощи российской ракеты-носителя "Рокот". Миссия Swarm состоит из трех идентичных аппаратов (рис. 3), разработанных Европейским космическим агентством. Основные цели миссии - измерение характеристик магнитного поля для исследования процессов в земном ядре, мантии, литосфере, океанах, ионосфере и магнитосфере.

Оборудование российских магнитных обсерваторий модернизируется для соответствия международным стандартам

Включение в разработанный АПК данных Swarm делает его инновационным инструментом для координированной обработки и совместного анализа наземных и спутниковых данных, тем самым существенно расширяя области его применения.

АПК является ядром аналитического Центра геомагнитных данных российского сегмента сети ИНТЕРМАГНЕТ. Комплекс базируется на последних достижениях в области мониторинга геофизических процессов и интеллектуального анализа данных. АПК построен по модульному принципу, обладает гибкостью и имеет большой потенциал для расширения функциональных возможностей. Технологические подходы, использованные при создании АПК, позволяют его легко тиражировать, превращая в стандартизированное решение.

Солнечный ветер и магнитосфера Земли (изображено не в масштабе) (предоставлено University of Waikato)

Основные функции АПК:

· автоматическая загрузка и систематизация исходных наземных и спутниковых магнитных измерений;

· автоматизированная фильтрация обсерваторских данных от искусственных помех и их верификация;

· распознавание, классификация и кодирование данных об экстремальных геомагнитных явлениях;

· модельные расчеты в режиме онлайн.

Схема функционирования АПК представлена на рис. 4.

Исходные и обработанные обсерваторские магнитограммы, данные от спутников, результаты анализа и модельных расчетов хранятся в единой реляционной базе данных под управлением СУБД. Это предоставляет большую гибкость при формировании запросов и обеспечивает удобный и гибкий интерактивный доступ ко всему массиву данных, хранящихся в базе. Такой подход реализован впервые и не имеет аналогов в зарубежных центрах.

Разработанная система обладает широкими возможностями визуализации геомагнитных данных, включая использование современного проекционного оборудования со сферическим экраном.

Концепция, заложенная в основу системы, соответствует современной парадигме развития информационных технологий в части обращения с "большими данными". АПК повышает скорость получения достоверных данных о магнитном поле Земли. Объединение информации, полученной из разных источников - наземных и спутниковых,- обеспечивает многообразие собираемых данных, а также увеличивает объем наших знаний о процессах, происходящих на планете. Функциональность АПК делает его исключительно востребованным инструментом для экспертов и представителей власти при оценке и снижении рисков, вызванных экстремальными геомагнитными явлениями.

АПК в 2014-2016 годах в рамках проекта "Разработка инновационной технологии и создание экспериментального образца аппаратно-программного комплекса для мониторинга экстремальных геомагнитных явлений с использованием наземных и спутниковых данных" (соглашение N14.607.21.0058) ФЦП Минобрнауки "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы".

Алексей Гвишиани, профессор, академик РАН, директор ФГБУН "Геофизический центр РАН"

Анатолий Александрович Соловьев, член-корреспондент РАН, заместитель директора ФГБУН "Геофизический центр РАН"


смена магнитных полюсов Земли чревата серьезными последствиями

Если бы подобное событие произошло сегодня, последствия были бы огромными для современного общества

Согласно новому исследованию, смена магнитных полюсов Земли наряду с временным нарушением магнитного поля около 42 тысяч лет назад могла спровоцировать целый ряд экологических изменений, солнечных бурь и исчезновения неандертальцев, сообщает CNN.

Магнитное поле Земли защищает нас, действуя как щит от солнечного ветра (потока заряженных частиц и излучения) от Солнца. Но геомагнитное поле нестабильно по силе и направлению, и оно может переворачиваться или разворачиваться.

Около 42 тысяч лет назад во время события, известного как экскурсия Лашампа, полюса менялись положением в течение примерно 800 лет, но ученые не были уверены, как именно это повлияло на мир.

Команда исследователей из Сиднейского университета Нового Южного Уэльса и Музея Южной Австралии сегодня утверждает, что переворот наряду с усилением солнечного ветра мог спровоцировать целый ряд драматических климатических изменений, ведущих к изменению окружающей среды и массовым вымираниям.

Исследователи обнаружили, что переворот полюсов привел к «выраженному изменению климата». «Фактически магнитное поле Земли почти исчезло, оно открыло планету для всех частиц высокой энергии из космоса. Это было невероятно страшное время, почти как конец света», — сказал профессор Крис Терни.

Исследователи говорят, что это событие может объяснить многие загадки эволюции Земли, включая исчезновение неандертальцев и внезапное повсеместное появление изобразительного искусства в пещерах, где прятались люди, по всему миру.

В статье, опубликованной в журнале Science, эксперты говорят, что в настоящее время наблюдается быстрое движение северного магнитного полюса через Северное полушарие, что может сигнализировать о том, что грядет еще один разворот.

«Если бы подобное событие произошло сегодня, последствия были бы огромными для современного общества».

Добавить BFM.ru в ваши источники новостей?

§2. Роль магнитного поля Земли

Стратосферный озон является не первым слоем, защищающим планету от солнечного излучения. Еще раньше на его пути встает магнитное поле Земли.

Плазма Солнца или «солнечный ветер», представляющий собой поток ядер атомов водорода, движется от него во всех направлениях со средней скоростью 350 км/с и оказывает сильнейшее воздействие на физико-химические процессы в околосолнечном пространстве, являясь губительным для всего живого. Единственной защитой для Земли является ее магнитное поле, более сильное, чем у других околосолнечных планет.

Напряженность магнитного поля такова, что примерно в 90 тыс. км от Земли в сторону Солнца (14 земных радиусов) оно уравновешивает давление солнечного ветра и его плазма начинает обтекать Землю по поверхности, напоминающей по форме головастика с хвостом, направленным в сторону, противоположную Солнцу, длиной 5 млн. км. Так появляется первая граничная поверхность между Космосом и Землей - так называемый магнитоотбойный слой.

Магнитное поле Земли непосредственно влияет и на организмы. Так, его силовые линии определяют направление роста гифов (грибниц) почвенных грибов, по ним ориентируются перелетные птицы. Существуют даже особого рода водные магнитобактерии, которые в период своей жизни движутся строго по линиям поля в направлении полюсов со скоростью

7 мкм/с.

Сейчас выясняется, что стабильности защитной системы магнитосферы от космических излучений угрожает сам человек. В чем это выражается:

  1. В крупных городах (а их число непрерывно растет) напряженность магнитного поля в тысячи раз превышает естественную.

  2. Глобальный характер приобретает перераспределение силовых линий магнитного поля как внутри Земли (вследствие многочисленных горных выработок), так и на ее поверхности (например, из-за воздействия линий высокого напряжения, общая протяженность которых оценивается в 40 млн. км.).

  3. Прямое воздействие на магнитосферу оказывают более 30 млн. радио- и телепередатчиков.

Последствия этих воздействий на магнитосферу Земли трудно предсказать.

§3. Функции живого вещества биосферы

Основными функциями живого вещества биосферы являются:

  • энергетическая функция. Она выполняется прежде всего растениями, которые в процессе фотосинтеза аккумулируют солнечную энергию в виде органических соединений. Энергия этих соединений в дальнейшем преобразуется в действенную химическую энергию биосферы и в значительной мере - всей земной коры.

