Магнитное поле земли и здоровье человека
Сейфулла Р.Д.
М.: ООО “Самполиграфист”, 2013. 120 с.
Магнитное поле Земли в первом приближении представляет собой диполь, полюса которого располагаются рядом с полюсами планеты. Магнитное поле – разновидность электромагнитного поля, создаваемого движущимися электрическими зарядами или токами и оказывающая силовое воздействие на движущиеся заряды или токи. Поле определяет магнитосферу, которая отклоняет частицы солнечного ветра. Они накапливаются в радиационных поясах – двух концентрических областях в форме экватора вокруг Земли. Около магнитных поясов эти частицы могут “высыпаться” в атмосферу и приводить к появлению полярных сияний. Нашу планету окружает магнитное поле, которое существует с момента её формирования. Всё, что находится на Земле подвержено действию невидимых силовых линий этого поля. Именно это обстоятельство заинтересовало нас в большей степени, так как структура и функция Земли, а также и человеческого организма тесным образом связана с наличием электрических зарядов, которые определяют все процессы, связанные с жизнедеятельностью всех организмов, находящихся на её поверхности, в воде, в почве, в воздухе.
Земля обладает электрическим и магнитным полем. Вся планета имеет отрицательный заряд, а ионосфера положительный. Линии напряженности электрического поля направлены сверху (от ионосферы) вниз (к Земле). Напряженность поля порядка Е = 120 – 130 в/м. Проведя несложные вычисления был сделан вывод, что в электромагнитном поле Земли заключена колоссальная энергия. Проблема получения энергии из магнитного поля Земли весьма актуальна для человечества. Такой приёмник – генератор был сделан ещё в 1889 году Николой Тесла, но правительство США запретило разглашать эту тайну по коммерческим соображениям. В теле человека имеется своё силовое поле, вследствие протекания крови по сосудам. В здоровом теле человека и в нормальных атмосферных условиях имеется полное соответствие и взаимодействие внешнего и внутреннего магнитных полей. Кроме того, существует магнитное поле Солнца, космических галактик и Земли, которые оказывают своё действие на поведение человека и животных (перелётных птиц, рыб, членистоногих, насекомых), которые безошибочно определяют направления движения на тысячи километров.
Оказалось, что изменение магнитного поля Земли является причиной многих заболеваний, которые лечатся другими способами, что требует особого внимания специалистов и лечащих врачей. Так называемые магнитные бури, в которых принимают участие Солнце, солнечный ветер, а также магнитное поле Земли создают много проблем и являются причиной ненормального поведения человека, в том числе и криминального, а также тяжелейших заболеваний: инсультов мозга, инфарктов миокарда, психических расстройств, ДТП и другого криминального и суицидального поведения, о чем пойдёт речь ниже. Японский врач – исследователь Киочи Накагава обратил внимание в середине ХХ века на то, что дефицит магнитного поля Земли является причиной многочисленных заболеваний, которые он объединил общим названием синдром дефицита магнитного поля Земли . Накагава, а также другие ученые поддержали это открытие и предложили проводить коррекцию магнитного поля при его дефиците, при помощи магнитотерапии, что позволило проводить профилактику и лечение многих заболеваний при помощи компенсации недостающего магнитного поля.
Это касается, прежде всего, сердечно-сосудистой системы, которая занимает в настоящее время первое место среди других заболеваний. Дело в том, что каждая молекула в магнитном поле вытягивается и поляризуется. Один её конец становится северным магнитным полюсом, а другой – южным. В таком виде каждая молекула легче вступает в электрохимические реакции и в организме идёт правильный обмен веществ. Резкое усиление магнитного поля при магнитной буре или геомагнитной зоне всегда отрицательно сказывается на самочувствии человека. Однако, отсутствие или ослабление магнитного поля является для организма критической ситуацией. Дополнительным фактором риска является электромагнитный смог (создаваемый компьютерными дисплеями, электробытовыми приборами, TV и другими) уменьшают воздействие на наш организм геомагнитного поля Земли. У вернувшихся из космического полёта космонавтов обнаруживали остеопороз, тяжелую депрессию и другие патологические состояния. Важной составляющей для нормализации физиологических функций является восстановление полярности клеток и активизация работы ферментных систем, а также улучшения кровообращения.
Автор в течение 33 лет занимается проблемами спортивной фармакологии со спортсменами высшей квалификации, что требует нестандартных, недопинговых подходов (к подготовке спортсменов экстра – класса) особенно восстановления. Поэтому нас заинтересовала, в своё время, проблема дефицита магнитного поля Земли и соответствующие меры её коррекции для того, чтобы повысить работоспособность физически одарённых спортсменов без применения искусственных стимуляторов. Автор не ставил перед собой задачи процитировать всех авторов, которые занимались проблемами магнитного поля Земли, так как их существует многие тысячи как в нашей стране, так и за рубежом, а попытался продемонстрировать основные тенденции этой проблемы, касающихся здоровья человека.
Издание носит научно-популярный характер. В космосе постоянно работают и накапливают необходимый опыт для межпланетных полётов коллективы отечественных и зарубежных ученых исследователей для перспективы создания постоянно действующих обитаемых станций с человеком и разработки полезных ископаемых.
Часть I.
Природа магнитного поля Земли и влияние его на человека
Глава 1. Вселенная и строение солнечной системы
Глава 2. Солнечная система во вселенной
Глава 3. Напряженность магнитного поля Земли
Глава 4. Позитивные свойства магнитного поля Земли
Глава 5. Роль магнитного поля в жизнедеятельности человека
Глава 6. Атмосфера Земли
Глава 7. Влияние магнитных бурь на организм человека
Часть II.
Электрические и магнитные свойства при передаче нервного импульса
Глава 8. Поляризация мембраны живой клетке
Глава 9. Живые ткани как источник энергетических потенциалов
Глава 10. Синдром дефицита магнитного поля Земли
Глава 11. Коррекция магнитного поля спортсменов при помощи магнитотерапии
Глава 12. Естественный баланс дефицита магнитного поля Земли
Глава 13. Влияние магнитного поля Земли на космонавтов
Глава 14. Биоэлектрические явления (при эпилепсии) в процессах передачи информации в организме
Глава 15.
Патофизиологические причины эпилепсии
Глава 16. Межнейронные связи при передаче информации в организме
Глава 17. Необходимые условия для нормальной работы ЦНС
Глава 18. Профилактическое действие магнитотерапии при дефиците магнитного поля
Глава 19. О пользе магнитов при дефиците магнитного поля Земли
Глава 20. Перспективы развития цивилизаций
Притягательная планета Интересные сведения о магнитном поле Земли: Наука и техника: Lenta.ru
В последние дни на научных информационных сайтах появилось большое количество новостей, посвященных магнитному полю Земли. Например, новость о том, что в последнее время оно существенно изменяется, или о том, что магнитное поле способствует утечке кислорода из земной атмосферы и даже про то, что вдоль линий магнитного поля ориентируются коровы на пастбищах. Что представляет собой магнитное поле и насколько важны все перечисленные новости?
Магнитное поле Земли – это область вокруг нашей планеты, где действуют магнитные силы.
Вопрос о происхождении магнитного поля до сих пор окончательно не решен. Однако большинство исследователей сходятся в том, что наличием магнитного поля Земля хотя бы отчасти обязана своему ядру. Земное ядро состоит из твердой внутренней и жидкой наружной частей. Вращение Земли создает в жидком ядре постоянные течения. Как читатель может помнить из уроков физики, движение электрических зарядов приводит к появлению вокруг них магнитного поля.
Одна из самых распространенных теорий, объясняющих природу поля, – теория динамо-эффекта – предполагает, что конвективные или турбулентные движения проводящей жидкости в ядре способствуют самовозбуждению и поддержанию поля в стационарном состоянии.
Землю можно рассматривать как магнитный диполь. Его южный полюс находится на географическом Северном полюсе, а северный, соответственно, на Южном. На самом деле, географический и магнитный полюса Земли не совпадают не только по “направлению”. Ось магнитного поля наклонена по отношению к оси вращения Земли на 11,6 градуса.
Из-за того что разница не очень существенная, мы можем пользоваться компасом. Его стрелка точно указывает на южный магнитный полюс Земли и почти точно на Северный географический. Если бы компас был изобретен 720 тысяч лет назад, то он бы указывал и на географический и на магнитный северный полюс. Но об этом чуть ниже.
Магнитное поле защищает жителей Земли и искусственные спутники от губительного воздействия космических частиц. К таким частицам относятся, например, ионизированные (заряженные) частицы солнечного ветра. Магнитное поле изменяет траекторию их движения, направляя частицы вдоль линий поля. Необходимость наличия магнитного поля для существования жизни сужает круг потенциально обитаемых планет (если мы исходим из предположения, что гипотетически возможные формы жизни похожи на земных обитателей).
Ученые не исключают, что часть планет земного типа не имеют металлического ядра и, соответственно, лишены магнитного поля. До сих пор считалось, что планеты, состоящие из твердых скальных пород, как и Земля, содержат три основных слоя: твердую кору, вязкую мантию и твердое или расплавленное железное ядро.
В недавней работе ученые из Массачусетского технологического института предложили сразу два возможных механизма образования “скалистых” планет без ядра. Если теоретические выкладки исследователей подтвердятся наблюдениями, то формулу для расчета вероятности встретить во Вселенной гуманоидов или хотя бы что-то, напоминающее иллюстрации из учебника биологии, придется переписать.
Земляне тоже могут лишиться своей магнитной защиты. Правда, точно сказать, когда это произойдет, геофизики пока не могут. Дело в том, что магнитные полюса Земли непостоянны. Периодически они меняются местами. Не так давно исследователи установили, что Земля “помнит” о смене полюсов. Анализ таких “воспоминаний” показал, что за последние 160 миллионов лет магнитные север и юг менялись местами около 100 раз. Последний раз это событие произошло около 720 тысяч лет назад.
Смена полюсов сопровождается изменением конфигурации магнитного поля. Во время “переходного периода” на Землю проникает существенно больше космических частиц, опасных для живых организмов.
Одна из гипотез, объясняющих исчезновение динозавров, утверждает, что гигантские рептилии вымерли именно во время очередной смены полюсов.
Кроме “следов” плановых мероприятий по смене полюсов исследователи заметили в магнитном поле Земли опасные подвижки. Анализ данных о его состоянии за несколько лет показал, что в последние месяцы в нем начали происходить опасные изменения. Настолько резких “движений” поля ученые не регистрировали уже очень давно. Вызывающая беспокойства исследователей зона находится в южной части Атлантического океана. “Толщина” магнитного поля в этом районе не превышает трети от “нормальной”. Исследователи давно обратили внимание на эту “прореху” в магнитном поле Земли. Собранные за 150 лет данные показывают, что за этот период поле здесь ослабло на десять процентов.
На данный момент трудно сказать, чем это грозит человечеству. Одним из последствий ослабления напряженности поля может стать увеличение (пусть и незначительное) содержания кислорода в земной атмосфере.
Связь между магнитным полем Земли и этим газом была установлена с помощью системы спутников Cluster – проекта Европейского космического агентства. Ученые выяснили, что магнитное поле ускоряет ионы кислорода и “выбрасывает” их в космическое пространство.
Несмотря на то, что магнитное поле нельзя увидеть, обитатели Земли хорошо его чувствуют. Перелетные птицы, например, отыскивают дорогу, ориентируясь именно на него. Существует несколько гипотез, объясняющих, как именно они ощущают поле. Одна из последних предполагает, что птицы воспринимают магнитное поле визуально. Особые белки – криптохромы – в глазах перелетных птиц способны менять свое положение под воздействием магнитного поля. Авторы теории считают, что криптохромы могут выполнять роль компаса.