По В.И.Вернадскому, живое вещество является носителем свободной энергии биосферы. Взаимодействие живого и косного вещества характеризуется прежде всего тем, что часть энергии косного вещества усваивается, ассимилируется живым веществом. Количество накопленной потенциальной энергии увеличивается и живое вещество становится, таким образом, регулятором действительной энергии биосферы;

  • деструктивная функция, которая состоит в разложении и минерализации мертвого органического вещества, химическом разложении горных пород, вовлечении образовавшихся минералов в биотический круговорот;

  • концентрационная функция, заключающаяся в избирательном накоплении при жизнедеятельности организмов атомов веществ, рассеянных в природе. Наиболее активными концентраторами многих элементов являются микроорганизмы;

  • средообразующая функция, состоящая в трансформации физико-химических параметров среды (атмо-, гидро- и литосферы) в условия, благоприятные для существования организмов. Она является результатом осуществления трех вышеназванных функций, в результате чего создается и поддерживается в равновесии баланс вещества и энергии в биосфере, обеспечивается стабильность условий существования организмов, в том числе и человека.

Вместе с тем живое вещество способно восстанавливать условия обитания, нарушенные в результате природного или антропогенного воздействия. Эту способность живого вещества к регенерации экологических условий выражает принцип Ле Шателье: изменение любых переменных в системе в ответ на внешние возмущения происходит в направлении компенсации производимых возмущений.

В результате выполнения средообразующей функции в географической оболочке Земли произошли следующие важнейшие изменения:

а) был преобразован газовый состав первичной атмосферы;

б) изменился химический состав вод первичного океана;

в) образовалась толща осадочных пород в литосфере;

г) на поверхности суши возник плодородный почвенный покров.

На Земле нет силы химического характера, более постоянно действующей, а потому и более могущественной по своим конечным последствиям, чем живые организмы, взятые в целом. Именно живое вещество обеспечивает непрерывный круговорот неорганической материи, определяя, в конечном счете, состав и характеристики газообразной, жидкой и твердой поверхностной оболочки планеты. Биогенное вещество, свойства природных вод, газовый состав атмосферы определяются деятельностью живущих на планете организмов.

Живое вещество связано с неживым веществом биогенной миграцией атомов. Эта биогенная миграция атомов стремится к максимальному проявлению: возникает «всюдность жизни». Вовлекая неорганическое вещество в жизненные циклы организмов, в биологический круговорот, жизнь способна со временем проникать в ранее недоступные ей области планеты и увеличивать свою геологическую активность.

В то же время все живые существа зависят от сохранения целостности биосферы. Если слишком сильно изменить какую-либо из составляющих, биосфера может полностью разрушиться. Биогенное, косное и биокосное вещества могут и сохраниться, но в их взаимоотношениях уже не будет участвовать живое вещество.

Магнитное поле Земли онлайн

Алексей Гвишиани, профессор, академик РАН, директор Геофизического центра РАН
Анатолий Соловьев, член-корреспондент РАН, заместитель директора Геофизического центра РАН
«Коммерсантъ Наука» №2, ноябрь 2016

Развитие наземных и космических систем глобального мониторинга, а также внедрение современной аппаратуры, обеспечивающей высокочастотную регистрацию геофизических параметров, привели к беспрецедентному росту объемов регистрируемых данных в науках о Земле. Эффективная передача, хранение и обработка геофизической информации требуют адекватных методов и алгоритмов. В Геофизическом центре РАН разработан аппаратно-программный комплекс, автоматизирующий сбор и обработку магнитограмм от российских обсерваторий.

Последние достижения в области и работы с «большими данными» позволяют решить проблему эффективной обработки значительных массивов геофизических измерений. Современные методы системного анализа и искусственного интеллекта позволяют реализовать автоматизированное многокритериальное распознавание экстремальных явлений различной природы. Комплексный анализ наземных и спутниковых данных позволяет оперативно и с высокой точностью моделировать элементы магнитного поля Земли, что крайне важно для решения многих фундаментальных и практических задач.

Геомагнитное поле, регистрируемое на поверхности Земли и в околоземном пространстве, можно разделить на внутреннее и внешнее. Источником внутреннего магнитного поля Земли являются процессы, протекающие в ее недрах (рис. 1а). Внутреннее поле меняется медленно — в течение десятков и сотен лет (вековые вариации). Внешнее же поле формируется сложной и крайне изменчивой пространственной структурой электрических токов в магнитосфере и ионосфере Земли, образующихся под воздействием Солнца (рис. 1б).

Геомагнитную активность формируют относительно короткопериодные вариации внешнего магнитного поля, обусловленные солнечной активностью. Эффект от магнитосферных и ионосферных токов наблюдается на Земле в виде отклонений параметров магнитного поля — на временных масштабах от секунд до десятков часов. Повышенный уровень геомагнитной активности и геомагнитные вариации экстремальной амплитуды могут представлять опасность для технологических систем (ЛЭП, трубопроводов, спутников и т. п.). Поэтому геомагнитный мониторинг в режиме реального времени весьма важен для обеспечения технологической безопасности. Продолжительные наблюдения за изменением внутреннего поля также важны для понимания причин его эволюции.

INTERMAGNET

Непрерывные измерения параметров геомагнитного поля выполняются на обсерваториях по всему миру. Современные магнитные обсерватории — это высокотехнологичные объекты, функционирующие продолжительное время и обеспечивающие высокоточную оперативную регистрацию магнитного поля, что позволяет определять как вековые, так и короткопериодические вариации. Наиболее развитой сетью магнитных наблюдений, предоставляющей данные высшего стандарта качества, является международная сеть ИНТЕРМАГНЕТ (INTERMAGNET — International Real-Time Magnetic Observatory Network). Она включает около 140 обсерваторий.

За последние годы значительные успехи были достигнуты в развитии наземных магнитных наблюдений в России. При поддержке ФГБУН «Геофизический центр РАН» (ГЦ РАН) — одной из ведущих научных организаций, выполняющих исследования в данной области, были проведены работы по модернизации обсерваторий для соответствия международным стандартам. Результатом явилось, в частности, официальное включение обсерватории «Санкт-Петербург» в сеть ИНТЕРМАГНЕТ в июне 2016 года. Также при участии ГЦ РАН в Архангельской области развернута новая обсерватория «Климовская». На рис. 2 представлена карта российской сети магнитных наблюдений. Данные от 13 обсерваторий, 9 из которых включены в ИНТЕРМАГНЕТ, передаются в аналитический Центр геомагнитных данных в ГЦ РАН.

Данные предварительные, окончательные и квазиокончательные

Оперативные магнитограммы, передаваемые обсерваториями сети ИНТЕРМАГНЕТ, имеют статус предварительных данных. Они могут содержать техногенные помехи и пропуски, однако доступны пользователям с минимальной задержкой. Магнитограммам, которые прошли сложную и трудоемкую процедуру коррекции и очистки от помех, присваивается статус окончательных данных. Подготовка окончательных данных для конкретной обсерватории за один год выполняется в основном вручную и может занимать до двух лет. Для ускорения подготовки очищенных данных несколько лет назад был представлен новый тип магнитограмм — квазиокончательные данные. По характеристикам они близки к окончательным, но на их подготовку требуется значительно меньше времени. Квазиокончательные данные формируются непосредственно на магнитных обсерваториях. Их подготовка выполняется специалистами также преимущественно вручную.

Российский АПК объединяет и автоматизирует

Разработанный в ГЦ РАН аппаратно-программный комплекс (АПК) автоматизирует и ускоряет процедуру оперативного сбора магнитограмм от российских обсерваторий и подготовки квазиокончательных и окончательных данных. Это становится возможным благодаря использованию современных алгоритмов, включающих элементы искусственного интеллекта. Большинство операций выполняется в квазиреальном времени, что дает возможность оперативной оценки магнитной активности, необходимой для формирования точных прогнозов. Разработанный АПК представляет собой первую систему, выполняющую подготовку квазиокончательных магнитограмм, а также распознавание и многокритериальную классификацию экстремальных геомагнитных явлений в автоматизированном режиме. Внедрение подобных интеллектуальных систем качественно выделяет российскую сеть обсерваторий по сравнению с мировым уровнем. Ведь на многих обсерваториях ИНТЕРМАГНЕТ и сейчас магнитограммы анализируются вручную, что приводит к существенной задержке (до двух лет) в подготовке окончательных данных.