Кроме птиц магнитное поле Земли вместо GPS используют морские черепахи. И, как показал анализ спутниковых фотографий, представленных в рамках проекта Google Earth, коровы. Изучив фотографии 8510 коров в 308 районах мира, ученые заключили, что эти животные предпочтительно ориентируют свои тела с севера на юг (или с юга на север).
Причем “реперными точками” для коров служат не географические, а именно магнитные полюса Земли. Механизм восприятия коровами магнитного поля и причины именно такой реакции на него остаются неясными.
Кроме перечисленных замечательных свойств магнитное поле способствует появлению полярных сияний. Они возникают в результате резких изменений поля, происходящих в удаленных регионах поля.
Магнитное поле не обошли своим вниманием сторонники одной из “теорий заговора” – теории о лунной мистификации. Как уже упоминалось выше, магнитное поле защищает нас от космических частиц. “Собранные” частицы скапливаются в определенных частях поля – так называемых радиационных поясах Ван Алена. Скептики, не верящие в реальность высадок на Луну, считают, что во время пролета сквозь радиационные пояса астронавты получили бы смертельную дозу радиации.
Магнитное поле Земли – удивительное следствие законов физики, защитный щит, ориентир и создатель полярных сияний. Если бы не оно, жизнь на Земле, возможно, выглядела бы совсем иначе.
В общем, если бы магнитного поля не было – его необходимо было бы придумать.
Геологи выяснили, почему магнитное поле Земли меняется рывками
https://ria.ru/20190422/1552947338.html
Геологи выяснили, почему магнитное поле Земли меняется рывками
Геологи выяснили, почему магнитное поле Земли меняется рывками – РИА Новости, 22.04.2019
Геологи выяснили, почему магнитное поле Земли меняется рывками
Сила магнитного поля Земли резко меняется каждые десять лет из-за существования внутри ядра планеты особых турбулентных волн, “взбалтывающих” его материю при… РИА Новости, 22.04.2019
2019-04-22T18:42
2019-04-22T18:42
2019-04-22T18:42
земля
геология
открытия – риа наука
дания
париж
наука
/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content
/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content
https://cdn23.img.ria.ru/images/155294/58/1552945813_0:247:1338:1000_1920x0_80_0_0_e4454bdce480df81c85c486acc354a18.
jpg
МОСКВА, 22 апр – РИА Новости. Сила магнитного поля Земли резко меняется каждые десять лет из-за существования внутри ядра планеты особых турбулентных волн, “взбалтывающих” его материю при достижении границы с мантией. Об этом пишут французские и датские геологи в журнале Nature Geoscience.Ядро нашей планеты, как сегодня считают ученые, состоит из двух слоев – твердого металлического ядра в центре, и окружающего его слоя из жидкого железа и никеля. Эта металлическая “жидкость” не стоит на месте, а постоянно движется, подобно воде в кипящем чайнике, и это движение порождает магнитное поле, защищающее жизнь на Земле от космических лучей, вспышек на Солнце и других опасных космических феноменов. То, как происходит это движение, сегодня никто не знает, так как заглянуть в ядро Земли, используя сейсмические приборы, фактически невозможно, из-за чего ученым приходится изучать его тайны при помощи математических моделей и лабораторных опытов по воспроизведению условий в ядре при помощи сверхмощных прессов и наковален.
Недавно ученые обнаружили, что ядро Земли крайне неоднородно по своей структуре, что заставило их подозревать, что внутри него есть не два, а три слоя. Еще две группы геологов обнаружили необычные “пузыри” из железа, которые поднимаются из ядра в мантию, а также нашли следы существования своеобразных “реактивных потоков” железа внутри него.Жульен Обер (Julien Obert) из Института физики Земли в Париже (Франция) и его коллега Кристофер Финлэй (Christopher Finlay) из Технического университета Дании в Люнгбю изучали еще одну странную черту ядра Земли, открытую в конце прошлого века.До этого времени ученые считали, что магнитное поле планеты слабеет или усиливается достаточно медленными темпами, почти незаметными для наших приборов. В 1978 году ситуация резко изменилась, когда первые точные геомагнитные приборы зафиксировали, что скорость этих изменений выросла на несколько порядков. Примерно через год этот “рывок” прекратился и магнитное поле пришло в норму, однако нечто похожее повторилось в следующем десятилетии.
В общей сложности, за последние полвека ученые зафиксировали десять подобных событий, природа которых, как и их влияние на силу поля и миграции полюсов, до сих пор остается предметом споров среди геологов.Финлэй и Обер нашли объяснение их появлению, изучая данные, записанные во время последних трех геомагнитных рывков, произошедших в 2007, 2011 и 2014 годах, и анализируя выводы их недавних попыток объяснить то, как переворачиваются полюса Земли.Тогда ученые предположили, что периодические временные или постоянные смены полюсов планеты были связаны с существованием особых колебаний внутри него, так называемых “динамо-волн”. Они движутся от экватора к полюсам и перестраивают магнитную структуру ядра с определенной периодичностью.Нечто похожее, как заметили геофизики, происходит и в момент появления “геомагнитных рывков”. Сильнее всего они проявляют себя в окрестностях экватора планеты, где появляются зоны, в которых сила магнитного поля особенно сильно росла или падала. Это натолкнуло их на мысль, что подобные аномалии могут порождать какие-то глубинные волны внутри ядра, связанные с тем, что Земля вращается вокруг своей оси.
Руководствуясь этой идеей, ученые создали очень детальную компьютерную модель его материи, при помощи которой они просчитали, как будут возникать и двигаться подобные колебания. Для проведения этих расчетов Оберу и Финлэю понадобился мощный суперкомпьютер и 4 миллиона часов машинного времени, однако эти затраты оправдали себя.Оказалось, что геомагнитные рывки появлялись в подобной системе сами по себе благодаря тому, что волны, возникавшие в центральных регионах ядра, постепенно замедляли движение и усиливались по мере их приближения к его границе с мантией. Когда они достигали этой зоны, эти колебания особым образом “взбалтывали” его материю, что приводило к резкому усилению или ослаблению магнитного поля.Как надеются ученые, результаты их расчетов и компьютерная модель помогут точно установить ту роль, которую геомагнитные рывки играют в эволюции магнитного поля Земли и в перевороте ее полюсов.
https://ria.ru/20180521/1520996960.html
https://ria.ru/20121212/914551302.html
https://ria.
ru/20161108/1480908244.html
земля
дания
париж
РИА Новости
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
2019
РИА Новости
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
Новости
ru-RU
https://ria.ru/docs/about/copyright.html
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/
РИА Новости
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
https://cdn22.img.ria.ru/images/155294/58/1552945813_0:164:1338:1168_1920x0_80_0_0_a39c568c48dd665f5bccb2fb80039ee6.jpgРИА Новости
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
РИА Новости
internet-group@rian.
ru
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
земля, геология, открытия – риа наука, дания, париж
МОСКВА, 22 апр – РИА Новости. Сила магнитного поля Земли резко меняется каждые десять лет из-за существования внутри ядра планеты особых турбулентных волн, “взбалтывающих” его материю при достижении границы с мантией. Об этом пишут французские и датские геологи в журнале Nature Geoscience.“Магнитное поле Земли не постоянно, на его силу влияют как медленные, так и быстрые колебания. К примеру, медленный круговорот расплавленных пород в ядре не только порождает это поле, но и отвечает за колебания в его силе, которые длятся столетиями. При этом существуют и очень резкие колебания, так называемые геомагнитные рывки, чья продолжительность не превышает и года”, — пишут ученые.
Ядро нашей планеты, как сегодня считают ученые, состоит из двух слоев – твердого металлического ядра в центре, и окружающего его слоя из жидкого железа и никеля.
Эта металлическая “жидкость” не стоит на месте, а постоянно движется, подобно воде в кипящем чайнике, и это движение порождает магнитное поле, защищающее жизнь на Земле от космических лучей, вспышек на Солнце и других опасных космических феноменов.
То, как происходит это движение, сегодня никто не знает, так как заглянуть в ядро Земли, используя сейсмические приборы, фактически невозможно, из-за чего ученым приходится изучать его тайны при помощи математических моделей и лабораторных опытов по воспроизведению условий в ядре при помощи сверхмощных прессов и наковален.
21 мая 2018, 14:12НаукаГеолог выяснил, почему магнитное поле Земли “бежит” на западНедавно ученые обнаружили, что ядро Земли крайне неоднородно по своей структуре, что заставило их подозревать, что внутри него есть не два, а три слоя. Еще две группы геологов обнаружили необычные “пузыри” из железа, которые поднимаются из ядра в мантию, а также нашли следы существования своеобразных “реактивных потоков” железа внутри него.
Жульен Обер (Julien Obert) из Института физики Земли в Париже (Франция) и его коллега Кристофер Финлэй (Christopher Finlay) из Технического университета Дании в Люнгбю изучали еще одну странную черту ядра Земли, открытую в конце прошлого века.
До этого времени ученые считали, что магнитное поле планеты слабеет или усиливается достаточно медленными темпами, почти незаметными для наших приборов. В 1978 году ситуация резко изменилась, когда первые точные геомагнитные приборы зафиксировали, что скорость этих изменений выросла на несколько порядков. Примерно через год этот “рывок” прекратился и магнитное поле пришло в норму, однако нечто похожее повторилось в следующем десятилетии.
В общей сложности, за последние полвека ученые зафиксировали десять подобных событий, природа которых, как и их влияние на силу поля и миграции полюсов, до сих пор остается предметом споров среди геологов.
Финлэй и Обер нашли объяснение их появлению, изучая данные, записанные во время последних трех геомагнитных рывков, произошедших в 2007, 2011 и 2014 годах, и анализируя выводы их недавних попыток объяснить то, как переворачиваются полюса Земли.
Тогда ученые предположили, что периодические временные или постоянные смены полюсов планеты были связаны с существованием особых колебаний внутри него, так называемых “динамо-волн”. Они движутся от экватора к полюсам и перестраивают магнитную структуру ядра с определенной периодичностью.
Нечто похожее, как заметили геофизики, происходит и в момент появления “геомагнитных рывков”. Сильнее всего они проявляют себя в окрестностях экватора планеты, где появляются зоны, в которых сила магнитного поля особенно сильно росла или падала. Это натолкнуло их на мысль, что подобные аномалии могут порождать какие-то глубинные волны внутри ядра, связанные с тем, что Земля вращается вокруг своей оси.
Руководствуясь этой идеей, ученые создали очень детальную компьютерную модель его материи, при помощи которой они просчитали, как будут возникать и двигаться подобные колебания. Для проведения этих расчетов Оберу и Финлэю понадобился мощный суперкомпьютер и 4 миллиона часов машинного времени, однако эти затраты оправдали себя.
Оказалось, что геомагнитные рывки появлялись в подобной системе сами по себе благодаря тому, что волны, возникавшие в центральных регионах ядра, постепенно замедляли движение и усиливались по мере их приближения к его границе с мантией. Когда они достигали этой зоны, эти колебания особым образом “взбалтывали” его материю, что приводило к резкому усилению или ослаблению магнитного поля.
Как надеются ученые, результаты их расчетов и компьютерная модель помогут точно установить ту роль, которую геомагнитные рывки играют в эволюции магнитного поля Земли и в перевороте ее полюсов.