Другим важным достоинством разработанного АПК является возможность объединения геомагнитных данных из разных источников. Наряду с наземными обсерваториями, глобальное покрытие магнитными измерениями обеспечивается низкоорбитальными спутниками. Текущая спутниковая группировка Swarm, выполняющая исследования магнитного поля Земли, была запущена в ноябре 2013 года с космодрома Плесецк при помощи российской ракеты-носителя «Рокот». Миссия Swarm состоит из трех идентичных аппаратов (рис. 3), разработанных Европейским космическим агентством. Основные цели миссии — измерение характеристик магнитного поля для исследования процессов в земном ядре, мантии, литосфере, океанах, ионосфере и магнитосфере.

Включение в разработанный АПК данных Swarm делает его инновационным инструментом для координированной обработки и совместного анализа наземных и спутниковых данных, тем самым существенно расширяя области его применения.

АПК является ядром аналитического Центра геомагнитных данных российского сегмента сети ИНТЕРМАГНЕТ. Комплекс базируется на последних достижениях в области мониторинга геофизических процессов и интеллектуального анализа данных. АПК построен по модульному принципу, обладает гибкостью и имеет большой потенциал для расширения функциональных возможностей. Технологические подходы, использованные при создании АПК, позволяют его легко тиражировать, превращая в стандартизированное решение.

Основные функции АПК:

  • автоматическая загрузка и систематизация исходных наземных и спутниковых магнитных измерений;
  • автоматизированная фильтрация обсерваторских данных от искусственных помех и их верификация;
  • распознавание, классификация и кодирование данных об экстремальных геомагнитных явлениях;
  • модельные расчеты в режиме онлайн.

Схема функционирования АПК представлена на рис. 4.

Исходные и обработанные обсерваторские магнитограммы, данные от спутников, результаты анализа и модельных расчетов хранятся в единой реляционной базе данных под управлением СУБД. Это предоставляет большую гибкость при формировании запросов и обеспечивает удобный и гибкий интерактивный доступ ко всему массиву данных, хранящихся в базе. Такой подход реализован впервые и не имеет аналогов в зарубежных центрах.

Разработанная система обладает широкими возможностями визуализации геомагнитных данных, включая использование современного проекционного оборудования со сферическим экраном.

Концепция, заложенная в основу системы, соответствует современной парадигме развития информационных технологий в части обращения с «большими данными». АПК повышает скорость получения достоверных данных о магнитном поле Земли. Объединение информации, полученной из разных источников — наземных и спутниковых, — обеспечивает многообразие собираемых данных, а также увеличивает объем наших знаний о процессах, происходящих на планете. Функциональность АПК делает его исключительно востребованным инструментом для экспертов и представителей власти при оценке и снижении рисков, вызванных экстремальными геомагнитными явлениями.

АПК в 2014–2016 годах в рамках проекта «Разработка инновационной технологии и создание экспериментального образца аппаратно-программного комплекса для мониторинга экстремальных геомагнитных явлений с использованием наземных и спутниковых данных» (соглашение № 14.607.21.0058) ФЦП Минобрнауки «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014–2020 годы».

Почему необходимо наблюдать за магнитным полем Земли? – академик РАН А. Гвишиани

Академик РАН Алексей Гвишиани рассказал о планируемом создании геофизической обсерватории на севере Сахалина

В переводе с маньчжурского название острова Сахалин означает «Черная река», а японцы называют его Карафуто - «Земля бога устья». Богатый уникальной флорой и фауной остров Сахалин еще и один из ключевых нефтегазоносных регионов России. Интенсивная добыча сахалинского черного золота в прошлом столетии пока не исчерпала все его запасы на суше. Огромным нефтегазовым потенциалом обладает и континентальный шельф. Ведущие российские ученые из разных научных областей уже много лет пытаются объединить усилия, чтобы понять как еще можно улучшить качество жизни сахалинцев и жителей Курильских островов? Что научное сообщество может сделать для развития острова?

30 сентября по 1 октября 2020 года состоялась выездная сессия Российской академии наук на площадке Сахалинского государственного университета (СахГУ). На остров приехал 21 член РАН, представляющие центральное, Сибирское и Дальневосточное отделения РАН. Делегацию РАН возглавил президент Академии академик А.М. Сергеев. В ее состав вошли четыре вице-президента РАН академики А.В. Адрианов, В.Г. Бондур, В.Н. Пармон и  В.И. Сергиенко.

Один из важнейших вопросов, который обсуждался в ходе сессии – создание полномасштабной магнитной обсерватории на севере Сахалина.

В интервью «Научной России» академик РАН, председатель Научного совета РАН по изучению Арктики и Антарктики Алексей Джерменович Гвишиани рассказал о планах научного сообщества относительно островного региона, а также затронул важную тему: почему необходимо наблюдать за магнитным полем Земли.

Алексей Джерменович, какие у вас на сегодня основные научные функции?

Я являюсь научным руководителем Геофизического центра РАН, председателем Научного совета РАН по изучению Арктики и Антарктики, вице-председателем комитета по системному анализу РАН, координирующего российскую деятельность в Международном институте прикладного системного анализа (IIASA), председателем Национального геофизического комитета и национального комитета CODATA РАН. Как ученый сегодня я занимаюсь наукой о данных, в частности, большими данными и данными, которые называются FAIR DATА. .

Мои последние работы в основном посвящены математике данных в геофизике, геоинформатике и системному анализу.

Во время выездной сессии РАН на площадке Сахалинского государственного университета вы рассказывали о глобальной системе геомагнитных наблюдений и магнитометрической системе обсерваторий Российской Федерации. Как ваши исследования могут помочь развитию Сахалинской области?

Сейчас Геофизический центр РАН совместно с Сахалинским государственным университетом (СахГУ) обсуждает возможность создания магнитной обсерватории на территории острова. Не стоит забывать, что также в этом регионе у нас есть старейшее учреждение академической науки на Дальнем Востоке и первое на Сахалине - Институт морской геологии и геофизики ДВО РАН. В этом учреждении работают профессиональные ученые, которые ведут фундаментальные и прикладные научные исследования геологического строения, геодинамики дна Тихого океана и его окраинных морей, закономерностей размещения месторождений углеводородов и других полезных ископаемых.
Вместе мы могли бы начать активную наблюдательно-регистрационную деятельность на Сахалине, - этого на острове явно не хватает -, а позже создать полномасштабную геофизическую обсерваторию на севере Сахалина. В первую очередь, в регионе нужно запустить магнитную обсерваторию. На сессии я рассказывал о том, как мониторинг магнитного поля может помочь извлекать больше нефти и газа из скважин, которые есть в Охинском районе Сахалина.
Далее эта обсерватория могла бы развиваться в сторону GPS, ГЛОНАСС-мониторинга и целого ряда других направлений.

Из презентации А.Д. Гвишиани

Как скоро это может произойти?

Мы представили свои идеи нашим коллегам и представителям власти Сахалина. Эта тема обсуждалась на совещании нашей делегацией Академии наук и руководства Сахалина. В данный момент мы ждем поддержки от губернатора острова, и, наверное, если идея всем понравится, то нами будут разрабатываться практические решения этой задачи.

Почему важно наблюдать за магнитным полем Земли?

Это важно по целому ряду причин. Магнитное поле Земли делится на внутреннее и внешнее. Внутреннее – практически не изменяется, оно постоянное и генерируется внешним жидким ядром Земли, где происходят процессы магнитного динамо. А вот внешнее поле, напротив, генерируется магнитосферой. Таким образом, у внешнего поля Земли есть функция, определенная происходящим на Солнце при солнечных вспышках и постоянном испускании светилом протуберанцев.