8 ноября 2016, 18:00НаукаГеологи выяснили, что переворачивает магнитные полюса ЗемлиШвейцарские и датские геологи полагают, что магнитные полюса периодически меняются местами из-за необычных волн внутри жидкого ядра планеты, периодически перестраивающих его магнитную структуру при движении от экватора к полюсам.Ученые: 2500 лет назад магнитное поле Земли было в 2,5 раза сильнее
2500 лет назад магнитное поле Земли было в 2,5 раза сильнее, выяснили ученые. По крайней мере, на территории Леванта. Однако потом оно буквально за несколько лет ослабело на треть. Это не повлекло за собой серьезных последствий, так что о том, что за последние 180 лет магнитное поле ослабло на 10%, сильно беспокоиться не стоит.
Ослабление магнитного поля Земли – отнюдь не новый процесс. Как выяснили ученые из Тель-Авивского университета в Израиле, 2500 лет назад оно было в 2,5 раза сильнее, чем сейчас. Узнать это удалось благодаря бюрократии на территории Иудейского царства — государства, находившегося рядом с современным Израилем.
На глиняных кувшинах, изготовленных в период с VIII по II век до н. э., сохранились административные печати, менявшиеся в зависимости от политической ситуации.
Результаты работы были опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Гончарам, разумеется, не было известно, что обжиг глиняных изделий сохраняет внутри них информацию о геомагнитном поле Земли благодаря содержащимся в глине минералам. А с помощью печатей можно определить, к какому периоду относятся кувшины. Таким образом, ученым удалось получить детальную информацию о том, как менялось магнитное поле Земли на протяжении 600 лет.
«Временные периоды, в которые были изготовлены кувшины, позволили нам получить данные о магнитном поле Земли от железного века до периода эллинизма (30 лет до н. э.) в Иудее, — рассказывает археолог Эрец Бен-Йозеф. — Типология изображений на печатях, которые изменялись при смене правительства, позволила прекрасно разнести эти данные во времени».
Согласно общепринятой теории, магнитное поле Земли генерируется внутри самой планеты, токами в жидком металлическом ядре, находящемся на глубине 2900 км и раскаленном до 5960 °C.
Наблюдения за изменениями магнитного поля велись лишь последние 180 лет, рассказывает Бен-Йозеф. За это время оно ослабло на 10%. Некоторые исследователи считают, что это происходит из-за инверсии магнитного поля, при которой северный и южный магнитные полюса меняются местами. Последний раз это происходило около 700 тыс. лет назад, еще до появления человека разумного.
Как рассказывают исследователи, пик интенсивности магнитного поля пришелся на конец VIII века до н. э., а затем оно резко стало слабеть и уже к 732 году до н. э. ослабло на 27%. Дальше, до II века н. э., оно было относительно стабильным, ослабев лишь слегка.
«Наше исследование показывает, что магнитное поле сильно колеблется, — говорит Бен-Йозеф. — Это происходит довольно быстро, так что беспокоиться не о чем».
Его слова, впрочем, не значат, что в ближайшее время не произойдет инверсии магнитных полюсов. В исследовании рассматривалась только сила магнитного поля, но не направление. Однако не нужно считать ослабление магнитного поля на 10% за период более века чем-то ненормальным, считает археолог.
«Мы узнали, что интенсивность магнитного поля упала почти на 30% за 30 лет, так что его ослабление на 10% за 180 лет не стоит особого внимания», — говорит он.
По крайней мере, с Левантом ничего не случилось. Все глиняные изделия в исследовании были найдены на территории этого региона, охватывающего Сирию, Иордан, Израиль, Палестину, Ливан и прилегающие области.
Глина, из которой были изготовлены сосуды, содержит ферромагнитные — содержащие железо — минералы. При обжиге электроны в этих минералах располагаются в зависимости от магнитного поля Земли. После охлаждения они остаются в том же положении. Такие же процессы происходят в вулканической лаве, что позволяет с ее помощью также изучать изменения магнитного поля.
Понимание того, каким магнитное поле было в древности, может быть использовано в различных областях исследований, рассказывает Бен-Йозеф.
Археологи смогут использовать данные о магнитном поле как один из инструментов датирования. Геологи, планетологи и прочие специалисты по наукам о Земле углубят понимание процессов, протекающих в земном ядре и создающих магнитное поле. Специалисты по наукам об атмосфере узнают больше о влиянии на магнитное поле космического излучения. Волнует космическое излучение и биологов — магнитное поле защищает от него планету и делает возможным существование жизни на ней.
Сейчас ученые собираются продолжать исследования магнитной активности в рассмотренном временном периоде, чтобы узнать — было ли такое изменение магнитного поля региональным явлением или затронуло и другие области.
Доказано изменение климата из-за нарушения магнитного поля Земли
Временное нарушение магнитного поля Земли 42 000 лет назад привело к глобальным изменениям окружающей среды и массовым вымираниям. Причем некоторых ученых беспокоит и текущее быстрое движение северного магнитного полюса через северное полушарие, сообщает phys.org.
Исследователи из UNSW в Сиднее назвали этот опасный период “событием Адамса” как дань уважения писателю-фантасту Дугласу Адамсу, который написал в “Автостопом по Галактике”, что “42” был ответом на “Жизнь, Вселенная и все такое”.
“Впервые в истории мы смогли точно датировать время и воздействие на окружающую среду последнего переключателя магнитных полюсов”, – рассказал Крис Терни, профессор UNSW Science и соавтор исследования.
Открытие стало возможными благодаря древним новозеландским деревьям каури, которые хранились в отложениях более 40 000 лет. Исследуя кольца этих деревьев, ученые смогли датировать всплеск уровня радиоуглерода в атмосфере, вызванный коллапсом магнитного поля Земли.
Было обнаружено, что рост ледяных щитов и ледников над Северной Америкой, большие сдвиги в основных ветровых поясах и системах тропических штормов и одновременное вымирание фауны 42 000 лет совпали с событием Адамса.
Примерно 42 000 лет полюса земли полностью поменялись местами, сила магнитного поля упала до шести процентов от его современной силы. Ионизированный воздух, не встречая больше препятствий, “поджарил” озоновый слой, вызвав волну изменения климата по всему миру.
Резкие изменения окружающей среды, возможно, заставили первых людей искать дополнительное убежище. Это могло объяснить внезапное появление наскального искусства по всему миру примерно 42 000 лет назад. Отпечатки охры на стенах пещер могут указывать на то, что это вещество использовалось в качестве солнцезащитного крема.
За последние 170 лет магнитное поле Земли ослабло примерно на девять процентов, северный магнитный полюс быстро смещается через северное полушарие. Профессор Терни отметил, что это вкупе с серьезными изменениями на Солнце и повышением выбросов углерода в атмосферу может существенно изменить климат.
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.
| | Адрес этой страницы (вложенность) в справочнике dpva.ru: главная страница / / Техническая информация / / Физический справочник / / Электрические и магнитные величины / / Напряженности магнитного поля / / Магнитное поле Земли. Напряженность магнитного поля у поверхности и на больших высотах. Поделиться:
| ||||||
| Если Вы не обнаружили себя в списке поставщиков, заметили ошибку, или у Вас есть дополнительные численные данные для коллег по теме, сообщите , пожалуйста. Вложите в письмо ссылку на страницу с ошибкой, пожалуйста. | |||||||
| Коды баннеров проекта DPVA.ru Начинка: KJR Publisiers Консультации и техническая | Проект является некоммерческим. Информация, представленная на сайте, не является официальной и предоставлена только в целях ознакомления. Владельцы сайта www.dpva.ru не несут никакой ответственности за риски, связанные с использованием информации, полученной с этого интернет-ресурса. Free xml sitemap generator | ||||||
Магнитное поле Земли
Магнитосфера защищает поверхность Земли от заряженных частиц солнечного ветра и генерируется электрическими токами, расположенными во многих различных частях Земли. Он сжимается на дневной (солнечной) стороне за счет силы приходящих частиц и расширяется на ночной стороне. (Изображение не в масштабе.) Разница между магнитным севером и «истинным» севером.Магнитное поле Земли (и поверхностное магнитное поле ) приблизительно представляет собой магнитный диполь с S-полюсом магнитного поля вблизи географического северного полюса Земли (см. Северный магнитный полюс) и другим северным полюсом магнитного поля рядом с географическим географическим полюсом Земли. южный полюс (см. Южный магнитный полюс).Это делает компас удобным для навигации. Причину возникновения поля можно объяснить теорией динамо. Магнитное поле распространяется бесконечно, но ослабевает по мере удаления от источника. Магнитное поле Земли, также называемое геомагнитным полем , которое эффективно распространяется на несколько десятков тысяч километров в космос, формирует магнитосферу Земли. Палеомагнитное исследование австралийского красного дацита и подушечного базальта оценило возраст магнитного поля как минимум 3,5 миллиарда лет. [1] [2]
Предметное значение
Моделирование взаимодействия магнитного поля Земли с межпланетным магнитным полем.Земля в значительной степени защищена от солнечного ветра, потока энергичных заряженных частиц, исходящих от Солнца, своим магнитным полем, которое отклоняет большинство заряженных частиц. Некоторые из заряженных частиц солнечного ветра находятся в ловушке и в радиационном поясе Ван Аллена.Меньшему количеству частиц солнечного ветра удается перемещаться, как по линии передачи электромагнитной энергии, в верхние слои атмосферы и ионосферу Земли в зонах полярных сияний. Единственный раз, когда солнечный ветер наблюдается на Земле, – это когда он достаточно силен, чтобы вызывать такие явления, как полярное сияние и геомагнитные бури. Яркие полярные сияния сильно нагревают ионосферу, заставляя ее плазму расширяться в магнитосферу, увеличивая размер плазменной геосферы и вызывая утечку атмосферного вещества в солнечный ветер.Геомагнитные бури возникают, когда давление плазмы, содержащейся внутри магнитосферы, достаточно велико, чтобы раздуваться и тем самым искажать геомагнитное поле.
Солнечный ветер отвечает за общую форму магнитосферы Земли, и колебания ее скорости, плотности, направления и увлекаемого магнитного поля сильно влияют на локальную космическую среду Земли. Например, уровни ионизирующего излучения и радиопомех могут варьироваться от сотен до тысяч раз; а форма и расположение магнитопаузы и головной ударной волны перед ней могут изменяться на несколько радиусов Земли, подвергая геосинхронные спутники воздействию прямого солнечного ветра.Эти явления собирательно называются космической погодой. Механизм атмосферного разрыва вызван захватом газа пузырьками магнитного поля, которые срываются солнечными ветрами. [3] Изменения напряженности магнитного поля коррелировали с изменением количества осадков в тропиках. [4]
Магнитные полюса и магнитный диполь
Основные статьи: Северный магнитный полюс и Южный магнитный полюс Магнитное склонение от истинного севера в 1700Положение магнитных полюсов можно определить как минимум двумя способами [5] .
Часто магнитный (наклонный) полюс рассматривается как точка на поверхности Земли, где магнитное поле полностью вертикально. Другими словами, угол наклона поля Земли составляет 90 ° на северном магнитном полюсе и -90 ° на южном магнитном полюсе. На магнитном полюсе компас, удерживаемый в горизонтальной плоскости, указывает случайным образом, в то время как в противном случае он указывает почти на северный магнитный полюс или от Южного магнитного полюса, хотя существуют местные отклонения. Два полюса перемещаются независимо друг от друга и не находятся в прямо противоположных положениях на земном шаре.Магнитный полюс падения может быстро перемещаться, для Северного магнитного полюса [6] проводились наблюдения до 40 км в год.
Магнитное поле Земли можно точно описать полем магнитного диполя, расположенного рядом с центром Земли. Ориентация диполя определяется осью. Два положения, в которых ось диполя, которая лучше всего соответствует геомагнитному полю, пересекает поверхность Земли, называются Северным и Южным геомагнитными полюсами. Для наилучшего соответствия диполь, представляющий геомагнитное поле, должен быть размещен примерно в 500 км от центра Земли.Это заставляет внутренний радиационный пояс опускаться ниже в южной части Атлантического океана, где поверхностное поле является самым слабым, создавая то, что называется южноатлантической аномалией.
Если бы магнитное поле Земли было идеально дипольным, геомагнитный и магнитный полюса падения совпадали. Однако важные недиполярные члены в точном описании геомагнитного поля приводят к тому, что положения двух типов полюсов находятся в разных местах.
Характеристики поля
Напряженность поля у поверхности Земли составляет менее 30 микротеслов (0.3 гаусса) на территории, включающей большую часть Южной Америки и Южной Африки, до более чем 60 микротеслов (0,6 гаусс) вокруг магнитных полюсов в северной Канаде и на юге Австралии, а также в части Сибири. Средняя напряженность магнитного поля во внешнем ядре Земли составила 25 Гаусс, что в 50 раз сильнее, чем магнитное поле на поверхности. [9] [10]
Поле аналогично полю стержневого магнита. Магнитное поле Земли в основном вызвано электрическими токами в жидком внешнем ядре.Ядро Земли горячее, чем 1043 К, температура точки Кюри, выше которой ориентация спинов в железе становится случайной. Такая рандомизация приводит к потере намагниченности вещества.
Конвекция расплавленного железа во внешнем жидком ядре, наряду с эффектом Кориолиса, вызванным общим вращением планеты, имеет тенденцию организовывать эти «электрические токи» в валки, выровненные вдоль полярной оси север-юг. Когда проводящая жидкость течет через существующее магнитное поле, индуцируются электрические токи, которые, в свою очередь, создают другое магнитное поле.Когда это магнитное поле усиливает исходное магнитное поле, создается динамо-машина, которая поддерживает себя. Это называется теорией динамо, и она объясняет, как поддерживается магнитное поле Земли.
Еще одна особенность, которая магнитно отличает Землю от стержневого магнита, – это ее магнитосфера. На больших расстояниях от планеты преобладает поверхностное магнитное поле. Электрические токи, индуцированные в ионосфере, также создают магнитные поля. Такое поле всегда создается вблизи того места, где атмосфера находится ближе всего к Солнцу, вызывая ежедневные изменения, которые могут отклонять поверхностные магнитные поля на величину до одного градуса.Типичные суточные колебания напряженности поля составляют около 25 нанотесла (нТл) (т.е. ~ 1: 2 000), с вариациями в течение нескольких секунд, как правило, около 1 нТл (т.е. ~ 1: 50 000). [11]
Вариации магнитного поля
Геомагнитные вариации с момента последнего обращения.Токи в ядре Земли, создающие ее магнитное поле, возникли по крайней мере 3 450 миллионов лет назад. [12] [13]
Магнитометры обнаруживают мельчайшие отклонения в магнитном поле Земли, вызванные железными артефактами, печами, некоторыми типами каменных построек и даже канавами и мусором в археологической геофизике.С помощью магнитных инструментов, адаптированных на основе бортовых детекторов магнитных аномалий, разработанных во время Второй мировой войны для обнаружения подводных лодок, были нанесены на карту магнитные вариации на дне океана. Базальт – богатая железом вулканическая порода, составляющая дно океана – содержит сильно магнитный минерал (магнетит) и может локально искажать показания компаса. Искажение было признано исландскими мореплавателями еще в конце 18 века. Что еще более важно, поскольку присутствие магнетита придает базальту измеримые магнитные свойства, эти магнитные вариации предоставили еще один способ изучения глубоководного дна океана.Когда вновь образованная порода охлаждается, такие магнитные материалы регистрируют магнитное поле Земли.
Часто магнитосфера Земли поражается солнечными вспышками, вызывающими геомагнитные бури, вызывающие проявления полярных сияний. Кратковременная нестабильность магнитного поля измеряется с помощью K-индекса.
Недавно в магнитном поле были обнаружены утечки, которые взаимодействуют с солнечным ветром Солнца способом, противоположным первоначальной гипотезе. Во время солнечных бурь это может привести к крупномасштабным отключениям электроэнергии и сбоям в работе искусственных спутников. [14]
- См. Также Магнитная аномалия
Инверсия магнитного поля
Основная статья: Геомагнитная инверсияОсновываясь на изучении лавовых потоков базальта во всем мире, было предложено, что магнитное поле Земли меняет направление на противоположное. с интервалами от десятков тысяч до многих миллионов лет, со средним интервалом примерно 300 000 лет. [15] Тем не менее, последнее такое событие, названное инверсией Брюнес – Матуяма, произошло примерно 780 000 лет назад.
Нет четкой теории относительно того, как могли произойти геомагнитные инверсии. Некоторые ученые создали модели ядра Земли, в которых магнитное поле лишь квазистабильно, а полюса могут самопроизвольно перемещаться из одной ориентации в другую в течение от нескольких сотен до нескольких тысяч лет. Другие ученые предполагают, что геодинамо сначала отключается либо самопроизвольно, либо в результате какого-либо внешнего воздействия, такого как удар кометы, а затем перезапускается с магнитным «северным» полюсом, указывающим либо на север, либо на юг.Внешние события вряд ли будут обычными причинами инверсий магнитного поля из-за отсутствия корреляции между возрастом ударных кратеров и временем инверсий. Независимо от причины, когда магнитный полюс переключается из одного полушария в другое, это называется инверсией, тогда как временные изменения наклона диполя, которые перемещают ось диполя через экватор, а затем возвращаются к исходной полярности, известны как отклонения.
Исследования потоков лавы на горе Стинс, штат Орегон, показывают, что магнитное поле могло смещаться со скоростью до 6 градусов в день в какой-то момент истории Земли, что значительно усложняет популярное понимание того, как работает магнитное поле Земли. . [16]
Подобные палеомагнитные исследования обычно состоят из измерений остаточной намагниченности вулканических пород. Осадки, отложенные на дне океана, ориентируются в соответствии с местным магнитным полем, сигнал, который может быть записан по мере их застывания. Хотя залежи магматических пород в основном парамагнитны, они действительно содержат следы ферри- и антиферромагнитных материалов в виде оксидов железа, что дает им способность обладать остаточной намагниченностью.Фактически, эта характеристика довольно часто встречается во многих других типах горных пород и отложений, обнаруженных по всему миру. Магнетит – один из наиболее распространенных оксидов, обнаруживаемых в природных отложениях.
В качестве примера того, как это свойство магматических пород позволяет нам определить, что поле Земли в прошлом менялось, рассмотрим измерения магнетизма на океанских хребтах. Прежде чем магма выйдет из мантии через трещину, она имеет чрезвычайно высокую температуру, превышающую температуру Кюри любого закиси железа, который она может содержать.Лава начинает остывать и затвердевать, когда попадает в океан, позволяя этим оксидам железа в конечном итоге восстановить свои магнитные свойства, в частности способность удерживать остаточную намагниченность. Если предположить, что единственное магнитное поле, присутствующее в этих местах, связано с самой Землей, эта затвердевшая порода становится намагниченной в направлении геомагнитного поля. Несмотря на то, что напряженность поля довольно мала, а содержание железа в типичных образцах горных пород невелико, относительно небольшая остаточная намагниченность образцов находится в пределах разрешающей способности современных магнитометров.Затем можно измерить возраст и намагниченность застывших образцов лавы, чтобы определить ориентацию геомагнитного поля в древние эпохи.
Обнаружение магнитного поля
Отклонения модели магнитного поля от данных измерений, данных, созданных спутниками с чувствительными магнитометрамиНапряженность магнитного поля Земли была измерена Карлом Фридрихом Гауссом в 1835 году и с тех пор неоднократно измерялась, показывая относительное ослабление около 10% за последние 150 лет. [17] Спутник Magsat и более поздние спутники использовали 3-осевые векторные магнитометры для исследования трехмерной структуры магнитного поля Земли. Более поздний спутник Эрстеда позволил провести сравнение, показывающее динамическое геодинамо в действии, которое, похоже, порождает альтернативный полюс под Атлантическим океаном к западу от Южной Африки. [18]
Правительства иногда используют подразделения, специализирующиеся на измерении магнитного поля Земли. Это геомагнитные обсерватории, обычно входящие в состав национальной геологической службы, например, обсерватория Эскдалемуир Британской геологической службы.Такие обсерватории могут измерять и прогнозировать магнитные условия, которые иногда влияют на связь, электроэнергию и другую деятельность человека. (См. Магнитную бурю.)
Международная сеть магнитных обсерваторий в реальном времени, включающая более 100 взаимосвязанных геомагнитных обсерваторий по всему миру, с 1991 года регистрирует магнитное поле Земли.
Военные определяют характеристики местного геомагнитного поля по порядку. для обнаружения аномалий на естественном фоне, которые могут быть вызваны значительным металлическим объектом, например, затопленной подводной лодкой.Как правило, эти детекторы магнитных аномалий используются в самолетах, таких как британский Nimrod, или буксируются в качестве инструмента или набора инструментов с надводных кораблей.
В коммерческих целях геофизические разведочные компании также используют магнитные детекторы для выявления естественных аномалий рудных тел, таких как Курская магнитная аномалия.
Животные, включая птиц и черепах, могут обнаруживать магнитное поле Земли и использовать это поле для навигации во время миграции. [19] Коровы и дикие олени склонны выстраивать свои тела с севера на юг во время отдыха, но не тогда, когда животные находятся под высоковольтными линиями электропередачи, что заставляет исследователей полагать, что причиной этого является магнетизм. Дайсон, П.Дж. (2009). «Биология: электрические коровы». Природа 458 (7237): 389. DOI: 10.1038 / 458389a. PMID 19325587.
Внешние ссылки
- Уильям Дж. Брод, Будет ли компас указывать на юг? . New York Times, 13 июля 2004 г.
- John Roach, Почему меняется магнитное поле Земли? . National Geographic, 27 сентября 2004 г.
- Когда север идет на юг . Проекты в области научных вычислений, 1996.
- Трехмерный имитатор заряженных частиц в магнитном поле Земли . Инструмент, предназначенный для трехмерного моделирования заряженных частиц в магнитосфере. [Требуется подключаемый модуль VRML]
- Великий Магнит, Земля , История открытия магнитного поля Земли Дэвидом П. Стерном.
- Исследование магнитосферы Земли , Образовательный веб-сайт Дэвида П. Стерна и Маурисио Передо
Верно ли, что сила магнитного поля Земли уменьшается? Какой эффект?
Ричард К.Брилл, доцент геологии и геофизики Общинного колледжа Гонолулу на Гавайях, предоставляет следующий ответ:Изображение: Национальный центр геофизических данных БЕЗОПАСНЫЕ ПОЛЯ. Компьютерные модели указывают на то, что сила магнитного поля Земли снизилась примерно на 10 процентов за последнее столетие. |
Магнитное поле Земли постоянно меняется, и то, как оно изменяется. изменения.При описании магнитного поля Земли мы должны указать как направление, так и напряженность поля. С оба они меняются и изменяются по-разному в разных местах, нелегко сказать, как поле Земли в целом меняется. Его необходимо измерить во многих местах, чтобы получить хорошее представление о его распространении.