Протуберанцы постоянно бомбардируют магнитосферу Земли. При прохождении этими частицами границы магнитосферы возникают электрические токи, которые создают дополнительное магнитное поле.

Вот это вторичное магнитное поле приходит на Землю и усиливает магнитную активность. Оно может принести с собой много неприятностей. Например, при добыче таких ископаемых, как нефть и газ, это поле может исказить показания магнитометра находящегося в головке бура. Поэтому запланированная операция бурения может пойти не тем путем – ствол шахты может идти немного или сильно в другую сторону из-за этого дополнительного поля.

Поэтому надо нивелировать такие процессы, а, чтобы это сделать, нужно на севере Сахалина создать магнитную обсерваторию.

Проблемы могут возникнуть из-за того, что при сильной магнитной активности случается потеря радиосвязи, навигационные системы дают искажения или не работают вообще, происходят магнитные атаки на трансформаторы электростанций.

В 1978 году в Канаде в провинции Квебек почти на сутки полностью пропало электричество. Жизнь остановилась из-за атаки магнитной бури. Кроме того, магнитные бури могут отрицательно влиять на здоровье и состояние человека.

Почему эта проблема именно сейчас актуальна для Сахалина?

Она всегда была актуальна, но сейчас Сахалин – один из ключевых нефтегазоносных регионов России. Эта отрасль является прочной основой развития островной экономики, во многом определяет результаты проводимых преобразований, обеспечивает основу для выполнения социальных программ, повышения качества жизни сахалинцев и жителей Курильских островов. И главной задачей становится – вынуть в нужный момент из скважины как можно больше ресурсов.

Это колоссальная разница, ведь за те же деньги можно будет добывать намного больше продуктов.

Сахалинскому региону для решения этих задач хватит того научного потенциала, который сконцентрирован на острове? Или потребуется помощь научного сообщества страны?

У нас в стране функционирует целая сеть таких полномасштабных обсерваторий. Геофизический центр РАН остается главным ядром всей этой системы – у нас есть центр изучения данных, мы собираем их воедино в режиме реального времени, также наши лаборатории курируют создание и расширение российского сегмента мировой сети ИНТЕРМАГНЕТ.

Из презентации А.Д. Гвишиани

Я думаю, что знания и навыки специалистов, которые регулярно решают подобные задачи, были бы весьма эффективны на Сахалине, ведь в этом регионе нет опыта развертывания таких обсерваторий.  

Ближайшая к Сахалину обсерватория находится в Хабаровске. Участие и наставничество людей из этой системы – очень важное звено в построении такого долгосрочного проекта в Сахалинской области.

Наши ученые смогут справиться с такой непростой задачей без привлечения иностранных специалистов и зарубежных технологий?

Для развертывания магнитной обсерватории понадобится некоторое иностранное оборудование. В ней должно находиться четыре прибора, два из которых – российского производства. У нас в стране налажено качественное производство таких магнитометров, а остальные два вида, видимо, придется закупить у иностранных коллег.

Идея, которая обсуждалась в первый день выездной сессии в Сахалинском государственном университете, заключается в следующем – РАН поставит и отрегулирует на Сахалине все необходимое оборудование, а местные власти создадут немагнитные домики и инфраструктуру этой обсерватории. Это тоже очень тонкий вопрос, ведь построить немагнитный домик – сложная задача. В нем не должно быть никакого железа потому, что железо автоматически создает свое магнитное поле, которое будет интерферировать с происходящим.

Ученые Академии будут прорабатывать все эти вопросы для того, чтобы Сахалинская область продолжала свое успешное развитие.

Подробнее - в презентации академика РАН А. Гвишиани.

Название видео

 

Магнитное поле Земли

Магнитное поле Земли
Магнитное поле Земли


У Земли есть сильное магнитное поле, что является историческим фактом. важность из-за роли магнитного компаса в исследовании планета.

Структура поля

Линии поля , определяющие структуру магнитного поля аналогичны таковым у простого стержневого магнита, как показано на следующем фигура.
Магнитное поле Земли и радиационные пояса Ван Аллена

Хорошо известно, что ось магнитного поля наклонена относительно ось вращения Земли. Таким образом, истинный север (определяемый направлением на северный полюс вращения) не совпадает с магнитный север (определяется направлением на северный магнитный полюс) и направления компаса должны корректироваться на фиксированную величину на заданные точки на поверхности Земли для определения истинного направления.

Радиационные пояса Ван Аллена

Фундаментальный свойство магнитных полей заключается в том, что они действуют на движущиеся электрические обвинения. Таким образом, магнитное поле может улавливать заряженные частицы такие как электроны и протоны, поскольку они вынуждены выполнять спиралевидное движение вперед и назад вдоль линий поля.

Как показано на рисунке рядом, заряженный частицы отражаются в «точках зеркала», где силовые линии сближаются вместе, и спирали затягиваются. Один из первых плодов раннего космоса исследование было открытием в конце 1950-х годов, что Земля окружена две области с особенно высокой концентрацией заряженных частиц, называемые Радиационные пояса Ван Аллена .

Внутренний и внешний ремни Ван Аллена имеют показано на верхнем рисунке. Первичный источник этих заряженных частицы это поток частиц исходящий от Солнца, который мы называем Солнечный ветер . Как мы увидим в следующем разделе, заряженные частицы, захваченные в ловушку Земли магнитное поле несут ответственность за Аврора (Северное и южное сияние).

Происхождение магнитного поля

Магнитные поля создаются движением электрических зарядов.Например, магнитное поле стержневого магнита возникает в результате движения отрицательно заряженные электроны в магните. Происхождение магнитного поля Земли не полностью изучен, но считается, что он связан с электрическими токи создается за счет сочетания конвективных эффектов и вращения во вращающейся жидкости металлический внешний сердечник из железа и никеля. Этот механизм называется динамо-эффект .

Породы, образовавшиеся из расплавленного состояния, содержат индикаторы магнитного поле в момент их застывания.Изучение таких «магнитных» окаменелости »означает, что магнитное поле Земли меняет свое направление на противоположное каждый миллионов лет или около того (северный и южный магнитные полюса меняются местами). Это но одна деталь магнитного поля, которая не совсем понятна.

Магнитосфера Земли

Упомянутый выше солнечный ветер представляет собой поток ионизированных газов, который дует наружу. от Солнца со скоростью около 400 км / сек, и интенсивность этого сигнала меняется в зависимости от количество поверхностной активности на Солнце. Магнитное поле Земли экранирует его. от большей части солнечного ветра.Когда солнечный ветер встречает магнитное поле Земли. поле оно отклоняется, как вода, вокруг носовой части корабля, как показано на соседнем изображение (Источник).

Воображаемый поверхность, на которой в первую очередь отклоняется солнечный ветер, называется носовой амортизатор . Соответствующая область пространства за носом толчок и окружающий Землю называется магнитосфера ; Это представляет собой область космоса, в которой доминирует магнитное поле Земли в ощущение, что это в значительной степени препятствует проникновению солнечного ветра.Однако некоторые высокая энергия заряженные частицы солнечного ветра проникают в магнитосферу и являются источник заряженных частиц, захваченных в поясах Ван Аллена.

Что создает магнитное поле Земли?

Путешествие, чтобы увидеть северное или южное сияние, вошло в список желаний почти каждого. Но неизвестно большинству, эти прекрасные проявления света вызваны опасными космическими лучами, которые были отклонены магнитным полем нашей Земли.

Магнитные поля вокруг планет ведут себя так же, как стержневой магнит. Но при высоких температурах металлы теряют свои магнитные свойства. Итак, ясно, что горячее железное ядро ​​Земли не является тем, что создает магнитное поле вокруг нашей планеты.