Из-за сложности Магнитное поле Земли и постоянные изменения невозможно предсказать, каким будет поле в любое время в далеком месте. будущее.Используя данные многих магнитных обсерваторий, геофизики могут сделать математические представления поля и как это меняется. Эти модели необходимо постоянно пересматривать по мере добавления новых данных из многих наблюдений.
Хотя
магнитные инверсии происходили много раз в геологическом прошлом, пока невозможно предсказать, когда будет следующий разворот.
происходить. Самый последний поворот произошел около 700 000 лет назад. В последние 200 миллионов лет инверсии происходили каждые
полмиллиона лет или около того, но без видимой закономерности или закономерности.
В большинстве мест произошло общее снижение численности за последнее столетие, обычно примерно на десять процентов. Ни один. Никто может сказать с какой-либо уверенностью, представляет ли это колебание или это снижение, которое в конечном итоге приведет к разворот. Прошлые инверсии произошли за короткий период времени, говоря геологически, около 10 000 лет.Для того, чтобы Для того, чтобы произошел разворот, должно быть короткое время, в течение которого поле не существует.
Последствия сокращения предсказать непросто. Магнитное поле Земли простирается наружу от Земли, образуя щит, который фокусирует космические лучи по направлению к магнитным полюсам и от других широт. В отсутствие этого магнитного В поле или магнитосфере эти космические лучи бомбардировали бы всю Землю с большей интенсивностью, чем сегодня.Эффекты космические лучи, воздействующие на жизнь в целом, точно неизвестны, но ожидается, что они вызовут повреждение тканей, подобное тому, которое эффекты рентгеновских лучей.
Некоторые ученые предполагают, что некоторые, если не все массовые вымирания, уничтожившие тысячи видов жизни на Земля может быть связана с перемагничиванием. Произошло так много откатов, что маловероятно, что все они вызвали гибель большого количества видов.
Никто не знает, насколько важен магнетизм для жизни в целом.Многие мигрирующие животные, такие как птицы, киты и бабочки, используют магнетизм для навигации. У других организмов есть небольшие участки в в котором сосредоточен магнитный минерал, известный как магнетит. Есть некоторые свидетельства того, что наш мозг может содержать зерна магнетита.
Когда произойдет следующий разворот, несколько поколений ученых, изучающих его, будут много знать больше о последствиях, и наши исследования могут в конечном итоге узнать больше о причинах изменений и разворотов земной магнитное поле.
Магнитное поле Земли, также известное как геомагнитное поле, – это магнитное поле, которое простирается от недр Земли до места встречи с солнечным ветром, потоком заряженных частиц, исходящих от Солнца. Его величина на поверхности Земли колеблется от 25 до 65 микротеслав (от 0,25 до 0,65 гаусс). Грубо говоря, это поле магнитного диполя, наклоненного в настоящее время под углом примерно 10 градусов по отношению к оси вращения Земли, как если бы стержневой магнит был расположен под этим углом в центре Земли.Однако, в отличие от стержневого магнита, магнитное поле Земли изменяется со временем, потому что оно создается геодинамо (в случае Земли, движением расплавленных сплавов железа во внешнем ядре).
Северный и Южный магнитные полюса широко блуждают, но достаточно медленно, чтобы обычные компасы оставались полезными для навигации. Однако с нерегулярными интервалами, в среднем несколько сотен тысяч лет, поле Земли меняет местами, и Северный и Южный магнитные полюса относительно резко меняются местами.Эти перевороты геомагнитных полюсов оставляют рекорды в горных породах, которые представляют ценность для палеомагнетиков при расчетах геомагнитных полей в прошлом. Такая информация, в свою очередь, полезна при изучении движений континентов и океанов в процессе тектоники плит. Магнитосфера – это область над ионосферой, простирающаяся на несколько десятков тысяч километров в космос, защищая Землю от заряженных частиц солнечного ветра и космических лучей, которые в противном случае разделили бы верхние слои атмосферы, включая озоновый слой, защищающий Землю. от вредного ультрафиолета.
Магнитное поле Земли служит для отражения большей части солнечного ветра, заряженные частицы которого в противном случае разрушили бы озоновый слой, защищающий Землю от вредного ультрафиолетового излучения. Один из механизмов снятия изоляции заключается в улавливании газа пузырьками магнитного поля, которые разрываются солнечным ветром. Расчеты потери углекислого газа из атмосферы Марса в результате поглощения ионов солнечным ветром показывают, что рассеяние магнитного поля Марса привело к почти полной потере его атмосферы.
Изучение прошлого магнитного поля Земли известно как палеомагнетизм. Полярность магнитного поля Земли регистрируется в магматических породах, и инверсии поля, таким образом, можно обнаружить как «полосы» с центром на срединно-океанических хребтах, где расширяется морское дно, в то время как стабильность геомагнитных полюсов между инверсиями позволила палеомагнетистам отслеживать движение континентов в прошлом. Инверсии также служат основой для магнитостратиграфии, способа датирования горных пород и отложений.Поле также намагничивает кору, и магнитные аномалии можно использовать для поиска залежей металлических руд.
Люди использовали компасы для определения направления с 11 века нашей эры, а для навигации – с 12 века. Хотя магнитное склонение действительно смещается со временем, это блуждание достаточно медленное, поэтому простой компас остается полезным для навигации. Используя магнитоцепцию, различные другие организмы, от почвенных бактерий до голубей, могут обнаруживать магнитное поле и использовать его для навигации.
Изменения напряженности магнитного поля коррелируют с изменением количества осадков в тропиках.
Из Википедии, свободной энциклопедии
Swarm исследует ослабление магнитного поля Земли
Применения20.05.2020 162875 просмотры 549 классов
На территории от Африки до Южной Америки магнитное поле Земли постепенно ослабевает.Это странное поведение озадачило геофизиков и вызывает технические нарушения на спутниках, вращающихся вокруг Земли. Ученые используют данные созвездия Роя ЕКА, чтобы лучше понять эту область, известную как «Южно-Атлантическая аномалия».
Магнитное поле Земли жизненно важно для жизни на нашей планете. Это сложная и динамическая сила, которая защищает нас от космического излучения и заряженных частиц Солнца. Магнитное поле в значительной степени создается океаном перегретого закрученного жидкого железа, который составляет внешнее ядро примерно в 3000 км под нашими ногами.Действуя как вращающийся проводник в динамо-машине велосипеда, он создает электрические токи, которые, в свою очередь, создают наше непрерывно изменяющееся электромагнитное поле.
Это поле далеко не статичное и различается как по силе, так и по направлению. Например, недавние исследования показали, что положение северного магнитного полюса быстро меняется.
За последние 200 лет магнитное поле потеряло около 9% своей силы в среднем по миру. Между Африкой и Южной Америкой образовалась обширная область пониженной магнитной напряженности, известная как Южно-Атлантическая аномалия.
Воздействие радиации на Южноатлантическую аномалиюС 1970 по 2020 год минимальная напряженность поля в этой области упала примерно с 24 000 нанотесла до 22 000, в то же время площадь аномалии увеличивалась и перемещалась на запад со скоростью около 20 км в год. За последние пять лет к юго-западу от Африки появился второй центр минимальной интенсивности, что указывает на то, что Южно-Атлантическая аномалия может разделиться на две отдельные ячейки.
Магнитное поле Земли часто визуализируется как мощный диполярный стержневой магнит в центре планеты, наклоненный примерно на 11 ° к оси вращения. Однако рост Южно-Атлантической аномалии указывает на то, что процессы, связанные с генерацией месторождения, намного сложнее. Простые дипольные модели не могут объяснить недавнее развитие второго минимума.
Ученые из кластера данных, инноваций и науки (DISC) используют данные спутниковой группировки ESA, чтобы лучше понять эту аномалию.Спутники Swarm предназначены для идентификации и точного измерения различных магнитных сигналов, составляющих магнитное поле Земли.
Созвездие рояЮрген Мацка из Немецкого исследовательского центра наук о Земле говорит: «Новый восточный минимум Южно-Атлантической аномалии появился за последнее десятилетие и в последние годы активно развивается. Нам очень повезло иметь на орбите спутники Swarm для исследования развития Южно-Атлантической аномалии.Теперь задача состоит в том, чтобы понять процессы в ядре Земли, вызывающие эти изменения ».
Было высказано предположение, является ли текущее ослабление поля признаком того, что Земля движется к значительному изменению полярности, при котором северный и южный магнитные полюса меняются местами. Такие события происходили много раз на протяжении всей истории планеты, и хотя нам давно пора узнать о средней скорости, с которой происходят эти инверсии (примерно каждые 250 000 лет), падение интенсивности в Южной Атлантике, происходящее сейчас, находится в пределах того, что считается нормальные уровни колебаний.
На уровне поверхности Южно-Атлантическая аномалия не вызывает тревог. Однако спутники и другие космические аппараты, пролетающие через этот район, с большей вероятностью будут иметь технические неисправности, поскольку магнитное поле в этом регионе слабее, поэтому заряженные частицы могут проникать на высоты спутников на низкой околоземной орбите.
Тайна происхождения Южно-Атлантической аномалии еще не решена. Однако одно можно сказать наверняка: наблюдения магнитного поля с помощью Swarm дают новое захватывающее представление о малоизученных процессах, происходящих внутри Земли.
КакСпасибо за лайк
Вам уже понравилась эта страница, вам может понравиться только один раз!
Создание карты магнитного поля Земли · Границы для молодых умов
Аннотация
Земля имеет твердое внутреннее ядро и жидкое внешнее ядро, оба из которых сделаны из железа и никеля. По металлу проходит электрический ток, который питается от движения жидкости.Электрический ток создает магнитное поле, которое распространяется от ядра на поверхность Земли и за ее пределы. Ожидается, что магнитное поле, сформированное ядром Земли, будет выровнено с осью вращения, но оно немного отклоняется по причинам, которые не совсем понятны. Стрелка компаса обычно указывает не на истинный север (ось вращения Земли), а на магнитный северный полюс. Угол между истинным севером и магнитным севером в любом конкретном месте на Земле называется углом склонения.Карты угла склонения очень сложны, и из-за потока внешнего ядра положение магнитного севера смещается во времени.
Введение
Внешнее ядро Земли
Планету Земля можно разделить на четыре слоя: твердое внутреннее ядро в центре, жидкое внешнее ядро , каменистую мантию и кору на поверхности, на которой мы живем. Ядро Земли имеет ширину около 6800 км и начинается примерно на полпути к центру планеты (рис. 1b).Он на девять десятых состоит из железа и никеля [1]. Внутреннее ядро размером с Луну. Он очень горячий (> 5000 ° C) и твердый из-за чрезвычайно высокого давления, создаваемого весом материала над ним.
- Рис. 1 – (a) Иллюстрация силовых линий магнитного поля от простого стержневого магнита, аналогичного магнитному полю Земли.