Напротив, магнитное поле Земли вызвано динамо-эффектом.

Эффект работает так же, как динамо-светильник на велосипеде. Магниты в динамо-машине начинают вращаться при нажатии на педали велосипеда, создавая электрический ток.Затем электричество используется для включения света.

Этот процесс также работает в обратном порядке. Если у вас есть вращающийся электрический ток, он создаст магнитное поле.

На Земле течение жидкого металла во внешнем ядре планеты генерирует электрические токи. Вращение Земли вокруг своей оси заставляет эти электрические токи образовывать магнитное поле, которое распространяется вокруг планеты.

Магнитное поле чрезвычайно важно для поддержания жизни на Земле. Без этого мы были бы подвержены воздействию большого количества солнечной радиации, и наша атмосфера могла бы свободно просачиваться в космос.

Это, вероятно, то, что случилось с атмосферой на Марсе. Поскольку в ядре Марса нет текущего жидкого металла, он не производит такого же динамо-эффекта. Это оставило планету с очень слабым магнитным полем, из-за чего ее атмосфера была унесена солнечными ветрами, что сделало ее непригодной для жизни.

Магнитное поле Земли, подобное магнитному полю стержневого магнита, наклоненного на 11 градусов от оси вращения Земли. Предоставлено: Dea / D’Arco Editor / Getty Images

.

Королевский институт Австралии имеет образовательный ресурс, основанный на этой статье. Вы можете получить к нему доступ здесь.

Вишну Варма Р. Веджаян

Вишну Варма Р. Веджаян - студент-физик из Лондонского университета королевы Марии, интересующийся научными работами и исследованиями в области физики. Стажировался в Cosmos в начале 2017 года.

Читайте научные факты, а не беллетристику ...

Никогда не было более важного времени для объяснения фактов, сохранения знаний, основанных на фактах, и для демонстрации последних научных, технологических и инженерных достижений. "Космос" издается Королевским институтом Австралии, благотворительной организацией, призванной связывать людей с миром науки. Финансовые взносы, какими бы большими они ни были, помогают нам предоставлять доступ к достоверной научной информации в то время, когда она больше всего нужна миру. Пожалуйста, поддержите нас, сделав пожертвование или купив подписку сегодня.

Магнитное поле Земли | INSTITUT DE PHYSIQUE DU GLOBE DE PARIS

Магнитное поле окружает Землю, но также присутствует внутри планеты. В более крупном масштабе множество различных явлений, как естественных, так и искусственных, объединяются, образуя так называемое полное магнитное поле: физическую величину в постоянном состоянии изменения, зависящую от изменений, которым подвергаются его порождающие источники. Магнитное поле Земли также является защитным экраном, который защищает от частиц высокой энергии, прибывающих из космоса.На него сильно влияет солнечная активность, которая генерирует колебания поля, которые потенциально могут помешать правильной работе технологий связи и позиционирования. Его изучение позволяет нам получить представление о структуре и внутренней активности Земли, а также о явлениях, присутствующих в верхних слоях атмосферы и в космосе.

• ГЕОДИНАМО
Магнитное поле Земли создается в первую очередь внутри Земли за счет эффекта динамо. Это динамо-машина приводится в движение конвекционными токами во внешнем ядре Земли, которое на 90% состоит из жидкого железа.Движение динамо-машины вызывается постепенным охлаждением внешнего ядра и ростом внутреннего ядра - внутреннее ядро ​​представляет собой твердую металлическую массу в центре Земли.
В результате получается диполярное магнитное поле. Его наклон отличается от оси вращения Земли примерно на 10 °.

• ЛИТОСФЕРА
Небольшая часть магнитного поля Земли создается намагниченными породами в земной коре. Кроме того, анализ намагниченности горных пород на дне океана выявил существование геомагнитных инверсий, которые происходят примерно раз в миллион лет.

• ИОНОСФЕРА
Рентгеновское и УФ-излучение поглощается высшими слоями атмосферы, где электрон-ионные пары образуются на стороне Земли, освещенной Солнцем. Эти свободные частицы производят электрические токи на высоте около 100 км (62 мили) и ответственны за ежедневные изменения магнитного поля.

• МАГНИТОСФЕРА
Самая удаленная часть магнитного поля Земли подвергается воздействию солнечного ветра - потока положительно заряженных частиц, непрерывно испускаемых Солнцем.Электрические токи из-за взаимодействия между солнечным ветром и магнитосферой также могут создавать вариации магнитного поля, видимые с земли.

• ДВИЖЕНИЕ МАГНИТНЫХ ПОЛЮСОВ
Северный и Южный магнитные полюса можно определить как точки на поверхности Земли, где магнитное поле абсолютно вертикально. Эти полюса, однако, не полностью противоположны. Северный магнитный полюс расположен к северу от Канады, а Южный магнитный полюс - у побережья французской станции Дюмон д'Юрвиль в Антарктиде.Изменение магнитного поля Земли в течение очень длительного времени приводит к медленному дрейфу магнитных полюсов. Фактически, Северный магнитный полюс в настоящее время движется в сторону Сибири со скоростью 55 км (34 миль) в год.

• ЗАЩИТНЫЙ ЩИТ ДЛЯ ЖИЗНИ НА ЗЕМЛЕ
Магнитосфера, создаваемая магнитным полем Земли, сыграла решающую роль в развитии жизни на Земле, поскольку она отклоняет высокоэнергетические частицы, переносимые солнечным ветром и космическими лучами.Это позволяло поддерживать атмосферу Земли в течение долгого времени, в отличие от того, что происходило на Марсе, где в отсутствие сильного магнитного поля солнечный ветер унес большую часть атмосферы планеты. И наоборот, защита, обеспечиваемая магнитосферой Земли, уменьшила поток высокоэнергетических излучений, которые могут достигать земли, поддерживая жизнь на Земле.

• КОСМИЧЕСКАЯ ПОГОДА
Солнце чередует спокойные периоды и периоды высокой солнечной активности. В периоды высокой активности могут возникать солнечные вспышки, вызывающие внезапное повышение скорости солнечного ветра и интенсивности производства рентгеновских лучей и ультрафиолетового излучения Солнца.В зависимости от ориентации магнитного поля, переносимого солнечным ветром, эти явления могут вызвать магнитную бурю на Земле, то есть быстрые и относительно сильные изменения околоземного магнитного поля. Более того, заряженные частицы могут проникать в ионосферу через полярные шапки, естественным образом образованные магнитным полем, вызывая два впечатляющих явления - северное сияние и австралийское сияние.

Эти природные явления могут серьезно повлиять на человеческие технологические системы, вызывая:
• повреждение спутников
• нарушение систем связи, таких как спутники и подводные кабели связи
• ухудшение или прерывание услуг геолокации с использованием спутников, таких как GPS или Galileo
• повышенное облучение пассажиров самолетов и космонавтов
• генерация наведенных электрических токов в нефтепроводах, ускоряющая процесс эрозии
• генерация паразитных токов в электрических сетях, которые могут вызвать перебои в подаче электроэнергии в больших регионах земного шара.

2019-07-02

Магнитное поле Земли обеспечивает жизненно важную защиту

Наука и исследования

03.08.2012 58150 просмотры 105 классов

Случайное выравнивание планет во время проходящего порыва солнечного ветра позволило ученым сравнить защитное действие магнитного поля Земли с защитным действием голой атмосферы Марса. Результат очевиден: магнитное поле Земли жизненно важно для сохранения атмосферы на месте.

Выравнивание состоялось 6 января 2008 года. Используя миссии ESA Cluster и Mars Express для получения данных с Земли и Марса соответственно, ученые сравнили потерю кислорода из атмосфер двух планет, когда на них попал один и тот же поток солнечного ветра. Это позволило напрямую оценить эффективность магнитного поля Земли в защите нашей атмосферы.

Они обнаружили, что, хотя давление солнечного ветра увеличивалось на каждой планете на одинаковую величину, увеличение скорости потери марсианского кислорода было в десять раз больше, чем у Земли.

Такая разница будет иметь драматические последствия в течение миллиардов лет, приводя к большим потерям марсианской атмосферы, возможно, объясняя или, по крайней мере, способствуя ее нынешнему неустойчивому состоянию.

Впечатление художника от магнитосферы Марса

Результат доказывает эффективность магнитного поля Земли в отклонении солнечного ветра и защите нашей атмосферы.

«Эффект экранирования магнитного поля легко понять и доказать с помощью компьютерного моделирования, поэтому он стал объяснением по умолчанию», - говорит Йонг Вей из Института Макса Планка, Германия, который руководил исследованием.

Теперь, выполнив измерения во время выравнивания планет, когда на две планеты ударяла точно такая же часть солнечного ветра, команда доказала это на самом деле.

Теперь они надеются расширить свою работу, включив данные с космического корабля ЕКА Venus Express, который также оснащен датчиком, который может измерять потерю атмосферы.

Венера даст новый важный взгляд на эту проблему, потому что, как и Марс, у нее нет глобального магнитного поля, но она похожа по размеру на Землю и имеет гораздо более толстую атмосферу.

Таким образом, он предоставит уникальные данные, которые помогут сопоставить результаты с Землей и Марсом.

Впечатление художника о взаимодействии Венеры, Земли и Марса с солнечным ветром.

Есть ряд предстоящих выравниваний планет, которые предоставят хорошие возможности для таких исследований.

«В течение следующих нескольких месяцев будет хорошее выравнивание между Солнцем, Землей, Венерой и Марсом, и наблюдения, сделанные многими космическими аппаратами, включая Mars Express, Venus Express и солнечную обсерваторию НАСА STEREO, будут проанализированы вместе», - говорит Оливье. Витассе, научный сотрудник проекта ESA Mars Express.

Кластер также продолжит играть важную роль в этих исследованиях. Это единственная миссия в околоземном космическом пространстве, способная проводить такие измерения.

Кроме того, ученые стремятся наблюдать, как увеличение солнечной активности, связанное с текущим солнечным циклом, может повлиять на потерю атмосферных частиц со всех трех планет.

«Европейское семейство миссий Солнечной системы с их уникальными возможностями наблюдения будет играть жизненно важную роль в изучении этого поведения во время приближения к максимуму солнечной активности», - говорит Мэтт Тейлор, научный сотрудник кластерного проекта ЕКА.

Контакт для получения дополнительной информации

Нравиться

Спасибо за лайк

Эта страница вам уже понравилась, понравиться можно только один раз!

Что, если магнитное поле Земли исчезнет?

Магнитное поле планеты простирается от Земли, как невидимые спагетти.Созданное в результате взбалтывания ядра Земли, это поле важно для повседневной жизни: оно защищает планету от солнечных частиц, обеспечивает основу для навигации и, возможно, сыграло важную роль в эволюции жизни на Земле.

Но что было бы, если бы магнитное поле Земли исчезло завтра? Большее количество заряженных солнечных частиц будет бомбардировать планету, поставив под угрозу электросети и спутники и увеличив воздействие на человека более высоких уровней вызывающего рак ультрафиолетового излучения.Другими словами, отсутствие магнитного поля будет иметь последствия, которые будут проблематичными, но не обязательно апокалиптическими, по крайней мере, в краткосрочной перспективе.

И это хорошие новости, потому что на протяжении более века он ослабевает. Даже сейчас есть особо непрочные пятна, такие как Южно-Атлантическая аномалия в Южном полушарии, которые создают технические проблемы для низкоорбитальных спутников.

Связано: Что произойдет с Землей, когда Солнце умрет?

Первое, что нужно понять о магнитном поле, это то, что даже если оно ослабеет, оно не исчезнет - по крайней мере, в течение миллиардов лет.Земля обязана своим магнитным полем своему расплавленному внешнему ядру, которое состоит в основном из железа и никеля. По словам Джона Тардуно, геофизика из Университета Рочестера, внешнее ядро ​​взбалтывается за счет конвекции тепла, выделяемого при росте и затвердевании внутреннего ядра. (Внутреннее ядро ​​увеличивается примерно на миллиметр в год.)

Этот двигатель магнитного поля, известный как динамо-машина, работал миллиарды лет. Ученые полагают, что нынешнее устройство ядра могло установиться примерно в 1.5 миллиардов лет назад, согласно исследованию по 2015 год, обнаружило скачок в напряженности магнитного поля примерно тогда. Но Тардуно и его команда нашли доказательства наличия магнитного поля на Земле в самых старых минералах планеты, цирконах, возраст которых составляет 4,2 миллиарда лет, что позволяет предположить, что активность в ядре создавала магнетизм в течение очень долгого времени.

Непонятно, почему была запущена динамо-машина, сказал Тардуно Live Science, хотя вполне возможно, что огромное планетарное воздействие, создавшее Луну, могло быть ключевым фактором.Это столкновение, которое произошло, вероятно, через 100 миллионов лет после того, как Земля собралась в , могло встряхнуть любое расслоение или расслоение материалов в ядре Земли: представьте себе встряхивание бутылки с маслом и водой в планетарном масштабе. Это нарушение могло способствовать конвекции, которая до сих пор движет динамо-машиной Земли.

В конце концов, внутреннее ядро, вероятно, вырастет настолько, что конвекция во внешнем ядре перестанет работать, и магнитное поле исчезнет.Но этот сценарий так далек, что не стоит терять много сна.

«Мы говорим о миллиардах лет», - сказал Тардуно.

Ослабление магнитного поля

Для жизни людей гораздо важнее то, что магнитное поле ослабевает. Ученые измеряли это ослабление напрямую с помощью магнитных обсерваторий и спутников в течение последних 160 лет. Было ли поле нестабильным раньше, это немного неясно, как и то, что оно будет делать дальше. По словам Тардуно, магнитное поле в настоящее время составляет около 80% дипольного.Это означает, что он действует в основном как стержневой магнит. Если бы вы могли положить вокруг планеты железные опилки (и убрать влияние солнца, которое извергает постоянный поток заряженных частиц, называемый , солнечный ветер в сторону Земли, разнося магнитное поле вокруг, как длинные волосы на ветру), в результате получится силовые линии магнитного поля будут четко обозначать север и юг. Но 20% поля недиполярное, а это значит, что все сложнее; есть локальные вариации.

Связано: 5 способов, которыми мир радикально изменится в этом веке

В прошлом магнитное поле перевернулось на , поменяв местами север и юг.Последний из этих переворотов произошел 780 000 лет назад, примерно в эпоху года Homo erectus . Этим флипам обычно предшествует ослабление поля, вызывая вопросы о том, неизбежен ли еще один флип-флоп. Но поле также временами ослабевает, а затем снова усиливается без переворота - явление, называемое экскурсией.

Тардуно и его команда обнаружили, что странный водоворот в ядре под Южной Африкой может способствовать некоторым из этих недостатков. Этот вихрь, по-видимому, вызывает Южно-Атлантическую аномалию, известное слабое место в поле, которое простирается примерно на 190 миль (300 километров) к востоку от Бразилии через большую часть Южной Америки.В этой области заряженные частицы солнечного ветра опускаются ближе, чем обычно, к Земле. Южноатлантическая аномалия не особенно заметна на земле. Но спутники на околоземной орбите сталкиваются там с более разрушительными солнечными частицами, и астронавты, которые путешествовали по региону на Международной космической станции, сообщили о визуальных явлениях падающих звезд, которых, как считается, вызваны относительно высокими уровнями радиации на уровне низкой Земли. орбита там.