- Как и Земля, южный полюс (обозначенный буквой «S») на самом деле находится в северном полушарии. (b) Ядро Земли видно в центре планеты.Скалистая мантия и кора на этом снимке прозрачны. Внешнее ядро показано оранжевым цветом, а внутреннее ядро показано более темной сферой в центре. Магнитное поле (синие линии) создается во внешнем сердечнике. Справа – вид художника на магнитный спутник Swarm, который чувствует изменение направления компаса, когда он летит через магнитное поле Земли по своей орбите (серая линия). © ESA / ATG Medialab. Рисунок 1a, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Earth’s_mintage_field_pole.svg
Еще дальше от центра Земли находится жидкое внешнее ядро размером с Марс. Металл все еще очень горячий (> 3000 ° C), но, несмотря на высокое давление, внешнее ядро на самом деле очень жидкое, так как тепло преодолевает влияние давления. Внешнее ядро течет так же легко, как вода на поверхности Земли. Это означает, что металл постоянно движется и течет, как океаны. Подобно тому, что происходит, когда вы быстро размешиваете чашку чая, быстрое вращение Земли один раз в день заставляет жидкость во внешнем ядре тоже вращаться.
Ядро пытается остыть. Однако каменистая мантия между ядром и поверхностью действует как покров, не позволяя ядру остыть слишком быстро. Ядро пытается найти другие способы избавиться от избыточного тепла и энергии. Один из способов сделать это – создать магнитное поле. Магнитное поле может проходить до поверхности Земли, позволяя ядру высвободить небольшое количество энергии.
Электричество создает магнитное поле
Магнетизм и электричество физически связаны – вы обычно получаете одно, когда создается другое, и это также происходит внутри ядра.Жидкий металл сердечника слишком горячий, чтобы быть постоянным магнитом, таким как магнит на холодильник, но это электропроводящий материал , как медная проволока. Подобно проводам в вашем доме, жидкое ядро пропускает очень большой электрический ток, который, в свою очередь, создает сильное магнитное поле.
Электричество создается за счет движения жидкого металла, подобно ветряной турбине, которая создает электричество из движения лопастей. Электричество течет вокруг экватора планеты по очень большой петле и создает сильное магнитное поле, выходящее за пределы внешнего ядра.Магнитное поле проходит до поверхности Земли и выходит в космос.
Он создает магнитное поле в форме стержневого магнита (рис. 1а). Магнитное поле распространяется в космос, образуя «пузырь», в котором находится Земля. Этот магнитный пузырь защищает атмосферу планеты от магнитного поля Солнца, которое в противном случае лишило бы земную атмосферу за миллиарды лет.
Способ создания магнитного поля Земли очень сложен и не совсем понятен сегодняшним ученым.Считается, что петля электрического тока в сердечнике не образует идеального круга, проходящего вокруг экватора, поэтому магнитное поле на самом деле несколько «наклонено» примерно на 11 ° от оси вращения Земли. Сила электрического тока также изменяется со временем, что приводит к изменению магнитного поля на поверхности Земли. Наконец, поток жидкого металла «увлекает» магнитное поле на запад. Все эти различные процессы в совокупности делают магнитное поле очень сложным, и трудно предсказать, как оно изменяется с течением времени.Примерно четыре раза каждые миллион лет магнитное поле меняется на противоположное, когда полюса «переворачиваются», хотя для этого требуются тысячи лет.
Магнитное поле на поверхности Земли
Хотя общая форма магнитного поля Земли похожа на простой стержневой магнит, если вы посмотрите на магнитное поле в деталях, все будет намного сложнее. Обычно стрелка компаса указывает приблизительно на север, но не на истинный север (точку, вокруг которой вращается Земля).Угол между истинным севером и направлением стрелки компаса называется склонением . Стрелка компаса указывает на место, называемое магнитным северным полюсом .
Магнитное поле очень полезно для навигации. Китайцы использовали базовые компасы еще в 1100-х годах, чтобы определять направление. Первую карту сделал Эдмунд Галлей, прославившийся кометой Галлея, для использования кораблями, плывущими по Атлантическому океану в 1699 году. Он понял, что магнитное поле постоянно меняется, и предположил, что в центре Земли есть слой жидкости.Северный магнитный полюс был открыт Джеймсом Клерком Россом в 1831 году в Канаде. Однако, что еще больше усложняет ситуацию, магнитный северный полюс не остается на одном и том же месте, а вместо этого все время перемещается из-за потока внешнего ядра.
В настоящее время (в 2019 году) северный магнитный полюс все еще находится на севере Канады, но он движется со скоростью около 50 км в год и пересечет север России где-то в следующем десятилетии. На рисунке 2 показано расположение Северного и Южного магнитных полюсов с 1900 по 2020 годы.Обратите внимание, как быстро двигался Северный полюс с 2000 года, в то время как Южный полюс не сильно сдвинулся по сравнению с этим.
- Рисунок 2 – Расположение магнитных полюсов показано каждые пять лет (красные точки) с 1900 по 2020 год для северного магнитного полюса (a) и южного магнитного полюса (b) .
- Обратите внимание, что с 1900 года северный магнитный полюс переместился намного дальше и быстрее, чем южный магнитный полюс.
Создание карты
Теоретически составить карту магнитного поля достаточно просто.Все, что вам нужно, это устройство GPS (например, смартфон), чтобы определить ваше точное местоположение и помочь вам найти направление на истинный север. Вам также понадобится компас. Во-первых, используйте GPS, чтобы определить направление на истинный север. Это можно сделать, поместив две палки в землю вдоль линии постоянной долготы. Встаньте между палками и определите угол между стрелкой компаса и истинной линией севера, которую вы провели с помощью двух палок. Поздравляем, вы измерили склонение! Чтобы составить карту, повторите это измерение в другом месте и в другом.Сделайте это несколько миллионов раз по всему миру, включая океаны и пустыни, и ваша работа будет завершена … по крайней мере, на несколько лет, пока магнитный Север не сдвинется. Очевидно, что это невозможно для человека, но для спутника это возможно.
С 1999 года было три европейских спутника для очень точных измерений магнитного поля Земли. На рисунке 1b показано, как спутник воспринимает магнитное поле, исходящее от внешнего ядра. Нынешнее трио спутников, получившее название Swarm, летает на высоте от 450 до 500 км над поверхностью Земли и движется со скоростью 8 км в секунду.Им требуется около 90 минут, чтобы облететь Землю, и они совершают 15 оборотов в день. Через 4 месяца они производят достаточно измерений по всему миру, чтобы создать карту [2].
Измерения спутников собираются в компьютер, где математический процесс, называемый инверсией, используется для создания карты (или снимка) магнитного поля в фиксированный момент времени. На рисунке 3 показана карта угла склонения на январь 2019 года, показывающая, насколько сложным является магнитное поле на самом деле.
- Рис. 3. Угол склонения для 2019 года (в градусах) по модели Международного опорного геомагнитного поля (IGRF-12).
- Цвета показывают угол между Магнитным Севером и Истинным Севером. Белые области – это места, где компас указывает почти точно на север. Синие цвета показывают регионы, где компас указывает к западу от истинного севера, а красные цвета показывают, где компас указывает к востоку от истинного севера. Вы можете увидеть очень сложную картину углов склонения по всему миру [3].
Поскольку изменение магнитного поля не предсказуемо дольше 10 лет, эти карты магнитного поля регулярно обновляются каждые 5 лет.Некоторые карты создаются бесплатно группой ученых со всего мира и известны как Международное опорное геомагнитное поле или IGRF [3]. Создание хорошей карты требует больших усилий и требует нескольких месяцев работы. Последняя версия была выпущена в 2015 году, а следующая будет готова к 2020 году.
Магнитная карта на вашем смартфоне
Вы, вероятно, больше всего знакомы с использованием магнитного поля Земли для навигации – подумайте о кораблях, плывущих по океану, или о людях, идущих по горам.Однако, если вы когда-либо использовали карту на смартфоне, чтобы найти, куда хотите отправиться, то вы также использовали карту магнитного поля Земли.
Когда вы открываете приложение карты, ваше местоположение обычно отображается в виде маленькой точки со стрелкой или треугольником, указывающим направление, в котором вы смотрите. Смартфоны используют встроенный цифровой компас для определения направления магнитного севера. Однако, поскольку карты выровнены по истинному северу, программное обеспечение телефона должно корректировать разницу склонения.Телефон использует ваше местоположение по GPS для определения правильного угла по карте склонений, например IGRF. Из рисунка 3 видно, что в некоторых частях света этот угол может достигать 45 °.
Заключение
Создание карт магнитного поля Земли – сложный процесс, который необходимо повторять не реже одного раза в 5 лет, чтобы карты оставались актуальными. Карты могут рассказать нам о внешнем ядре Земли, и они также полезны для многих практических приложений, которые вы, вероятно, испытали, например, для навигации по городу с помощью смартфона.
Глоссарий
Внешнее ядро : ↑ Слой жидкого металла внутри Земли, начинающийся примерно на полпути к центру.
Электропроводящий материал : ↑ Материал, который позволяет электричеству легко проходить через него.
Склонение : ↑ Угол между магнитным севером и истинным севером.
Магнитный север : ↑ Точка на поверхности Земли, где магнитное поле направлено прямо к центру Земли.
Заявление о конфликте интересов
Автор заявляет, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.
Список литературы
[1] ↑ Lowrie, W. 2007. Основы геофизики, 2-е изд. . Кембридж: Издательство Кембриджского университета.
[2] ↑ Олсен, Н., Юло, Г., Лесур, В., Финли, К. К., Бегган, К., Чуллиат А. и др. 2015. Модель начального поля Swarm для геомагнитного поля 2014 года. Geophys. Res. Lett . 42: 1092–8. DOI: 10.1002 / 2014GL062659
[3] ↑ Thébault, E., Finlay, C. C., Beggan, C. D., Alken, P., Aubert, J., Barrois, O., et al. 2015. Международное опорное геомагнитное поле (IGRF): 12-е поколение. Земля Планеты Космос 67:79. DOI: 10.1186 / s40623-015-0228-9
Невероятная странность магнитного поля Земли
Большинство людей не знают, что магнитное поле Земли имеет слабое место размером с континентальную часть Соединенных Штатов, которое парит над Южной Америкой и южной частью Атлантического океана.
Мы защищены от любых воздействий на земле, но нашим спутникам не так повезло: когда они проникают через эту магнитную аномалию, их бомбардируют излучением более интенсивным, чем где-либо еще на орбите. Есть основания полагать, что эта вмятина в магнитном поле, называемая Южно-Атлантической аномалией, становится только больше.
Эта аномалия – далеко не единственная необычная особенность магнитного поля Земли.
Сотни раз в истории Земли наше магнитное поле менялось на противоположное, переключаясь между севером и югом в планетарном триггере.Магнитный Северный полюс Земли тоже продолжает дрейфовать, в хаотичном танце спотыкаясь вокруг Арктики. И ученые обнаружили импульсы магнитного поля Земли – так называемые геомагнитные рывки – которые могут подорвать наши навигационные системы.
Тем не менее, прогнозирование этих изменений остается сложной задачей. «Как и прогнозы погоды, вы не можете предсказать эволюцию ядра дальше нескольких десятилетий», – сказал Жюльен Обер, исследователь из Парижского института физики Земли.
Напряженность магнитного поля, измеряемая в нанотеслах, резко падает в районе Южно-Атлантической аномалии.Фото: ESAНо ученые хотят знать, как магнитное поле Земли изменится в более отдаленном будущем. Без магнитного поля спутники могут быть потеряны, а инструменты, основанные на точных магнитных моделях для навигации, могут выйти из строя.
Ответы придут еще не скоро. Магнитное поле защищает атмосферу Земли от вредного излучения Солнца. Ученые узнают, что Солнце способно к эмиссии – солнечным вспышкам – даже более разрушительным, чем мы когда-либо думали, и понимание силы и вариаций нашего магнитного поля жизненно важно для понимания того, насколько мы можем оказаться в опасности от следующей большой солнечной бури.