Земля без поля

Тардуно и его команда подозревают, что изменение мантии под Южной Африкой могло быть спусковой точкой для инверсий магнитного поля в прошлом.Хорошая новость в том, что даже если поле ослабевает или готовится к перемене, оно не исчезнет; нет никаких доказательств того, что магнитное поле когда-либо полностью исчезало во время инверсии.

Даже если поле изменится на противоположное, «у нас все равно будет какое-то магнитное поле; это просто будет очень слабое магнитное поле», - сказал Тардуно.

Как бы выглядел этот мир с минимальным магнитным полем ? Ну, во-первых, твой компас не работает. «Он просто будет указывать на [область] самого высокого магнитного поля», - сказал Тардуно.«Это могло быть очень близко к вам; это могло быть очень далеко».

Северное и южное сияние будет видно с более низких широт, потому что эти красочные шоу - результат взаимодействия заряженных частиц, выброшенных от Солнца в солнечном ветре и магнитосферы Земли. В настоящее время эти полярные сияния появляются около полюсов, следуя главным образом линиям магнитного поля Земли с севера на юг, но более слабое поле позволило бы частицам проникать в атмосферу Земли, освещая небо ближе к экватору.

Условия в южноатлантической аномалии для спутников могут стать обычными для всего земного шара, что вызовет технические сбои. Солнечные частицы могут пинговать электронику, разрушая биты памяти в так называемых одиночных сбоях, или SEU. Когда солнечные частицы взаимодействуют с заряженным слоем атмосферы Земли, называемым ионосферой, они также сбивают электроны с их молекулярных орбит. Эти свободные электроны затем мешают передаче высокочастотных радиоволн, используемых для связи.

Взаимодействие между солнечным ветром и атмосферой Земли также может со временем разрушить озоновый слой, сказал Тардуно, что повысит коллективное воздействие ультрафиолетового излучения на человечество и повысит риск рака кожи.

«Хотя это, вероятно, не было бы катастрофой для жизни, без магнитного поля на Земле была бы гораздо более высокая доза радиации», - сказал Мартин Арчер, физик космической плазмы из Лондонского университета королевы Марии.

Существует мало свидетельств того, что прошлые изменения магнитного поля влияли на жизнь на Земле.Тем не менее, магнитное поле, несомненно, сформировало поверхность Земли, помогая удерживать хрупкую атмосферу планеты от уноса в космос безжалостной силой солнечного ветра, сказал Арчер Live Science.

Магнитное поле не имеет решающего значения для атмосферы - Венера не имеет магнитного поля и имеет массивную, хотя и неприятную атмосферу, - но оно определенно действует как дополнительный защитный слой. Марс, который раньше имел магнитное поле, но потерял его около 4 миллиардов лет назад, почти полностью лишился своей атмосферы.И если бы существовал способ придать Луне атмосферу земного типа, солнечный ветер свел бы ее к нулю всего за столетие, сказал Арчер.

Первоначально опубликовано на Live Science .

Вам нужно больше места? Вы можете получить 5 выпусков журнала "All About Space" нашего партнера за $ 5 за последними потрясающими новостями с последнего рубежа! (Изображение предоставлено Future plc)

Магнитное поле Земли и его изменения во времени

Сложные конвекционные токи в ядре Земли создают вокруг Земли огромное магнитное поле, защищающее нас от заряженных солнечных частиц, исходящих от Солнца.Однако магнитное поле Земли не всегда было одинаковым. Скалы Земли обеспечивают запись геомагнитных инверсий и изменений во времени геомагнитного поля. Д-р Даниэль Франко и его команда из Национальной обсерватории Бразилии используют сложные численные модели, чтобы лучше понять структуру магнитного поля Земли и то, что может вызвать эти изменения в геологических временных масштабах.

Земля окружена невидимым, но мощным щитом: ее магнитным полем. Это то, что заставляет северное сияние танцевать в небе вокруг Северного и Южного полюсов и защищает жизнь на Земле от интенсивного потока солнечных частиц, несущихся через Солнечную систему от нашего Солнца.Но как мы можем понять то, чего даже не видим?

Люди использовали магнитное поле Земли для навигации в течение сотен лет с помощью компасов, и это остается для нас самым простым способом увидеть магнитное поле Земли в действии. Ученые также могут измерять его интенсивность в точках вокруг поверхности Земли, а также ее ориентацию, а спутники играют жизненно важную роль в ее постоянном мониторинге.

Стабильность современного магнитного поля важна не только для защиты жизни на Земле, но и для наших технологий.Мобильные телефоны зависят от него, чтобы правильно определять свое местоположение. Усиление солнечного ветра (геомагнитные бури) может нарушить работу энергосетей, связи, спутников и навигационных систем, и без стабильного магнитного поля, защищающего Землю, мы были бы невероятно уязвимы для событий солнечной бури.

Доктор Франко стремится лучше понять структуру магнитного поля Земли и то, что может вызвать эти изменения в геологических временных масштабах.

Мы надеемся, что понимание того, как магнитное поле изменилось с течением времени, даст нам ключ к пониманию того, как оно может колебаться в будущем.Скалы Земли содержат подсказки о ее магнитном поле в прошлом (палеомагнитные записи), которые геофизики, такие как доктор Даниэль Франко из Национальной обсерватории Бразилии, могут собрать вместе, чтобы понять, как могло вести себя палеомагнитное поле.

Создание магнитного поля
Чтобы понять, почему магнитное поле Земли изменяется с течением времени, мы сначала должны понять, как оно формируется. Магнитное поле может быть создано магнитом, куском постоянно намагниченного металла, который может притягивать или отталкивать другие материалы.Магнит создает невидимое магнитное поле, которое описывает область воздействия вокруг магнита. Магниты имеют два полюса, обычно называемые северным и южным полюсами, и магнитное поле течет от северного полюса вокруг внешней стороны магнита к южному полюсу. Хорошо известно, что магнитное поле Земли имеет северный полюс и южный полюс (мы называем этот тип магнитного поля осевым диполем), и когда вы стоите на поверхности Земли с компасом, стрелка совмещается с полем, указывающим на Северный полюс.Однако это нечто гораздо более сложное, чем металлический магнит, создающий магнитное поле Земли.

Сложные численные модели помогают геологам на
больше узнать об изменениях палеомагнитного поля Земли и о том, почему они могут происходить.

Магнитное поле также может создаваться динамо-машиной. Это когда протекающий электрический ток создает магнитное поле. Глубоко внутри Земли постоянно движется жидкость, способная проводить электрические токи.Внутреннее ядро ​​Земли очень горячее, более 5000 ° C, и это тепло вызывает конвекционные токи в жидком металлическом внешнем ядре Земли. Когда планета вращается, эти конвекционные потоки направляются в колонны, по которым движутся электрические токи, создавая огромное магнитное поле, которое распространяется в космос вокруг Земли.

Доктор Франко использует сложные численные модели, чтобы лучше понять структуру магнитного поля Земли, динамо-машину, которая управляет геомагнетизмом и палеосекулярными вариациями.

Магнитное поле Земли имеет структуру, похожую на простой магнит, с северным и южным полюсами.Ученые, измеряющие магнитное поле Земли, заметили, что положение полюсов полностью не зафиксировано. Например, северный полюс «блуждал» последние сто лет, медленно направляясь в сторону Сибири. Однако геологические данные магнитного поля Земли показывают, что это не единственный тип магнитных колебаний, которые происходят.