Железное сердцеКукольник, который управляет магнитным полем, – это ядро Земли, перегретое сердце нашей планеты, которое горит так же горячо, как поверхность Солнца.
В ядре расплавленные металлы постоянно находятся в движении, так как горячие плавучие струи более легкого материала поднимаются наружу. В самом центре находится небольшое твердое внутреннее ядро, которое растет по мере охлаждения Земли.
Математика геодинамо настолько запутана, что Альберт Эйнштейн не поверил ей.Эта планетарная анатомия создает основу для активного магнитного поля. Постоянная потребность ядра в охлаждении и, следовательно, в конвекции приводит в действие электрический генератор нашей планеты. Генератор создает самоподдерживающееся магнитное поле посредством процесса, называемого геодинамо. Математика геодинамо настолько запутана, что Альберт Эйнштейн не поверил этой теории, когда один из ее основателей, Вальтер М. Эльзассер, предложил ему ее.
Геодинамо работает, потому что естественная конвекция жидкого ядра проталкивает металлы через существующее слабое магнитное поле, возбуждая электрический ток.Из-за взаимосвязи между электричеством и магнетизмом ток создает второе магнитное поле, и процесс повторяется. Этот процесс был самоподдерживающимся на протяжении большей части истории Земли.
Хотя ядро находится в тысячах километров под нашими ногами, создаваемое им магнитное поле простирается далеко в космос, окружая планету подобно броне. Но доспехи нашей планеты несовершенны, и результаты могут быть душераздирающими.
Щель в доспехах Земли Геомагнитные рывки движутся вдоль силовых линий магнитного поля Земли, показанных здесь внутри ядра.Фото: Жюльен Обер, IPGP / CNRSРанней весной 2016 года группы инженеров в Японии наблюдали, как их ценный спутник вышел из-под контроля.
Команды, создавшие спутник Hitomi, запущенный всего пятью неделями ранее, надеялись, что космический корабль будет наблюдать черные дыры, скопления галактик и другие объекты с высокой энергией. На спутнике даже был замечательный рентгеновский калориметр – триумф инженерной мысли за три десятилетия.
Но каскад событий, начавшийся с столкновения с Южноатлантической аномалией, казалось, обрекал Хитоми на гибель.Пройдя через аномалию, бортовая система, которая контролировала ориентацию спутника, дала сбой, когда он поворачивался для наблюдения за новым звездным скоплением. Этот маневр привел к серии программных ошибок, которые заставили Hitomi безумно крутиться. Вскоре спутник разбился на 11 частей.
«Это научная трагедия», – сказал тогда Nature астроном из Мэрилендского университета в Колледж-Парке Ричард Мушоцки.
Другой космический корабль стал жертвой Южно-Атлантической аномалии.Напряженность магнитного поля на высоте многих спутников в аномалии вдвое меньше, чем где-либо еще, а слабое поле не так эффективно отталкивает излучение. Внутренний радиационный пояс Ван Аллена, радиационный диск в форме пончика вокруг Земли, который улавливает частицы высокой энергии, прилегает к аномалии намного ближе к поверхности из-за ослабленного поля.
Любой спутник на околоземной орбите – обычная высота для спутников наблюдения Земли – должен пройти через аномалию.Космический телескоп Хаббл проводит в этом регионе 15% своей жизни и регулярно отключает свои светочувствительные камеры, чтобы избежать повреждений. Некоторые инструменты, такие как Ionospheres Connection Explorer НАСА, отключают электрические компоненты детектора ультрафиолетовых фотонов каждый раз, когда они проходят. В первые дни существования Международной космической станции аномалия вызвала бы сбой в компьютерах астронавтов.
Радиация оставляет зеленые и красные пятна на изображениях космического телескопа Хаббл во время прохождения через Южно-Атлантическую аномалию.Одна камера на борту телескопа может бодрствовать в аномалии, но ее изображения зашумлены. Предоставлено: ESA. Но иногда спутнику просто не везет. Эшли Грили, научный сотрудник Центра космических полетов имени Годдарда НАСА, вспомнила спутник CubeSat, который умер вскоре после запуска. Во время пусковых проверок и этапа ввода в эксплуатацию «мы думаем, что энергичная частица попала в неправильное место и в неподходящее время, и, к сожалению, мы так и не получили данных», – сказала она.
Растущая аномалияИсследователи обнаружили Южно-Атлантическую аномалию в 1958 году, когда спутники впервые начали измерять радиацию в космосе.«Теперь этот регион занимает видное место в большинстве моделей», – сказал Теренс Сабака из НАСА. «Все в значительной степени согласны с его размером, формой и прочностью». Хотя это все еще вопрос предположений, есть некоторые свидетельства того, что аномалия существует с самого начала 19 века, а может быть, даже раньше.
Настоящие дебаты связаны с тем, что аномалия будет делать дальше.
Возможно, вмятина раскалывается, или, возможно, появляется еще одно слабое место, которое врезается в нее. Грили впервые взглянула на аномалию во время своей докторской работы.Просматривая спутниковые данные за 20 лет, она вычислила размер аномалии во время каждого прохода Солнечных аномальных и магнитосферных частиц. По ее словам, спутники на низкой околоземной орбите проходят через регион примерно каждую неделю, и этот переход длится несколько минут.
Со временем Грили обнаружил, что Южно-Атлантическая аномалия смещается на запад (примерно на 1 ° долготы каждые 5 лет) и даже немного на север. В конце концов, «большая часть этого будет над сушей», – сказала она.Прицел от аномалии пройдет над Аргентиной, Боливией, Бразилией, Чили и Парагваем.
Прогноз, сделанный ученым НАСА Вейджиа Куанг и профессором округа Балтимор Эндрю Тангборном из Университета Мэриленда, показывает, что аномалия не только мигрирует на запад, но и увеличивается в размерах. Через пять лет область ниже напряженности поля 24000 нанотесла (примерно половина нормальной магнитной напряженности) вырастет примерно на 10% по сравнению со значениями 2019 года. По словам Куанг, вмятина также может расколоться, или, возможно, независимо от нее возникнет другое слабое место.
Южноатлантическая аномалия в настоящее время охватывает части южной части Африки, большую часть южной части Атлантического океана и Южную Америку. По прогнозам, через 5 лет регион будет расти и раздваиваться. Нажмите на изображение для увеличения. Предоставлено: Вейджиа Куанг и Теренс Сабака / NASA GSFC. Хотя, по прогнозам, в следующие 5 лет вмятина будет расти, делать прогнозы на будущее невозможно, сказал Куанг. Движение жидкости в ядре Земли настолько турбулентно, что небольшое возмущение в системе может привести к целому ряду результатов, которые мы не можем предвидеть.Чем дальше вы продвигаетесь во времени, тем больше появляется безудержных ситуаций.
Хотя будущее неопределенно, изучение аномалии «дает нам очень хорошее окно для понимания не только основной динамики», – сказал Куанг, но и «региональных свойств этой области».
К счастью, аномалия не может повредить жизни на поверхности, сказал Куанг. «Но если он продолжит ослабевать со временем, это может в конечном итоге повлиять на нас». Дыра в нашем поле подвергнет нас воздействию частиц высокой энергии, которые могут вызвать выброс энергосистем и разъедать защитные газы в нашей атмосфере.
Магнитная дрожь и блуждающий полюсДочь Чэнли Хуанга часто слышала знакомую историю перед сном.
Однажды четверо слепых решили пойти в зоопарк навестить слона. Они никогда не встречали ни одного раньше и хотели знать, как он выглядит. Первый человек подошел к слону, пощупал его хобот и объявил, что это «изогнутая лопатка». Второй коснулся его хвоста и пришел к выводу, что это похоже на палку. Третий мужчина осторожно похлопал по телу и объявил, что животное похоже на стену, тогда как четвертый почувствовал его ногу и сказал, что это было похоже на столб.
По отдельности четверо мужчин понимали только одну часть слона. Но вместе они получили более четкое представление об истинной природе слона.
Древние исследователи погибли, пытаясь установить станции наблюдения в отдаленных местах. Хуан также рассказывает эту историю своему коллеге Пэншо Дуаню. Когда астрономы заглядывают внутрь Земли, у них нет возможности «почувствовать» истинную природу ядра. Но они могут исследовать различные аспекты, сотрудничать и сравнивать с другими, чтобы составить более полную картину.
Ученые давно занимаются этим поиском, иногда со смертельным исходом. Исследователи прошлого погибли, пытаясь установить станции наблюдения в отдаленных местах, как обреченный английский исследователь сэр Джон Франклин, чья экспедиция по магнитным наблюдениям Северного полюса в 1845 году закончилась тем, что 129 человек погибли и два корабля потерялись.
Как только по всему миру возникли долговечные наземные обсерватории, ученые заметили странные отклонения в полях, в том числе, например, то, что наши магнитные Северный и Южный полюса свободно перемещаются по планете.Это правда, что полюса не уклоняются от осей вращения Земли из-за неравномерного и турбулентного потока в ядре, но они также постепенно дрейфуют, как силовые линии закрученного поля динамики ядра. В прошлом веке магнитный Северный полюс шествовал через канадскую Арктику, а с 2000-х годов он шагает по Северному Ледовитому океану.
Но иногда это постепенное движение ускоряется, казалось бы, случайным образом, и дрейф магнитного поля Земли идет в другом направлении. Эти отклонения называются геомагнитными рывками.
Вы можете заметить рывки на V-образных графиках изменения направления магнитного поля с течением времени. Предоставлено: Жюльен Обер, IPGP / CNRS из французских данных BCMT. Ученые также называют рывки «V-образными» событиями, основываясь на их появлении на графиках скорости изменения поля во времени. События обычно длятся от 1 до 3 лет, а первый задокументированный случай был зарегистрирован в 1902 году. С тех пор произошли десятки рывков.
Последний рывок был в 2016 году, когда он толкнул поле и резко сместил дрейф Северного полюса.Мероприятие было довольно неудобным, потому что ученые только что выпустили 5-летнюю модель магнитного поля Земли, названную World Magnetic Model (WMM). Команде WMM пришлось досрочно обновить модель, чтобы избежать недопустимых навигационных ошибок.
Хотя происхождение рывков является предметом активных исследований, недавнее исследование в журнале Nature Geoscience, проведенное Обертом и Крисом Финли из Технического университета Дании, предполагает, что рывки могут возникать в результате толчка и притяжения сил внутри Земли (немного.ly / jerks-research). Когда горячий шлейф вырывается через внешнее ядро, тонкий баланс между планетарными, вращательными и электромагнитными силами нарушается. Несбалансированные силы вызывают дрожь вдоль силовых линий магнитного поля в виде волн.
Следующий рывок может уже начаться. Недавний анализ Хуанга и Дуана предсказал, что следующее событие произойдет в 2020 или 2021 году.
В этом случае ученым, возможно, потребуется обновить магнитные карты, на которые опираются деятельность промышленности и правительства.Компании, ведущие бурение на нефть и газ, например, используют точно настроенные магнитные модели для рытья скважин. Но не все рывки вызывают изменения направления, поэтому время покажет, каков будет результат.
Рывки могут пролить свет на тепловые свойства ядра – горячо обсуждаемая тема, которая влияет на наши представления обо всем, от возраста ядра до начала тектоники плит. Однако еще слишком рано говорить, происходит ли толчок прямо сейчас. Финли, член группы, которая публикует модели магнитного поля каждые 6 месяцев, сказал, что невозможно идентифицировать геомагнитные рывки, пока они не произошли, потому что исследователи должны анализировать данные с течением времени.По словам Финли, на то, чтобы узнать это наверняка, потребуется около двух лет.
Независимо от того, приближается ли к нам следующее событие, геомагнитные рывки – это одна из составляющих видения «слона» магнитного поля Земли. Рывки могут пролить свет на тепловые свойства ядра – горячо обсуждаемая тема, которая влияет на наши представления обо всем, от возраста ядра до начала тектоники плит.
Решение загадки происхождения рывка устранит «камень преткновения» в будущих предсказаниях магнитного поля, сказал Обер, что нам крайне необходимо, чтобы лучше понять защитную броню нашей планеты.
Как избежать Судного дняВладимир Айрапетян не жалеет слов, когда речь идет об апокалиптических сценариях и нашем магнитном поле.
Художник показывает солнечную вспышку, покидающую Солнце и несущуюся к Земле. Предоставлено: NASA. В одном мрачном сценарии катастрофически массивная солнечная вспышка охватывает Землю и выбивает озоновый слой, подвергая нас разрушительному ультрафиолетовому излучению, которое, как известно, вызывает рак. По словам Айрапетяна, за 6–12 месяцев, которые потребуются для восстановления нашего озонового слоя, мы будем жить как «ночные животные».
«Вам придется спуститься под землю и выйти ночью», – сказал Айрапетян, ученый НАСА из Центра космических полетов Годдарда. «Это сценарий голливудского типа».
Рассказы о катастрофическом отказе нашего поля являются частью знаний о работе с магнитным полем Земли. Люди всегда хотят знать: «Когда происходит действительно действительно плохое?» – сказал Обер.
Хотя преобладающая наука предполагает, что эти сценарии судного дня возможны, они крайне маловероятны.Магнитное поле Земли непостоянно, покрыто кратерами и постоянно меняется, но у ученых нет оснований полагать, что это поле не защитит нас на десятилетия – а скорее всего, столетия – в будущем.
Даже один из самых драматических сценариев – перемагничивание – маловероятен в обозримом будущем. Последний поворот произошел 780 000 лет назад, и исследователи предполагают, что за многомиллиардное время существования магнитного поля полюса менялись сотни раз.
Наша звезда может быть способна выстрелить вспышкой эпических масштабов.Но у ученых нет убедительных доказательств того, что нас ждет инверсия поля, сказала Кэтрин Констебл, ученый из Института океанографии Скриппса, изучающая инверсию магнитного поля. «Сфера меняется так постепенно, что мы будем справедливо предупреждены, по крайней мере, через несколько десятилетий», – сказал Констебль.
Возможно, более серьезная опасность исходит из космоса. Магнитное поле – наша основная линия защиты от натиска высокоэнергетических частиц Солнца. Недавнее исследование Айрапетяна предполагает, что в нашей Солнечной системе возможны гигантские солнечные вспышки.Наблюдения за другими звездами, похожими на Солнце, показывают, что наше Солнце может испускать вспышку эпических масштабов.
Конгресспринял в 2020 году PROSWIFT (Закон о содействии исследованиям и наблюдениям космической погоды для улучшения прогнозов завтрашнего дня), чтобы вложить деньги в исследования космической погоды, которые авторы закона назвали вопросом национальной безопасности. Гелиофизика – это самое маленькое подразделение НАСА, поэтому Айрапетян «так взволнован» дополнительным финансированием и поддержкой, чтобы выяснить, какие космические опасности ждут впереди.
До тех пор наше магнитное поле будет продолжать делать то, что умеет лучше всего: дрейфовать, дрожать и трансформироваться в свою следующую грандиозную конфигурацию.
Информация об автореДженесса Данкомб (@jrdscience), штатный писатель
БлагодарностиEos благодарит Вейцзя Куанга, который щедро предоставил прогноз Южно-Атлантической аномалии по запросу.
Происхождение магнитного поля Земли остается загадкой | MIT News
Микроскопические минералы, извлеченные из древнего обнажения Джек-Хиллз в Западной Австралии, были предметом интенсивных геологических исследований, поскольку они, кажется, несут на себе следы магнитного поля Земли, достигшие еще 4 лет.2 миллиарда лет назад. Это почти на 1 миллиард лет раньше, чем предполагалось, когда возникло магнитное поле, и почти во времена образования самой планеты.
Но какой бы интригующей ни казалась эта история происхождения, команда под руководством Массачусетского технологического института нашла доказательства обратного. В статье, опубликованной сегодня в журнале Science Advances , команда исследователей исследовала кристаллы того же типа, называемые цирконами, которые были обнаружены на том же обнажении, и пришла к выводу, что собранные ими цирконы ненадежны для регистрации древних магнитных полей.
Другими словами, до сих пор не решено, существовало ли магнитное поле Земли раньше, чем 3,5 миллиарда лет назад.
«Нет надежных доказательств существования магнитного поля до 3,5 миллиардов лет назад, и даже если бы поле существовало, было бы очень трудно найти доказательства его существования в цирконах Джека Хиллса», – говорит Кауэ Борлина, аспирантка. в Департаменте наук о Земле, атмосфере и планетах Массачусетского технологического института (EAPS). «Это важный результат в том смысле, что мы знаем, чего больше не искать.
Борлина – первый автор статьи, в которую также входят профессор EAPS Бенджамин Вайс, главный научный сотрудник Эдуардо Лима и научный сотрудник Джахандар Рамезан из Массачусетского технологического института, а также другие сотрудники из Кембриджского университета, Гарвардского университета, Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, Университет Алабамы и Принстонский университет.
Возбужденное поле
Считается, что магнитное поле Земли играет важную роль в обеспечении обитаемости планеты.Магнитное поле не только задает направление стрелок компаса, но и действует как своего рода щит, отражающий солнечный ветер, который в противном случае мог бы разъедать атмосферу.
Ученые знают, что сегодня магнитное поле Земли создается за счет затвердевания жидкого железного ядра планеты. Охлаждение и кристаллизация ядра приводит в движение окружающее жидкое железо, создавая мощные электрические токи, которые создают магнитное поле, простирающееся далеко в космос. Это магнитное поле известно как геодинамо.
Многочисленные доказательства показали, что магнитное поле Земли существовало по крайней мере 3,5 миллиарда лет назад. Однако считается, что ядро планеты начало затвердевать всего 1 миллиард лет назад, а это означает, что магнитное поле должно было быть вызвано каким-то другим механизмом до 1 миллиарда лет назад. Уточнение того, когда именно сформировалось магнитное поле, могло помочь ученым с самого начала выяснить, что его сгенерировало.
Борлина говорит, что происхождение магнитного поля Земли может также пролить свет на ранние условия, в которых зародились первые формы жизни на Земле.
«В первый миллиард лет Земли, между 4,4 миллиардами и 3,5 миллиардами лет, именно тогда зарождалась жизнь», – говорит Борлина. «Наличие магнитного поля в то время имеет разные последствия для окружающей среды, в которой на Земле зародилась жизнь. Это мотивация нашей работы ».
«Не могу доверять циркону»
Ученые традиционно использовали минералы в древних породах для определения ориентации и интенсивности магнитного поля Земли во времени.По мере образования и охлаждения горных пород электроны в отдельных зернах могут смещаться в направлении окружающего магнитного поля. Как только горная порода остывает до определенной температуры, известной как температура Кюри, ориентация электронов, так сказать, устанавливается в камне. Ученые могут определить свой возраст и использовать стандартные магнитометры для измерения их ориентации, оценки силы и ориентации магнитного поля Земли в данный момент времени.
С 2001 года Вайс и его группа изучают намагниченность горных пород и зерен циркона в Джек-Хиллз с непростой целью установить, содержат ли они древние записи магнитного поля Земли.
«Цирконы Джек-Хиллз – одни из самых слабомагнитных объектов, изученных в истории палеомагнетизма», – говорит Вайс. «Кроме того, эти цирконы включают самые старые из известных материалов Земли, а это означает, что существует множество геологических событий, которые могли бы сбросить их магнитные записи».
В 2015 году отдельная исследовательская группа, которая также начала изучать цирконы Джек-Хиллз, утверждала, что они нашли доказательства магнитного материала в цирконах, возраст которых составляет 4,2 миллиарда лет – первое свидетельство того, что магнитное поле Земли могло существовать до 3.5 миллиардов лет назад.
Но Борлина отмечает, что команда не подтвердила, действительно ли обнаруженный ими магнитный материал сформировался во время или после того, как кристалл циркона сформировался 4,2 миллиарда лет назад – цель, которую он и его команда взяли на себя в своей новой статье.
Борлина, Вайс и их коллеги собрали породы на том же обнажении Джека Хиллз и из этих образцов извлекли 3754 зерна циркона, каждое около 150 микрометров в длину – это примерно ширина человеческого волоса. Используя стандартные методы датирования, они определили возраст каждого зерна циркона, который колебался от 1 миллиарда до 4 лет.2 миллиарда лет.
Около 250 кристаллов были старше 3,5 миллиардов лет. Команда изолировала и визуализировала эти образцы, ища признаки трещин или вторичных материалов, таких как минералы, которые могли отложиться на кристалле или внутри него после того, как он полностью сформировался, и искала доказательства того, что они значительно нагреваются за последние несколько миллиардов. лет с момента их образования. Из этих 250 они идентифицировали только три циркона, которые были относительно свободны от таких примесей и, следовательно, могли содержать подходящие магнитные записи.
Затем команда провела подробные эксперименты с этими тремя цирконами, чтобы определить, какие виды магнитных материалов они могут содержать. В конце концов они определили, что магнитный минерал под названием магнетит присутствует в двух из трех цирконов. Используя квантовый алмазный магнитометр высокого разрешения, команда исследовала поперечные сечения каждого из двух цирконов, чтобы отобразить расположение магнетита в каждом кристалле.
Они обнаружили магнетит, лежащий вдоль трещин или поврежденных зон внутри цирконов.По словам Борлина, такие трещины – это пути, по которым вода и другие элементы попадают внутрь породы. Такие трещины могли пропускать вторичный магнетит, который оседал в кристалле намного позже, чем когда первоначально образовался циркон. В любом случае, говорит Борлина, доказательства очевидны: эти цирконы нельзя использовать в качестве надежных регистраторов магнитного поля Земли.
«Это свидетельство того, что мы не можем доверять этим измерениям циркона для регистрации магнитного поля Земли», – говорит Борлина. «Мы показали это до 3.5 миллиардов лет назад мы до сих пор не знаем, когда возникло магнитное поле Земли ».
«Для меня эти результаты вызывают большие сомнения в способности цирконов Джека Хиллса достоверно регистрировать интенсивность палеомагнитного поля до 3,5 миллиардов лет», – говорит Энди Биггин, профессор палеомагнетизма Ливерпульского университета. не участвовал в исследовании. «Тем не менее, эти дебаты, как палеомагнитный эквивалент Brexit, бушуют с 2015 года, и я был бы очень удивлен, если бы это было последнее слово по этому поводу.Практически невозможно доказать отрицательный результат, и ни методы, ни интерпретации не подлежат сомнению ».
Несмотря на эти новые результаты, Вайс подчеркивает, что предыдущие магнитные анализы этих цирконов все еще очень ценны.
«Команда, которая сообщила о первоначальном магнитном исследовании циркона, заслуживает большой похвалы за попытку решить эту чрезвычайно сложную проблему», – говорит Вайс.