Палеомагнетизм
Изучение горных пород, регистрирующих магнитное поле Земли и его колебания в течение миллионов лет, известно как палеомагнетизм.Магнитное поле Земли записывается в определенных минералах, которые содержатся в определенных типах горных пород, особенно в вулканических породах, образовавшихся во время вулканической активности. Эти минералы богаты железом, и, хотя лава все еще жидкая, они выравниваются с магнитным полем Земли, как стрелка компаса. После того, как лава остыла и превратилась в скалу, эти минералы являются прямой записью силы и ориентации магнитного поля Земли в то время.

Полярные сияния, окружающие как северный магнитный полюс (aurora borealis), так и южный магнитный полюс (aurora australis), возникают, когда сильно заряженные электроны солнечного ветра взаимодействуют с элементами атмосферы Земли.

Геологи сопоставили данные о палеомагнетизме Земли, насчитывающие более миллиарда лет. Еще в 20-х годах прошлого века геологи, изучавшие эту летопись, заметили нечто странное. Некоторые из магнитных минералов были выровнены в направлении, противоположном сегодняшнему магнитному полю, что свидетельствует о том, что в определенные моменты истории Земли северный и южный полюсы диполя Земли поменялись местами. Следовательно, магнитное поле Земли на протяжении своей истории претерпевало как большие, так и небольшие изменения; эти изменения с течением времени известны как палеосекулярные вариации.

Движение магнитных полюсов и скорость изменения полярности во времени контролируются тем, насколько магнитное поле Земли структурировано в виде осевого диполя.

Изучение геомагнитных инверсий
Доктор Франко и его команда, в которую входят аспиранты Веллингтон Пауло де Оливейра и Фелипе Барбоса Венансио де Фрейтас, используют сложные числовые модели, чтобы лучше понять изменения в палеомагнитном поле Земли и причины их возникновения.Они исследовали геологический интервал, где наблюдается необычно большое количество палеомагнитных инверсий (эта высокая скорость инверсии составляет около 6 инверсий на миллион лет). Гиперзона смешанной полярности Иллварра возникла между 267 и 229 миллионами лет назад, и команда собрала подробный набор данных палеомагнитной информации, включая полярность магнитного поля (ориентацию северного и южного полюсов осевого диполярного поля Земли) и палеосекулярные вариации. (долгосрочные временные вариации магнитного поля Земли в локальном, региональном и глобальном масштабах) на протяжении этого периода.

Магнитное поле Земли больше похоже на осевой диполь (с противоположными северным и южным полюсами).

Исследователи сравнили этот период частых геомагнитных инверсий с другими временами, когда было отмечено такое же количество инверсий. Они обнаружили, что движение магнитных полюсов во времени, возможно, контролируется тем, насколько магнитное поле Земли структурировано как осевой диполь. Большая часть магнитного поля Земли является частью дипольной структуры (один северный полюс и один южный полюс), однако есть дополнительные сложные процессы, которые иногда вызывают небольшие изменения магнитного поля, что означает, что меньшая часть общей структуры похожа на диполь, и может быть даже несколько полюсов.Команда отметила, что эти периоды геологического времени, которые регистрировали более высокую скорость геомагнитных инверсий, происходили, когда осевая дипольная структура магнитного поля Земли была слабее - что также совпадает с более высоким тепловым потоком на границе ядро-мантия - с большим количеством этих вариаций. в его общей структуре.

Что вызывает геомагнитные инверсии?
Целью доктора Франко и его команды было достичь лучшего понимания того, как геомагнитные инверсии и палеосекулярные вариации развиваются в зависимости от температурного градиента.Это давно стало предметом споров среди геологов, изучающих инверсии палеомагнитного поля. Неясно, как палеосекулярные вариации происходят из-за изменений в самом ядре Земли, а также из-за их связи с отводом тепла из ядра и перемещением через границу между ядром Земли и мантией.

Команда использовала свою численную модель для изучения взаимосвязи между тепловым потоком на границе ядра и мантии (сколько тепла перемещается из внешнего ядра в нижнюю мантию) и тем, насколько магнитное поле Земли похоже на дипольную структуру.

«Прошлое - ключ к настоящему» - важная концепция для геологов. Информация из геологической истории Земли может помочь объяснить современную Землю и то, что мы можем ожидать в будущем.

Исследователи обнаружили, что при меньшей передаче тепла от ядра к мантии магнитное поле Земли ведет себя больше как осевой диполь (с противоположными северным и южным полюсами), и поэтому при меньшем тепловом потоке магнитное поле меняет направление на противоположное. . И наоборот, когда тепловой поток на границе ядро-мантия увеличивается, происходит более высокая скорость инверсий магнитного поля Земли, поскольку ее структура становится менее похожей на диполь.Это говорит о том, что в периоды геологического времени, когда наблюдается высокая скорость геомагнитных инверсий, таких как гиперзона смешанной полярности Иллварра, происходит большее перемещение тепла от ядра Земли в ее мантию.

Важность палеомагнетизма сегодня
Сложные численные модели, такие как та, которую использовал доктор Франко и его команда, которые используются для лучшего понимания структуры магнитного поля Земли, динамо-машины, которая управляет геомагнетизмом и палеосекулярными вариациями, являются относительно недавним научным прорывом. .Это невероятно сложные системы, которые оказывают огромное влияние на жизнь на Земле. Идея «прошлое - ключ к настоящему» - важная концепция для геологов, когда информация из геологической истории Земли изучается в надежде понять, что происходит на Земле сегодня и чего мы можем ожидать в будущем. Колебания магнитного поля Земли влияют на всех нас, и поэтому, если мы сможем начать понимать, как такие особенности, как блуждающий в настоящее время северный магнитный полюс, могут иметь значение для общей структуры магнитного поля Земли и что может вызывать эти изменения, мы можем стать лучше. подготовлен к будущим колебаниям невидимого щита Земли.

Личный ответ

Как вы думаете, почему так важно понимать, как может изменяться магнитное поле Земли?

Важность понимания того, как геомагнитное поле может изменяться на протяжении геологических эпох, может особенно пролить свет на следующие три момента:

  1. Как он меняет полярность;
  2. Какие геодинамические механизмы могут быть задействованы, и временные рамки их работы; и
  3. Магнитное поле Земли обеспечивает важный щит для жизни - магнитосферу - от частиц высокой энергии, которые приходят с Солнца и из космоса.

Есть надежные доказательства того, что напряженность поля может уменьшаться во время геомагнитных инверсий, что, вероятно, также влияет на магнитосферу. Вот почему важно распознавать «признаки» геомагнитной инверсии и связанные с ней механизмы.

Магнитное поле Земли

Магнитное поле Земли

Узнайте о магнитном поле Земли.

Ссылки на карты магнитного склонения, наклонения и полного поля.

Информация о различных компонентах, используемых для представления магнитного поля.

Узнайте о направлении магнитного поля (т. Е. Куда указывает компас).

Описание различных эталонных моделей магнитного поля.

Узнайте о магнитном поле вблизи северного магнитного полюса.

Узнайте о медленных изменениях магнитного поля в масштабе времени от лет до тысячелетий.

Как пользоваться компасом и вносить правильные поправки.

Библиография по геомагнетизму.


Магнитное поле Земли (геомагнитное поле) напоминает поле, создаваемое простым стержневым магнитом. Такое поле называется дипольным полем, потому что у него есть два полюса, расположенные на обоих концах магнита, где напряженность поля максимальна. В середине между полюсами сила составляет половину от ее значения на полюсах.Магнитное поле часто визуализируется в виде линий магнитного поля или силовых линий, которые покидают один конец магнита, называемый северным полюсом, проходят через пространство и снова входят в магнит на другом конце, южном полюсе.

Линия магнитного поля

Если бы мы могли поместить стержневой магнит внутрь Земли, наклоненный примерно на 11 ° к оси вращения и смещенный примерно на 550 км от центра Земли, мы могли бы составить 90% наблюдаемого магнитного поля.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *