class="part1">

Sīkāka informācija:

Planēta Zeme

© Vladimirs Kalanovs,
tīmekļa vietne"Zināšanas ir spēks".

Zemes magnētiskais lauks

Tie ir procesi, kas nav pieejami tiešai novērošanai un izpētei tikai sākuma stadijā. Bet, kad šie procesi izpaužas uz zemes virsmas, kad tie, kā saka, izvēršas pilnā spēkā, tad tie kļūst redzami un ļoti pamanāmi ikvienam, kas atrodas savas darbības zonā.

Taču uz Zemes darbojas arī neredzami procesi, kurus cilvēki tikpat kā nejūt. Pirmkārt, tas ir zemes magnētisms. Magnētisma fenomens cilvēkiem ir zināms ļoti ilgu laiku. Magnētisms savu nosaukumu ieguva no Magnētijas pilsētas Mazāzijā, kur tika atklātas magnētiskās dzelzsrūdas atradnes - “akmens, kas pievelk dzelzi”. Pirmās rakstiskās liecības par magnēta īpašībām atrodam Tita Lukrēcija Karas dzejolī “Par lietu būtību”, kas sarakstīts pirmajā gadsimtā pirms mūsu ēras. Lukrēcijs skaidroja magnētismu ar "magnētiskajām strāvām", kas plūst no "magnēta akmens".

Cilvēki jau sen ir atraduši pielietojumu magnētu īpašībām. Viena no pirmajām šādām lietojumprogrammām bija kompass kā vienkārša navigācijas ierīce. Kompass tika izgudrots Ķīnā aptuveni tūkstoš gadus pirms mūsu ēras. Eiropā kompass ir pazīstams kopš 12. gadsimta. Mūsdienās ir absolūti neiespējami iedomāties daudzas nozares bez magnētu un elektromagnētu izmantošanas.

Zemei tuvās telpas reģionu, kurā tiek uztverts Zemes magnētiskais lauks, sauc par magnetosfēru. Magnētisms ir visaptverošs, globāls dabas īpašums. Pilnīgas zemes un saules magnētisma teorijas izveide joprojām ir nākotnes jautājums. Taču zinātne jau ir daudz ko izdomājusi un sniedz diezgan pārliecinošus skaidrojumus dažiem tādas sarežģītas parādības kā magnētisms aspektiem. Jo īpaši daudzi zinātnieki un vienkāršie pilsoņi ir nobažījušies par tādas parādības iespējamām sekām kā Zemes magnētiskā lauka pakāpeniska vājināšanās.

Patiešām, kopš Kārļa Gausa laikiem, kurš pirmais izmērīja Zemes magnētiskā lauka stiprumu, t.i. Vairāk nekā 170 gadus Zemes magnētiskais lauks ir nepārtraukti vājinājies. Bet magnētiskais lauks ir sava veida vairogs, kas nosedz Zemi un visu dzīvību uz tās no tā sauktā saules vēja postošās radiācijas ietekmes, t.i. elektronus, protonus un citas Saules izstarotās daļiņas. Zemes magnetosfēra novirza šo un citu daļiņu plūsmu, kas lido no kosmosa uz poliem, atņemot tām sākotnējo enerģiju. Zemes polos šo kosmisko daļiņu plūsmas tiek aizkavētas augšējie slāņi atmosfēru, pārvēršoties fantastiski skaistās polārblāzmas parādībās.

Ja nebūtu saules vēja, Zemes magnētiskais lauks būtu simetrisks attiecībā pret planētu, kā parādīts 1. attēlā. 2. attēlā parādīta Zemes reālā magnetosfēra, ko deformē saules vējš. Trešajā attēlā redzama neatbilstība starp magnētiskajiem un ģeogrāfiskajiem poliem.

Ja nav magnētiskā lauka

Bet, ja magnētiskā lauka nav vai tas kļūst ļoti vājš, tad visa dzīvība uz Zemes būs tiešā saules un kosmiskā starojuma ietekmē. Un tas, kā var pieņemt, radīs radiācijas bojājumus dzīviem organismiem, kas izraisīs to mutāciju nenoteiktā virzienā vai nāvi. Par laimi, šāda izredze ir maz ticama. Paleomagnetologi, t.i. tie, kas pēta senos magnētiskos laukus, ir spējuši ar pietiekamu pārliecību konstatēt, ka Zemes magnētiskais lauks pastāvīgi svārstās ar dažādi periodi. Kad visas svārstību līknes tika summētas, iegūtā līkne tika veidota tuvu sinusoīdam ar 8 tūkstošu gadu periodu. Šīs līknes segments, kas atbilst mūsu laikam (2000. gadu sākums), atrodas šīs līknes dilstošā zarā. Un šis kritums turpināsies apmēram divus tūkstošus gadu. Pēc tam magnētiskais lauks atkal sāks nostiprināties. Šī lauka nostiprināšanās turpināsies četrus tūkstošus gadu, tad atkal notiks lejupslīde. Iepriekšējais maksimums notika mūsu ēras sākumā. Ir būtiski, lai summējošā sinusoīda amplitūda būtu mazāka par pusi no lauka intensitātes vidējās vērtības, t.i. šīs svārstības nevar samazināt Zemes magnētiskā lauka stiprumu līdz nullei.

Šeit, mūsu vietnē, īsuma apstākļu dēļ mēs nevaram detalizēti aplūkot pētījuma metodoloģiju, kas noveda pie tik optimistiskiem secinājumiem. Zinātnieki ir pauduši dažādus viedokļus par magnētiskā lauka svārstību cēloņiem, taču konkrētas teorijas par šo problēmu nav. Piebildīsim, ka zinātne ir pierādījusi tādas parādības kā inversija esamību, t.i. periodiska Zemes magnētisko polu apmaiņa vietām: ziemeļpols virzās uz dienvidu vietu, dienvidi - uz ziemeļu vietu. Šādas kustības ilgst no 5 līdz 10 tūkstošiem gadu. Mūsu planētas vēsturē šādi polu “lēcieni” ir notikuši simtiem reižu. Pēdējā šāda kustība notika pirms 700 tūkstošiem gadu. Konkrēta šīs parādības periodiskums vai regularitāte nav noteikta. Šo polāro maiņu iemesli ir paslēpti Zemes kodola šķidrās daļas sarežģītajā mijiedarbībā ar kosmosu. Paleomagnetologi konstatējuši, ka uz Zemes ir notikušas arī magnētisko polu nobīdes no ģeogrāfiskajiem lielos attālumos, kas tomēr beidzās ar polu atgriešanos iepriekšējā vietā.

Pastāv ierosinājumi, ka polāro maiņas laikā Zemes magnētiskais lauks pazūd un planēta kādu laiku paliek bez neredzamām aizsargbruņām. Taču šie pieņēmumi neatrod drošu zinātnisku pamatojumu un paliek tikai pieņēmumi.

Daži zinātnieki parasti uzskata, ka pēkšņas izmaiņas Zemes magnetosfērā nav bīstamas, jo, viņuprāt, galvenā visu dzīvo būtņu aizsardzība pret kosmisko starojumu ir nevis magnētiskais lauks, bet gan atmosfēra. Šim viedoklim it īpaši piekrīt evolūcijas biologs profesors B.M. Medņikovs. Citiem vārdiem sakot, problēma par magnētiskā lauka mijiedarbību ar dzīvības procesiem uz Zemes joprojām nav pilnībā skaidra, un šeit joprojām ir pietiekami daudz darba pētniekiem.

Magnētiskā lauka ietekme uz dzīviem organismiem

Jau sen zināms, ka magnētiskie lauki negatīvi ietekmē dzīvos organismus. Eksperimenti ar dzīvniekiem liecina, ka ārējais magnētiskais lauks aizkavē to attīstību, palēnina šūnu augšanu un maina asins sastāvu. Tā saukto magnētisko vētru laikā, t.i. Ar krasām magnētiskā lauka stipruma svārstībām no laikapstākļiem atkarīgi slimi cilvēki pasliktinās viņu veselība.

Magnētiskā lauka stiprumu mēra oerstedos (E). Šī vienība ir nosaukta dāņu fiziķa Hansa Oersteda (1777-1851) vārdā, kurš atklāja saikni starp elektriskajām un magnētiskajām parādībām.

Tā kā cilvēki var tikt pakļauti magnētiskajiem laukiem darbā un mājās, ir izstrādāti pieļaujamie magnētiskā lauka stipruma līmeņi. Pēc dažādām aplēsēm, magnētiskais lauks ar stiprumu 300-700 oersted tiek uzskatīts par drošu cilvēkiem. Precīzāk sakot, ražošanā un sadzīvē cilvēku ietekmē nevis magnētiskie, bet gan elektromagnētiskie lauki. Fakts ir tāds, ka jebkuras elektriskās vai radioierīces darbības laikā gan magnētiskais, gan elektriskais lauks var parādīties tikai kā vienots veselums, ko sauc par elektromagnētisko lauku. Tas izskaidrojams ar magnētisko un elektrisko parādību kopīgo raksturu.

Jāatzīmē, ka magnētiskā lauka ietekmes uz cilvēka ķermeni procesa fiziskā puse vēl nav pilnībā skaidra. Magnētiskais lauks ietekmē arī augus. Pēc dažu eksperimentu rezultātiem izrādās, ka sēklu dīgtspēja un augšana ir atkarīga no tā, kā tās sākotnēji bija orientētas attiecībā pret Zemes magnētisko lauku. Ārējā magnētiskā lauka maiņa var paātrināt vai kavēt augu attīstību. Varbūt šī parādība kaut kā tiks izmantota lauksaimniecības praksē.

Tātad, mums apkārt ir magnētiskie lauki, ko rada pati daba un ko rada cilvēka radīti avoti - no maiņstrāvas ģeneratoriem un transformatoriem līdz mikroviļņu krāsnīm un mobilajiem tālruņiem.

Zemes magnētiskā lauka stiprums

Kāds ir Zemes magnētiskā lauka stiprums? Tas nav visur vienāds un svārstās no 0,24 Oe (Brazīlijā) līdz 0,68 Oe (Antarktīdā). Tiek uzskatīts, ka vidējais ģeomagnētiskā lauka stiprums ir 0,5 oersted. Vietās, kur veidojas lielas feromagnētisko materiālu (dzelzs rūdas) nogulsnes, rodas magnētiskās anomālijas. Kurskas magnētiskā anomālija ir plaši pazīstama Krievijā, kur lauka stiprums ir 2 Oe Salīdzinājumam: Merkura magnētiskā lauka stiprums ir 1/500 Oe, Mēness - 10 -5 Oe, bet starpzvaigžņu vidē vēl mazāk - 10 -8 Oe. Taču saules plankumu magnētiskā lauka stiprums ir milzīgs un vienāds ar 10 3 Oe. Baltajām pundurzvaigznēm ir vēl spēcīgāki lauki - līdz 10 7 Oe. Spēcīgākos magnētiskos laukus, kas reģistrēti Visumā, rada neitronu zvaigznes un pulsāri. Šo kosmosa objektu magnētiskā lauka stiprums sasniedz 10 12 oersted! Laboratorijas apstākļos ir iespējams sasniegt simtiem tūkstošu reižu vājāku magnētisko intensitāti un pat tad uz laiku, ko mēra sekundes daļās. Eksperti iesaka, ja laboratorijas apstākļos būtu iespējams iegūt magnētiskos laukus, kuru stiprums ir salīdzināms ar tiem, kas iedarbojas uz neitronu zvaigznes, tad ar objektiem, kas pakļauti tik neiedomājamiem laukiem, notiktu pārsteidzošas pārvērtības. Piemēram, dzelzs, kura blīvums ir normāli apstākļi vienāds ar 7,87 g/cm³, šādu lauku ietekmē tas pārvērstos vielā ar blīvumu 2700 g/cm³. Šādas vielas kubs ar 10 cm malu svērtu 2,7 tonnas, un tā pārvietošanai būtu nepieciešams jaudīgs celtnis.

Zemes magnētiskais lauks.

Galvenie lekcijā apspriestie jautājumi:

1. Ģeomagnētisma būtība.

2. Zemes magnētiskā lauka elementi.

3. Ģeomagnētiskā lauka uzbūve.

4. Zemes magnetosfēra un radiācijas jostas.

5. Ģeomagnētiskā lauka laicīgās variācijas.

6. Ģeomagnētiskā lauka anomālijas.

1. Ģeomagnētisma būtība. Zemes magnētisms jeb ģeomagnētisms ir Zemes kā debess ķermeņa īpašība, kas nosaka magnētiskā lauka esamību ap to. Ģeomagnetoloģija ir zinātne par zemi.

Hidromagnētiskā dinamo teorija balstās uz ģeofiziķu konstatēto faktu, ka 2900 km dziļumā atrodas “šķidrais” Zemes ārējais kodols ar labu elektrovadītspēju (106–105 S/m).

Hidromagnētiskā dinamo ideju pirmo reizi 1919. gadā ierosināja Larmors Anglijā, lai izskaidrotu Saules magnētismu. Padomju fiziķis Ja.I.Frenkels grāmatā Zemes magnētisms (1947) izteica domu, ka tieši termiskā konvekcija zemes kodolā ir iemesls, kas aktivizē zemes kodola hidromagnētisko dinamo.

Hidromagnētiskā dinamo hipotēzes galvenie nosacījumi ir šādi.

1. Pateicoties tā saucamajam giromagnētiskajam (no grieķu Gyro - griežas, griežas) efektam un Zemes rotācijai tās veidošanās laikā, varēja rasties ļoti vājš magnētiskais lauks. Žiromagnētiskais efekts ir feromagnētisko ķermeņu magnetizācija to rotācijas un rotācijas dēļ noteiktos magnetizācijas apstākļos. Žiromagnētiskais efekts atklāj savienojumu starp atoma mehāniskajiem un magnētiskajiem momentiem.

2. Brīvo elektronu klātbūtne kodolā un Zemes rotācija tik vājā magnētiskajā laukā izraisīja virpuļveida elektrisko strāvu indukciju kodolā.

3. Inducētās virpuļstrāvas savukārt rada (ģenerē) magnētisko lauku, kā tas notiek dinamo. Zemes magnētiskā lauka palielinājumam vajadzētu izraisīt jaunu virpuļstrāvu pieaugumu kodolā, un pēdējam vajadzētu izraisīt magnētiskā lauka palielināšanos.

4. Reģenerācijai līdzīgs process ilgst līdz enerģijas izkliedēšanai kodola un tā viskozitātes dēļ. elektriskā pretestība netiek kompensēts ar virpuļstrāvu un citu iemeslu papildu enerģiju.

Tādējādi, pēc Frenkela domām, zemes kodols ir sava veida dabisks turboģenerators. Turbīnas lomu tajā spēlē siltuma plūsmas: tās no serdeņa dziļumiem pa rādiusu paceļ lielas kausēta metāla masas, kurām piemīt šķidruma īpašības. Jo vēsākas un līdz ar to arī smagākas augšējo slāņu daļiņas nogrimst. Koriolisa spēks tos "griež" ap Zemes asi, tādējādi veidojot milzu spoles "zemes dinamo" iekšpusē. Šajās slēgtajās karstā metāla plūsmās, tāpat kā stieples pagriezienos uz parasta dinamo armatūras, indukcijas strāvai vajadzēja rasties jau sen. Tas pakāpeniski magnetizēja zemes kodolu. Sākotnējais ļoti vājais magnētiskais lauks pastiprinājās, līdz laika gaitā tas sasniedza robežvērtību. Šī robeža tika sasniegta tālā pagātnē. Un, lai gan zemes turboģenerators turpina darboties, šķidro metālu plūsmu kinētiskā enerģija vairs netiek tērēta zemes kodola magnetizēšanai, bet gan pilnībā tiek pārvērsta siltumā.

Zemes magnētiskais lauks pastāv apmēram 3 miljardus gadu, kas ir aptuveni 1,5 miljardus gadu jaunāks par tās vecumu. Tas nozīmē, ka tas nebija relikts un, ja nebija atjaunošanas mehānisma, tas nevarēja pastāvēt visā Zemes ģeoloģiskās vēstures laikā.

2. Zemes magnētiskā lauka elementi. Katrā Zemes virsmas punktā magnētisko lauku raksturo kopējās intensitātes vektors Ht, kura lielumu un virzienu nosaka trīs zemes magnētisma elementi; sprieguma H horizontālā komponente, magnētiskā deklinācija D un slīpums I. Magnētiskā deklinācija ir leņķis horizontālajā plaknē starp ģeogrāfisko un magnētisko meridiānu; magnētiskais slīpums ir leņķis vertikālajā plaknē starp horizontālo plakni un pilnā vektora Hm virzienu.

Lielumus H, X, Y, Z, D un I sauc par zemes magnētisma elementiem, bet elementus H, X, Y un Z sauc par zemes magnētiskā lauka spēka komponentiem, bet D un I sauc par leņķiskajiem. vieni.

Kopējam Zemes magnētiskā lauka intensitātes vektoram Ht, tā spēka komponentiem H, X, Y un Z ir izmērs A/m, deklinācija D un slīpums I - leņķa grādi, minūtes un sekundes. Zemes magnētiskā lauka stiprums ir salīdzinoši mazs: kopējais vektors Ht svārstās no 52,5 A/m pie pola līdz 26,3 A/m pie ekvatora.

Rīsi. 5.1. – Zemes magnētisma elementi

Zemes magnētisma elementu absolūtās vērtības ir mazas, tāpēc to mērīšanai tiek izmantoti augstas precizitātes instrumenti - magnetometri un magnētiskie variometri; Ir variometri H un Z vērtību mērīšanai. Tiek izmantotas ceļojošās magnētiskās stacijas, kas aprīkotas ar sarežģītiem optiski mehāniskiem un kvantu magnetometriem. Līnijas, kas savieno kartes punktus ar vienādu deklināciju D, sauc par izogoniem, ar vienādu slīpumu I - izoklīni, ar vienādu H vai Z - kopējā spriedzes vektora Ht horizontālo vai vertikālo komponentu izodīniem un ar vienādu X vai Y. - ziemeļu vai austrumu komponentu izodīni. Zemes magnētisma elementu vērtības laika gaitā nepārtraukti mainās, tāpēc magnētiskās kartes tiek atjauninātas ik pēc pieciem gadiem.

3. Ģeomagnētiskā lauka uzbūve. Zemes magnētiskajam laukam ir neviendabīga struktūra. Tas sastāv no divām daļām: nemainīgiem un mainīgiem laukiem. Pastāvīgo lauku izraisa iekšējie magnētisma avoti; Mainīgā lauka avoti ir elektriskās strāvas atmosfēras augšējos slāņos – jonosfērā un magnetosfērā. Savukārt pastāvīgs magnētiskais lauks pēc būtības ir neviendabīgs un sastāv no vairākām daļām. Tāpēc kopumā Zemes magnētiskais lauks sastāv no šādiem laukiem:

Нт =Ho+Hm+Ha+Hв+δH, (5.1.)

kur Нт – Zemes magnētiskā lauka intensitāte; Bet vai dipola lauka intensitāti rada vienmērīga zemeslodes magnetizācija; Nm – nedipola jeb kontinentālā lauka intensitāte, ko rada iekšēji iemesli Zemes dziļo slāņu neviendabīguma dēļ; Na ir anomāls lauka stiprums, ko rada dažādas magnetizācijas augšējās daļas zemes garoza; Нв – lauka stiprums, kura avots ir saistīts ar ārējiem cēloņiem; δH – ārēju cēloņu izraisītu magnētisko variāciju lauka stiprums.

Lauku summa Ho+Hm=NG veido Zemes galveno magnētisko lauku. Anomālais lauks sastāv no divām daļām: reģionāla rakstura lauka Нр un lokālas (lokālas) dabas lauka Нл. Vietējo anomāliju var uzklāt uz reģionālas anomālijas, un tad Ha = Нр+Нл.

Lauku summu Ho+Hm+Hb parasti sauc par normālu lauku. Tomēr Hb lauks sniedz ļoti nelielu ieguldījumu kopējā ģeomagnētiskajā laukā Hb. Sistemātiska ģeomagnētiskā lauka izpēte saskaņā ar magnētisko novērošanas centriem un magnētiskajiem pētījumiem liecina, ka ārējais lauks attiecībā pret iekšējo lauku ir mazāks par 1%, un tāpēc to var neņemt vērā. Šajā gadījumā normālais lauks sakrīt ar Zemes galveno magnētisko lauku.

Ģeomagnētiskie stabi atrodas vietā, kur Zemes magnētiskā ass krustojas ar Zemes virsmu. Lai gan ziemeļu magnētiskais pols atrodas dienvidu puslodē, bet dienvidu pols atrodas ziemeļu puslodē, ikdienā tos sauc pēc analoģijas ar ģeogrāfiskajiem poliem.

Laika gaitā magnētiskie stabi maina savu pozīciju. Tādējādi ziemeļu magnētiskais pols pārvietojas pa Zemes virsmu par 20,5 m (7,5 km gadā) un dienvidu pols par 30 m (11 km gadā).

4. Zemes magnetosfēra un radiācijas jostas. Zemes magnētiskais lauks pastāv ne tikai netālu no zemes virsmas, bet arī uz tās lielos attālumos no tā, kas tika atklāts, izmantojot kosmosa raķetes un starpplanētu kosmosa stacijas. 10–14 Zemes rādiusu attālumā ģeomagnētiskais lauks saskaras ar starpplāksnīšu magnētisko lauku un tā sauktā saules vēja lauku. Saules vējš ir plazmas aizplūšana no Saules vainaga (koronālā gāze, kas galvenokārt sastāv no ūdeņraža un hēlija) starpplanētu telpā. Saules vēja daļiņu (protonu un elektronu) ātrums ir milzīgs - ap 400 km/s, daļiņu (ķermeņu) skaits ir vairāki desmiti uz 1 cm 3, temperatūra līdz 1,5-2 miljoniem grādu. Uz magnētiskā lauka un Zemes magnētiskā lauka robežas intensitāte ir aptuveni (0,4–0,5)·10–2 A/m.

Zemes magnētiskā lauka darbības zonu sauc par magnetosfēru, un tās ārējo robežu sauc par magnetopauzi (5.3. att.). Ģeomagnētisko lauku būtiski ietekmē saules vējš. Magnetosfēra sniedzas milzīgos attālumos: mazākā - pret Sauli - sasniedz 10-14 Zemes rādiusus, lielākā - nakts pusē - apmēram 16 Zemes rādiusus. Magnētiskajai astei ir vēl lielāki izmēri (pēc mākslīgo Zemes pavadoņu datiem – simtiem Zemes rādiusu).

5.3. attēls – Zemes magnetosfēras uzbūve: 1 – Saules vējš; 2 – amortizatora priekšpuse; 3 – magnētiskais dobums; 4 – magnetopauze; 5 - augšējā robeža polārā magnetosfēras sprauga; 6 – plazmas mantija; 7 – ārējā starojuma josta vai plazmasfēra; 9 – neitrāls slānis; 10 – plazmas slānis

Iekšējās protonu jostas maksimums atrodas 3,5 Zemes rādiusu (22 tūkstošu km) attālumā. Plazmasfēras iekšpusē, netālu no Zemes virsmas, atrodas otra elektronu starojuma josta. Pie poliem šī josta atrodas 100 km attālumā, bet tās galvenā daļa atrodas 4,4 - 10 tūkstošu km attālumā no planētas virsmas. Tajā esošo elektronu enerģija ir no desmitiem līdz simtiem keV. Elektronu plūsmu intensitāte tiek lēsta 109 daļiņas uz cm 2 /s, t.i., par kārtu augstāka nekā ārējā elektronu joslā.

Radiācijas jauda starojuma joslās ir diezgan liela – vairāki simti un pat tūkstoši rentgenstaru bioloģisko ekvivalentu dienā. Tāpēc kosmosa kuģi ar astronautiem tiek palaisti orbītās, kas atrodas zem šīm joslām.

Ja nebūtu magnetosfēras, tad saules un kosmiskā vēja straumes, nesastopoties ar pretestību, metīsies uz Zemes virsmu un negatīvi ietekmētu visas dzīvās būtnes, arī cilvēkus.

5. Ģeomagnētiskā lauka laicīgās variācijas. Viena vai otra zemes magnētisma elementa vidējo gada vērtību maiņas procesu vairāku gadu desmitu un gadsimtu periodā sauc par laicīgām variācijām, un to maiņu no gada uz gadu sauc par laicīgo kursu.

Tā sauktais “magnētiskā lauka iesaldēšanas materiālā” efekts ļauj spriest par ģeomagnētiskā lauka pagātni – tā virzienu un intensitāti. Jebkurš iezis, jebkura viela, kas satur dzelzi vai citu feromagnētisku elementu, pastāvīgi atrodas Zemes magnētiskā lauka ietekmē. Elementārie magnēti šajā materiālā mēdz orientēties pa magnētiskā lauka līnijām.

Ja materiāls tiek uzkarsēts, pienāks brīdis, kad daļiņu termiskā kustība kļūs tik enerģiska, ka iznīcina magnētisko kārtību. Pēc tam, kad materiāls atdziest, tad, sākot no Kirī punkta (Kirī punkts ir temperatūra, zem kuras ieži kļūst feromagnētiski; tīrai dzelzs Kirī punkts ir 769 ° C, magnetītam - 580 ° C) dominē magnētiskais lauks. pāri haotiskās kustības spēkiem . Elementārie magnēti atkal sarindosies tā, kā to liek magnētiskais lauks, un paliks šajā pozīcijā, līdz ķermenis atkal tiek uzkarsēts. Tādējādi ģeomagnētiskais lauks šķiet “iesaldēts” materiālā.

Šobrīd Zemes magnētiskais lauks samazinās par 2,5% uz 100 gadiem, un aptuveni 4000 gadu laikā, ja šī krituma raksturs nemainīsies, tam vajadzētu samazināties līdz nullei. Tomēr paleomagnetologi apgalvo, ka tas nenotiks.

Ja mēs saskaitām visas cikliskās līknes ar dažādiem Zemes magnētiskā lauka svārstību periodiem, mēs iegūstam tā saukto “izlīdzināto jeb vidējo līkni”, kas diezgan labi sakrīt ar sinusoīdu, kura periods ir 8000 gadu. Pašlaik kopējā magnētiskā lauka svārstību vērtība atrodas sinusoīda dilstošā segmentā.

Ģeomagnētiskā lauka svārstību periodu dažādais ilgums acīmredzot ir izskaidrojams ar līdzsvara trūkumu hidromagnētiskā dinamo kustīgajās daļās un to atšķirīgo elektrisko vadītspēju.

Inversija ir magnētisko polu apmaiņa vietās. Apgriezienu laikā ziemeļu magnētiskais pols virzās uz dienvidu vietu, bet dienvidi uz ziemeļu vietu.

Dažreiz inversijas vietā viņi runā par stabu “lēcienu”. Tomēr šis vārds attiecībā uz poliem nav pilnībā piemērots, jo stabi nepārvietojas tik ātri - pēc dažām aplēsēm "lēciens" ilgst 5 un pat 10 tūkstošus gadu.

Pēdējo 600 tūkstošu gadu laikā ir izveidoti 12 ģeomagnētiskā lauka maiņas laikmeti (Gotenborga - 10-12 tūkstoši gadu, Lačami - 20-24 tūkstoši gadu utt.). Raksturīgi, ka nozīmīgas ģeoloģiskās, klimatiskās un bioloģiskās izmaiņas uz planētas sakrīt ar šiem laikmetiem.

6. Ģeomagnētiskā lauka anomālijas. Magnētiskā anomālija ir zemes magnētisma elementu vērtību novirze no normālās vērtības, kas būtu novērojams noteiktā vietā Zemes vienmērīgas magnetizācijas gadījumā.

Ja kādā vietā tiek konstatētas pēkšņas magnētiskās deklinācijas un slīpuma izmaiņas, tas liecina, ka zem zemes virsmas ir paslēpti ieži, kas satur feromagnētiskos minerālus. Tajos ietilpst magnetīts, titānomagnetīts, hematīts uc Magnetītam ir vislielākā magnētiskā jutība, tāpēc ievērojams skaits anomāliju ir saistītas ar tā klātbūtni iežos.

Atkarībā no to lieluma magnētiskās anomālijas iedala kontinentālās, reģionālās un vietējās. Kontinentālās anomālijas ir spēcīgas virpuļstrāvas klātbūtnes sekas zem to centriem. Reģionālo un vietējo anomāliju cēloņi ir ieži ar paaugstinātām magnētiskajām īpašībām. Šie ieži, atrodoties Zemes magnētiskajā laukā, magnetizējas un rada papildu magnētisko lauku.

Magnētiskās īpašības vienā vai otrā pakāpē ir raksturīgas visiem akmeņiem. Ievietojot jebkuru akmeni magnētiskajā laukā, katrs tā tilpuma elements kļūst magnetizēts. Vielas spēju mainīt savu magnetizāciju ārējā magnētiskā lauka ietekmē sauc par magnētisko jutību. Atkarībā no skaitliskā vērtība un magnētiskās jutības zīme, visas dabiskās vielas iedala trīs grupās: diamagnētiskās, paramagnētiskās, feromagnētiskās. Turklāt diamagnētiskām vielām magnētiskā jutība ir negatīva, bet paramagnētiskām un feromagnētiskām vielām tā ir pozitīva.

Diamagnētiskām vielām (kvarcs, marmors, grafīts, varš, zelts, sudrabs, svins, ūdens utt.) magnetizācija ir proporcionāla magnētiskā lauka stiprumam un ir vērsta uz to. Diamagnētiskās vielas izraisa Zemes magnētiskā lauka pavājināšanos un veicina negatīvu magnētisko anomāliju veidošanos.

Paramagnētiskajās vielās (metamorfajos un magmatiskajos iežos, sārmu metālos u.c.) magnetizācija ir arī proporcionāla magnētiskā lauka stiprumam, taču atšķirībā no diamagnētiskajām vielām tai ir tāds pats virziens kā tai. Feromagnētiskajās vielās (dzelzs, niķelis, kobalts uc) magnetizācija ir daudz lielāka nekā dia- un paramagnētiskajās vielās, nav proporcionāla magnētiskā lauka intensitātei un ir ļoti atkarīga no vielas temperatūras un “magnētiskās aizvēstures”. .

Galveno ieguldījumu magnētiskā lauka anomāliju radīšanā sniedz feromagnētiskie minerāli (magnetīts, titanomagnetīts, ilmenīts u.c.) un tos saturošie lepnie ieži. Tā kā kopumā iežu magnētiskā jutība mainās plašās robežās (miljoniem reižu), magnētiskā lauka anomāliju intensitāte arī mainās plašās robežās.

Zemes mainīgais magnētiskais lauks. Mainīgo magnētisko lauku avoti atrodas ārpus zemes telpas. Pēc savas izcelsmes tās ir induktīvās strāvas, kas rodas augstos atmosfēras slāņos (no simts līdz vairākiem tūkstošiem kilometru). Indukcijas strāvas veidojas, aizplūstot plazmai - abu zīmju lādētu daļiņu (ķermeņu) plūsmai, kas lido no Saules. Iekļūstot Zemes magnētiskajā laukā, tajā tiek notverti asinsķermenīši, kas izraisa vairākas sarežģītas parādības, piemēram, atmosfēras jonizāciju, polārblāzmas, Zemes radiācijas joslu veidošanos utt.

Mainīgais magnētiskais lauks tiek uzklāts uz Zemes galvenā magnētiskā lauka un laika gaitā izraisa dažādas tā variācijas. Daži no tiem notiek vienmērīgi un atbilst noteiktam modelim. Tās ir tā sauktās periodiskās (netraucētās) variācijas. Citi pēc būtības ir haotiski, ģeomagnētiskā lauka parametri (periodi, amplitūdas, fāzes) nepārtraukti un krasi maina savu vērtību.

Saules diennakts variācijas ir izmaiņas zemes magnētisma elementos ar periodu, kas vienāds ar saules dienas garumu. Saules un diennakts svārstības zemes magnētisma elementos ir atkarīgas no gada laika un ģeogrāfiskā platuma, jo tās nosaka Saules ultravioleto staru intensitāte un līdz ar to arī Zemes stāvoklis attiecībā pret Sauli. Raksturīgi, ka svārstību fāzes gan platuma grādos, gan gada laikā praktiski nemainās, mainās galvenokārt svārstību amplitūdas.

Zemes magnētisma elementu Mēness un diennakts svārstības ir saistītas ar Mēness stāvokli attiecībā pret horizontu, un tās izraisa Mēness gravitācijas ietekme uz Zemes atmosfēru. Mēness diennakts svārstības zemes magnētisma elementos ir nelielas - tās veido tikai 10–15% no Saules diennakts svārstībām.

Traucētas neperiodiskas svārstības ietver magnētiskās vētras. Viena no to raksturīgajām iezīmēm ir to parādīšanās pēkšņums. Uz diezgan mierīga magnētiskā lauka fona gandrīz vienā un tajā pašā brīdī visā pasaulē visi zemes magnētisma elementi pēkšņi maina savas vērtības, un turpmākā vētras gaita piedzīvo ļoti straujas un nepārtrauktas izmaiņas.

Pamatojoties uz intensitāti (amplitūdu), magnētiskās vētras parasti iedala vājās, mērenās un lielās. Zemes magnētisma elementu amplitūdas ļoti lielu magnētisko vētru laikā sasniedz vairākus grādus magnētiskajai deklinācijai un –2–4 A/m vai vairāk vertikālajām un horizontālajām sastāvdaļām. Vētru intensitāte palielinās no zemiem līdz augstiem ģeomagnētiskajiem platuma grādiem. Vētru ilgums parasti ir vairākas dienas. Magnētisko vētru biežums un stiprums ir atkarīgs no Saules aktivitātes.

Pēdējos gados zinātnieki ir sākuši gūt praktiskus ieguvumus no magnētiskajām vētrām, spējot tās izmantot, lai “zondētu” Zemi lielā dziļumā. Zemes iekšpuses izpētes metodi, izmantojot magnētiskos traucējumus, sauc par magnētiski telūrisko zondēšanu, jo tajā vienlaikus tiek ņemti vērā gan magnētiskie traucējumi, gan to izraisītās telūriskās (t.i., zemes) strāvas uz Zemes. Magnētiski telūriskās zondēšanas rezultātā tika konstatēts, ka 300–400 km dziļumā Zemes elektrovadītspēja strauji palielinās. Līdz šiem dziļumiem Zeme praktiski ir izolators.

Zemes magnētiskais lauks ir veidojums, ko rada avoti planētas iekšienē. Tas ir pētījuma objekts attiecīgajā ģeofizikas sadaļā. Tālāk apskatīsim tuvāk, kas ir Zemes magnētiskais lauks un kā tas veidojas.

Galvenā informācija

Netālu no Zemes virsmas, aptuveni trīs tās rādiusu attālumā, spēka līnijas no magnētiskā lauka atrodas gar “divu polāro lādiņu” sistēmu. Šeit ir apgabals, ko sauc par "plazmas sfēru". Ar attālumu no planētas virsmas palielinās jonizēto daļiņu plūsmas ietekme no Saules vainaga. Tas noved pie magnetosfēras saspiešanas no Saules puses, un, gluži pretēji, Zemes magnētiskais lauks tiek izstiepts no pretējās, ēnas puses.

Plazmas sfēra

Lādētu daļiņu virziena kustība atmosfēras augšējos slāņos (jonosfērā) jūtami ietekmē Zemes virsmas magnētisko lauku. Pēdējā atrašanās vieta ir simts kilometrus un augstāk no planētas virsmas. Zemes magnētiskais lauks notur plazmas sfēru. Tomēr tā struktūra ir ļoti atkarīga no saules vēja aktivitātes un mijiedarbības ar norobežojošo slāni. Un magnētisko vētru biežumu uz mūsu planētas nosaka uzliesmojumi uz Saules.

Terminoloģija

Pastāv jēdziens "Zemes magnētiskā ass". Šī ir taisna līnija, kas iet caur attiecīgajiem planētas poliem. "Magnētiskais ekvators" ir lielais plaknes aplis, kas ir perpendikulāra šai asij. Uz tā esošā vektora virziens ir tuvu horizontālajam. Zemes magnētiskā lauka vidējais stiprums ir būtiski atkarīgs no ģeogrāfiskā atrašanās vieta. Tas ir aptuveni vienāds ar 0,5 Oe, tas ir, 40 A/m. Pie magnētiskā ekvatora šis pats rādītājs ir aptuveni 0,34 Oe, bet pie poliem tas ir tuvu 0,66 Oe. Dažās planētas anomālijās, piemēram, Kurskas anomālijas ietvaros, rādītājs ir palielināts un sasniedz 2 Oe. Lauks Zemes magnetosfēras līnijas ar sarežģītu struktūru, kas projicētas uz tās virsmas un saplūst savos polios, sauc par “magnētiskajiem meridiāniem”.

Notikuma raksturs. Pieņēmumi un minējumi

Pirms neilga laika pieņēmums par saistību starp Zemes magnetosfēras rašanos un strāvas plūsmu šķidrā metāla kodolā, kas atrodas ceturtdaļas līdz trešdaļas attālumā no mūsu planētas rādiusa, ieguva tiesības pastāvēt. Zinātniekiem ir arī pieņēmums par tā sauktajām "telūriskajām straumēm", kas plūst netālu no zemes garozas. Jāteic, ka laika gaitā notiek veidošanās transformācija. Pēdējo simt astoņdesmit gadu laikā Zemes magnētiskais lauks ir mainījies vairākas reizes. Tas ir reģistrēts okeāna garozā, un par to liecina pētījumi par paliekošo magnetizāciju. Salīdzinot apgabalus abās okeāna grēdu pusēs, tiek noteikts šo apgabalu diverģences laiks.

Zemes magnētisko polu nobīde

Šo planētas daļu atrašanās vieta nav nemainīga. Viņu pārvietošanās fakts ir reģistrēts kopš deviņpadsmitā gadsimta beigām. Dienvidu puslodē magnētiskais pols šajā laikā nobīdījās par 900 km un nonāca Indijas okeānā. Līdzīgi procesi notiek arī Ziemeļu daļā. Šeit pols virzās uz magnētisko anomāliju Austrumsibīrijā. No 1973. līdz 1994. gadam attālums, par kādu vieta šeit pārvietojās, bija 270 km. Šos iepriekš aprēķinātos datus vēlāk apstiprināja mērījumi. Saskaņā ar jaunākajiem datiem Ziemeļu puslodes magnētiskā pola kustības ātrums ir ievērojami palielinājies. Tas pieauga no 10 km/gadā pagājušā gadsimta septiņdesmitajos gados līdz 60 km/gadā šī gadsimta sākumā. Tajā pašā laikā zemes magnētiskā lauka stiprums samazinās nevienmērīgi. Tātad pēdējo 22 gadu laikā dažviet tas ir samazinājies par 1,7%, kaut kur par 10%, lai gan ir arī jomas, kur tas, gluži pretēji, ir palielinājies. Magnētisko polu pārvietošanās paātrinājums (par aptuveni 3 km gadā) liek domāt, ka mūsdienās novērotā to kustība nav ekskursija, bet gan kārtējā inversija.

To netieši apstiprina tā saukto “polāro spraugu” palielināšanās magnetosfēras dienvidos un ziemeļos. Saules vainaga un kosmosa jonizētais materiāls ātri iekļūst radušos izplešanās vietās. Rezultātā Zemes cirkumpolārajos reģionos tiek savākts arvien lielāks enerģijas daudzums, kas pats par sevi ir pilns ar polāro ledus cepuru papildu apsildīšanu.

Koordinātas

Zinātnē par kosmiskajiem stariem tiek izmantotas ģeomagnētiskā lauka koordinātas, kas nosauktas zinātnieka Makilveina vārdā. Viņš bija pirmais, kurš ierosināja tos izmantot, jo tie ir balstīti uz modificētām lādētu elementu darbības versijām magnētiskajā laukā. Punktam tiek izmantotas divas koordinātas (L, B). Tie raksturo magnētisko apvalku (McIlwain parametrs) un lauka indukciju L. Pēdējais ir parametrs, kas vienāds ar sfēras vidējā attāluma attiecību no planētas centra līdz tās rādiusam.

"Magnētiskais slīpums"

Pirms vairākiem tūkstošiem gadu ķīnieši veica pārsteidzošu atklājumu. Viņi atklāja, ka magnetizētus objektus var novietot noteiktā virzienā. Un sešpadsmitā gadsimta vidū vācu zinātnieks Georgs Kārtmans veica vēl vienu atklājumu šajā jomā. Tādā veidā parādījās jēdziens “magnētiskais slīpums”. Šis nosaukums attiecas uz bultiņas novirzes leņķi uz augšu vai uz leju no horizontālās plaknes planētas magnetosfēras ietekmē.

No pētniecības vēstures

Ziemeļu magnētiskā ekvatora reģionā, kas atšķiras no ģeogrāfiskā ekvatora, ziemeļu gals virzās uz leju, bet dienvidos, gluži pretēji, uz augšu. 1600. gadā angļu ārsts Viljams Gilberts pirmo reizi izteica pieņēmumus par Zemes magnētiskā lauka klātbūtni, kas izraisa iepriekš magnetizētu objektu noteiktu uzvedību. Savā grāmatā viņš aprakstīja eksperimentu ar bumbu, kas aprīkota ar dzelzs bultu. Pētījuma rezultātā viņš nonāca pie secinājuma, ka Zeme ir liels magnēts. Eksperimentus veica arī angļu astronoms Henrijs Gelibrants. Novērojumu rezultātā viņš nonāca pie secinājuma, ka Zemes magnētiskais lauks ir pakļauts lēnām izmaiņām.

Hosē de Akosta aprakstīja iespēju izmantot kompasu. Viņš arī noteica, kā atšķiras magnētiskais un ziemeļpols, un viņa slavenā vēsture(1590) tika pamatota teorija par līnijām bez magnētiskās novirzes. Būtisku ieguldījumu aplūkojamā jautājuma izpētē sniedza arī Kristofers Kolumbs. Viņš bija atbildīgs par magnētiskās deklinācijas mainīguma atklāšanu. Transformācijas ir atkarīgas no ģeogrāfisko koordinātu izmaiņām. Magnētiskā deklinācija ir adatas novirzes leņķis no ziemeļu-dienvidu virziena. Saistībā ar Kolumba atklāšanu pētījumi pastiprinājās. Informācija par to, kas ir Zemes magnētiskais lauks, bija ārkārtīgi nepieciešama navigatoriem. Pie šīs problēmas strādāja arī M.V.Lomonosovs. Lai pētītu zemes magnētismu, viņš ieteica veikt sistemātiskus novērojumus, izmantojot pastāvīgus punktus (līdzīgi kā observatorijās). Ļoti svarīgi, pēc Lomonosova domām, bija arī to darīt jūrā. Šī lielā zinātnieka ideja tika realizēta Krievijā sešdesmit gadus vēlāk. Magnētiskā pola atklājums Kanādas arhipelāgā pieder polārpētniekam anglim Džonam Rosam (1831). Un 1841. gadā viņš atklāja vēl vienu planētas polu, bet Antarktīdā. Hipotēzi par Zemes magnētiskā lauka izcelsmi izvirzīja Karls Gauss. Viņš drīz vien pierādīja, ka lielākā daļa no tā tiek barota no avota planētas iekšienē, bet tā nelielo noviržu iemesls ir ārējā vidē.

Saskaņā ar mūsdienu priekšstatiem tā izveidojās pirms aptuveni 4,5 miljardiem gadu, un no šī brīža mūsu planētu ieskauj magnētiskais lauks. Tas ietekmē visu uz Zemes, ieskaitot cilvēkus, dzīvniekus un augus.

Magnētiskais lauks sniedzas aptuveni 100 000 km augstumā (1. att.). Tas novirza vai uztver saules vēja daļiņas, kas ir kaitīgas visiem dzīviem organismiem. Šīs lādētās daļiņas veido Zemes starojuma joslu, un viss Zemei tuvās telpas reģions, kurā tās atrodas, tiek saukts magnetosfēra(2. att.). Saules apgaismotajā Zemes pusē magnetosfēru ierobežo sfēriska virsma ar aptuveni 10-15 Zemes rādiusu rādiusu, bet pretējā pusē tā ir izstiepta kā komētas aste līdz pat vairākiem tūkstošiem. Zemes rādiusi, veidojot ģeomagnētisko asti. Magnetosfēra ir atdalīta no starpplanētu lauka ar pārejas reģionu.

Zemes magnētiskie poli

Zemes magnēta ass ir slīpa attiecībā pret zemes rotācijas asi par 12°. Tas atrodas aptuveni 400 km attālumā no Zemes centra. Punkti, kuros šī ass krustojas ar planētas virsmu, ir magnētiskie stabi. Zemes magnētiskie poli nesakrīt ar patiesajiem ģeogrāfiskajiem poliem. Šobrīd magnētisko polu koordinātas ir šādas: ziemeļi - 77° ziemeļu platums. un 102°W; dienvidu - (65° S un 139° E).

Rīsi. 1. Zemes magnētiskā lauka uzbūve

Rīsi. 2. Magnetosfēras uzbūve

Tiek sauktas spēka līnijas, kas iet no viena magnētiskā pola uz otru magnētiskie meridiāni. Starp magnētiskajiem un ģeogrāfiskajiem meridiāniem veidojas leņķis, ko sauc magnētiskā deklinācija. Katrai vietai uz Zemes ir savs deklinācijas leņķis. Maskavas apgabalā deklinācijas leņķis ir 7° uz austrumiem, bet Jakutskā tas ir aptuveni 17° uz rietumiem. Tas nozīmē, ka kompasa adatas ziemeļu gals Maskavā novirzās par T pa labi no ģeogrāfiskā meridiāna, kas šķērso Maskavu, un Jakutskā - par 17° pa kreisi no atbilstošā meridiāna.

Brīvi piekārta magnētiskā adata atrodas horizontāli tikai uz magnētiskā ekvatora līnijas, kas nesakrīt ar ģeogrāfisko. Ja virzāties uz ziemeļiem no magnētiskā ekvatora, adatas ziemeļu gals pakāpeniski nolaidīsies. Leņķi, ko veido magnētiskā adata un horizontālā plakne, sauc magnētiskais slīpums. Ziemeļu un dienvidu magnētiskajos polos magnētiskais slīpums ir vislielākais. Tas ir vienāds ar 90°. Ziemeļu magnētiskajā polā vertikāli tiks uzstādīta brīvi piekārta magnētiskā adata ar tās ziemeļu galu uz leju, bet dienvidu magnētiskajā polā tās dienvidu gals nolaidīsies uz leju. Tādējādi magnētiskā adata parāda magnētiskā lauka līniju virzienu virs zemes virsmas.

Laika gaitā mainās magnētisko polu stāvoklis attiecībā pret zemes virsmu.

Magnētisko polu atklāja pētnieks Džeimss K. Ross 1831. gadā simtiem kilometru no tā pašreizējās atrašanās vietas. Vidēji viena gada laikā tas pārvietojas 15 km. Pēdējos gados magnētisko polu kustības ātrums ir strauji pieaudzis. Piemēram, Ziemeļu magnētiskais pols šobrīd pārvietojas ar ātrumu aptuveni 40 km gadā.

Tiek saukta Zemes magnētisko polu apvēršana magnētiskā lauka inversija.

Visā mūsu planētas ģeoloģiskās vēstures laikā Zemes magnētiskais lauks ir mainījis savu polaritāti vairāk nekā 100 reizes.

Magnētisko lauku raksturo intensitāte. Dažās vietās uz Zemes magnētiskā lauka līnijas novirzās no parastā lauka, veidojot anomālijas. Piemēram, Kurskas magnētiskās anomālijas (KMA) zonā lauka stiprums ir četras reizes lielāks nekā parasti.

Zemes magnētiskajā laukā katru dienu notiek izmaiņas. Iemesls šīm izmaiņām Zemes magnētiskajā laukā ir elektriskās strāvas, kas plūst atmosfērā lielos augstumos. Tos izraisa saules starojums. Saules vēja ietekmē Zemes magnētiskais lauks tiek izkropļots un iegūst “taku” virzienā no Saules, kas stiepjas simtiem tūkstošu kilometru garumā. Galvenais saules vēja cēlonis, kā mēs jau zinām, ir milzīgās vielas izmešana no Saules vainaga. Virzoties uz Zemi, tie pārvēršas magnētiskos mākoņos un izraisa spēcīgus, dažreiz ārkārtējus traucējumus uz Zemes. Īpaši spēcīgi Zemes magnētiskā lauka traucējumi - magnētiskās vētras. Dažas magnētiskās vētras sākas pēkšņi un gandrīz vienlaikus visā Zemē, bet citas attīstās pakāpeniski. Tie var ilgt vairākas stundas vai pat dienas. Magnētiskās vētras bieži notiek 1-2 dienas pēc saules uzliesmojuma, jo Zeme iet cauri Saules izmestajai daļiņu plūsmai. Pamatojoties uz aizkaves laiku, šādas korpuskulārās plūsmas ātrums tiek lēsts uz vairākiem miljoniem km/h.

Spēcīgu magnētisko vētru laikā tiek traucēta telegrāfa, telefona un radio normāla darbība.

Magnētiskās vētras bieži novērojamas 66-67° platuma grādos (bumbuļu zonā) un notiek vienlaikus ar polārblāzmu.

Zemes magnētiskā lauka struktūra mainās atkarībā no apgabala platuma. Magnētiskā lauka caurlaidība palielinās virzienā uz poliem. Virs polārajiem apgabaliem magnētiskā lauka līnijas ir vairāk vai mazāk perpendikulāras zemes virsmai un tām ir piltuves formas konfigurācija. Caur tiem daļa saules vēja no dienas puses iekļūst magnetosfērā un pēc tam atmosfēras augšējos slāņos. Magnētisko vētru laikā uz šejieni steidzas daļiņas no magnetosfēras astes, sasniedzot atmosfēras augšējo slāņu robežas ziemeļu un dienvidu puslodes augstajos platuma grādos. Tieši šīs lādētās daļiņas šeit izraisa polārblāzmas.

Tātad magnētiskās vētras un ikdienas izmaiņas magnētiskajā laukā, kā mēs jau esam noskaidrojuši, ir izskaidrojamas ar saules starojumu. Bet kāds ir galvenais iemesls, kas rada Zemes pastāvīgo magnētismu? Teorētiski bija iespējams pierādīt, ka 99% Zemes magnētiskā lauka rada planētas iekšpusē paslēpti avoti. Galveno magnētisko lauku rada avoti, kas atrodas Zemes dzīlēs. Tos var aptuveni iedalīt divās grupās. Galvenā to daļa ir saistīta ar procesiem zemes kodolā, kur nepārtrauktas un regulāras elektriski vadošas vielas kustības dēļ veidojas elektrisko strāvu sistēma. Otrs ir saistīts ar faktu, ka zemes garozas ieži, magnetizējot ar galveno elektrisko lauku (kodola lauku), rada savu magnētisko lauku, kas tiek summēts ar kodola magnētisko lauku.

Papildus magnētiskajam laukam ap Zemi ir arī citi lauki: a) gravitācijas; b) elektriskā; c) termiski.

Gravitācijas lauks Zemi sauc par gravitācijas lauku. Tas ir vērsts pa svērteni, kas ir perpendikulāra ģeoīda virsmai. Ja Zemei būtu revolūcijas elipsoīda forma un masas tajā būtu vienmērīgi sadalītas, tad tai būtu normāls gravitācijas lauks. Atšķirība starp reālā gravitācijas lauka intensitāti un teorētisko ir gravitācijas anomālija. Šīs anomālijas izraisa dažāds materiālu sastāvs un iežu blīvums. Bet ir iespējami arī citi iemesli. Tos var izskaidrot nākamais process- cietās un relatīvi vieglās zemes garozas līdzsvarošana uz smagākas augšējās mantijas, kur tiek izlīdzināts virsējo slāņu spiediens. Šīs straumes izraisa tektoniskas deformācijas, litosfēras plākšņu kustību un tādējādi veido Zemes makroreljefu. Gravitācija uz Zemes notur atmosfēru, hidrosfēru, cilvēkus, dzīvniekus. Pētot procesus ģeogrāfiskajā apvalkā, jāņem vērā gravitācija. Termiņš " ģeotropisms" ir augu orgānu augšanas kustības, kas gravitācijas spēka ietekmē vienmēr nodrošina primārās saknes vertikālo augšanas virzienu perpendikulāri Zemes virsmai. Gravitācijas bioloģija izmanto augus kā eksperimentālos priekšmetus.

Ja neņem vērā gravitāciju, nav iespējams aprēķināt sākotnējos datus raķešu un kosmosa kuģu palaišanai, veikt rūdas atradņu gravimetrisko izpēti, un, visbeidzot, astronomijas, fizikas un citu zinātņu tālāka attīstība nav iespējama.

Šie globālie modeļi - piemēram, Starptautiskais ģeomagnētiskais atskaites lauks (IGRF) un Pasaules magnētiskais modelis (WMM)- veido dažādas starptautiskas ģeofizikas organizācijas, un ik pēc 5 gadiem tiek apstiprināti un publicēti atjaunināti Gausa koeficientu komplekti, kas nosaka visus datus par ģeomagnētiskā lauka stāvokli un tā parametriem. Tātad saskaņā ar modeli WMM2015 ziemeļu ģeomagnētiskais pols (būtībā tas dienvidpols magnēts) ir koordinātas 80,37° N. w. un 72,62° R. d., dienvidu ģeomagnētiskais pols - 80,37° uz dienvidiem. platums, 107,38° austrumu garums. d., dipola ass slīpums attiecībā pret Zemes rotācijas asi ir 9,63°.

Pasaules anomāliju lauki

Faktiskās Zemes magnētiskā lauka lauka līnijas, lai arī vidēji tuvu dipola lauka līnijām, atšķiras no tām ar lokāliem nelīdzenumiem, kas saistīti ar magnetizētu iežu klātbūtni garozā, kas atrodas tuvu virsmai. Šī iemesla dēļ dažās vietās uz zemes virsmas lauka parametri ievērojami atšķiras no vērtībām tuvējos apgabalos, veidojot tā sauktās magnētiskās anomālijas. Tie var pārklāties viens ar otru, ja tos izraisošie magnetizētie ķermeņi atrodas dažādos dziļumos.

Ārējo apvalku paplašināto lokālo reģionu magnētisko lauku esamība noved pie tā, ka īstie magnētiskie stabi- punkti (vai drīzāk, mazas platības), kurā magnētiskā lauka līnijas ir absolūti vertikālas, nesakrīt ar ģeomagnētiskajām, un tās atrodas nevis uz pašas Zemes virsmas, bet gan zem tās. Ietvarā tiek aprēķinātas arī magnētisko polu koordinātas noteiktā laikā dažādi modeļiģeomagnētisko lauku, atrodot visus koeficientus Gausa rindā, izmantojot iteratīvu metodi. Tādējādi saskaņā ar pašreizējo WMM modeli 2015. gadā ziemeļu magnētiskais pols atradās 86° N. platums, 159°w. garš., bet dienvidu - 64° S. platuma grāds, 137° austrumu garums. Pašreizējā IGRF12 modeļa vērtības nedaudz atšķiras: 86,3° N. platums, 160°w. gar., ziemeļpolam, 64,3° uz dienvidiem. platuma grāds, 136,6° A dienvidu .

Respektīvi, magnētiskā ass- taisna līnija, kas iet caur magnētiskajiem poliem, neiet cauri Zemes centram un nav tās diametrs.

Visu polu pozīcijas pastāvīgi mainās - ģeomagnētiskais pols precesē attiecībā pret ģeogrāfisko polu ar periodu aptuveni 1200 gadu.

Ārējais magnētiskais lauks

To nosaka avoti pašreizējo sistēmu veidā, kas atrodas ārpus zemes virsmas tās atmosfērā. Atmosfēras augšējā daļā (100 km un augstāk) - jonosfērā - tās molekulas ir jonizētas, veidojot plazmu, tāpēc šo Zemes magnetosfēras daļu, kas stiepjas līdz trim tās rādiusiem, sauc. plazmasfēra. Plazmu notur Zemes magnētiskais lauks, bet tās stāvokli nosaka mijiedarbība ar Saules vēju – Saules vainaga plazmas plūsma.

Tādējādi lielākā attālumā no Zemes virsmas magnētiskais lauks ir asimetrisks, jo tas tiek izkropļots saules vēja ietekmē: no Saules puses tas tiek saspiests un virzienā no Saules iegūst “ taka”, kas stiepjas simtiem tūkstošu kilometru, pārsniedzot Mēness orbītu. Šī savdabīgā “astes” forma rodas, kad Saules vēja plazma un saules korpusa plūsmas plūst ap zemes virsmu. magnetosfēra- Zemei tuvās telpas reģions, ko joprojām kontrolē Zemes magnētiskais lauks, nevis Saule un citi starpplanētu avoti; tas ir atdalīts no starpplanētu telpas magnetopauze, kur saules vēja dinamiskais spiediens tiek līdzsvarots ar tā paša magnētiskā lauka spiedienu. Magnetosfēras subsolārais punkts atrodas vidēji 10 attālumā zemes rādiusi * R⊕ ; ar vāju saules vēju šis attālums sasniedz 15-20 R⊕, un magnētisko traucējumu periodos uz Zemes magnetopauze var pārsniegt ģeostacionāro orbītu (6,6 R⊕). Iegarenās astes nakts pusē diametrs ir aptuveni 40 R⊕ un garums vairāk nekā 900 R⊕; sākot no aptuveni 8 R⊕ attāluma, to sadala daļās ar plakanu neitrālu slāni, kurā lauka indukcija ir tuvu nullei.

Sakarā ar indukcijas līniju specifisko konfigurāciju ģeomagnētiskais lauks rada magnētisko slazdu lādētām daļiņām - protoniem un elektroniem. Tas uztver un notur milzīgu skaitu to, tāpēc magnetosfēra ir sava veida uzlādētu daļiņu rezervuārs. To kopējā masa, pēc dažādām aplēsēm, svārstās no 1 kg līdz 10 kg. Tie veido tā saukto radiācijas josta, kas aptver Zemi no visām pusēm, izņemot polāros apgabalus. Tas ir nosacīti sadalīts divās daļās - iekšējā un ārējā. Iekšējās jostas apakšējā robeža atrodas aptuveni 500 km augstumā, tās biezums ir vairāki tūkstoši kilometru. Ārējā josta atrodas 10-15 tūkstošu km augstumā. Radiācijas jostas daļiņas Lorenca spēka ietekmē veic sarežģītas periodiskas kustības no ziemeļu puslodes uz dienvidu puslodi un atpakaļ, vienlaikus lēnām pārvietojoties ap Zemi azimutā. Atkarībā no enerģijas tie veic pilnīgu apgriezienu ap Zemi laikā no vairākām minūtēm līdz dienai.

Magnetosfēra neļauj kosmisko daļiņu plūsmām tuvoties zemei. Tomēr tā astē, lielos attālumos no Zemes, ģeomagnētiskā lauka intensitāte un līdz ar to arī aizsargājošās īpašības ir vājinātas, un dažas saules plazmas daļiņas spēj iekļūt magnetosfērā un radiācijas joslu magnētiskajos slazdos. Tādējādi aste kalpo kā vieta, kur veidojas nogulsnējas daļiņas, kas izraisa polārblāzmas un polārblāzmas. Polārajos reģionos daļa saules plazmas plūsmas no Zemes starojuma jostas iebrūk atmosfēras augšējos slāņos un, saduroties ar skābekļa un slāpekļa molekulām, tās uzbudina vai jonizē, un, kad tās atgriežas neuzbudinātā stāvoklī, skābekļa atomi izstaro fotonus. ar λ = 0,56 μm un λ = 0,63 µm, savukārt jonizētās slāpekļa molekulas, rekombinējot, izceļ spektra zilās un violetās joslas. Tajā pašā laikā tiek novērotas polārblāzmas, īpaši dinamiskas un spilgtas magnētisko vētru laikā. Tie rodas magnetosfēras traucējumu laikā, ko izraisa saules vēja blīvuma un ātruma palielināšanās, palielinoties saules aktivitātei.

Lauka opcijas

Zemes lauka magnētiskās indukcijas līniju stāvokļa vizuālu attēlojumu sniedz magnētiskā adata, kas fiksēta tā, lai tā varētu brīvi griezties gan ap vertikālo, gan horizontālo asi (piemēram, kardāna balstiekārtā) - katrā punktā netālu no Zemes virsmas tas ir uzstādīts noteiktā veidā pa šīm līnijām.

Tā kā magnētiskais un ģeogrāfiskais polis nesakrīt, magnētiskā adata norāda virzienu no ziemeļiem uz dienvidiem tikai aptuveni. Vertikālo plakni, kurā ir uzstādīta magnētiskā adata, sauc par noteiktas vietas magnētiskā meridiāna plakni, un līniju, pa kuru šī plakne krustojas ar Zemes virsmu, sauc. magnētiskais meridiāns. Tādējādi magnētiskie meridiāni ir Zemes magnētiskā lauka līniju projekcijas uz tās virsmas, kas saplūst ziemeļu un dienvidu magnētiskajos polos. Leņķi starp magnētiskā un ģeogrāfiskā meridiāna virzieniem sauc magnētiskā deklinācija. Tas var būt rietumu (bieži apzīmēts ar “-”) vai austrumu (apzīmēts ar “+”) atkarībā no tā, vai magnētiskās adatas ziemeļpols novirzās uz rietumiem vai austrumiem no ģeogrāfiskā meridiāna vertikālās plaknes.

Turklāt Zemes magnētiskā lauka līnijas, vispārīgi runājot, nav paralēlas tās virsmai. Tas nozīmē, ka Zemes lauka magnētiskā indukcija neatrodas noteiktas vietas horizonta plaknē, bet veido noteiktu leņķi ar šo plakni - to sauc magnētiskais slīpums. Tikai punktos tas ir tuvu nullei magnētiskais ekvators- apļi lielisks loks plaknē, kas ir perpendikulāra magnētiskajai asij.

Magnētiskā deklinācija un magnētiskais slīpums nosaka Zemes lauka magnētiskās indukcijas virzienu katrā konkrētajā vietā. Un šī daudzuma skaitlisko vērtību var atrast, zinot magnētiskās indukcijas vektora slīpumu un vienu no projekcijām B (\displaystyle \mathbf (B) )- uz vertikālu vai horizontālā ass(pēdējais praksē izrādās ērtāks). Tādējādi šie trīs parametri ir magnētiskā deklinācija, slīpums un magnētiskās indukcijas vektora B lielums (vai magnētiskā lauka intensitātes vektors H (\displaystyle \mathbf (H) )) - pilnībā raksturo ģeomagnētisko lauku noteiktā vietā. Viņu precīzās zināšanas par lielāko iespējamo punktu skaitu uz Zemes ir ārkārtīgi lielas svarīgs. Tiek sastādītas īpašas magnētiskās kartes, uz kurām izogons(līnijas ar tādu pašu deklināciju) un izoklīni(vienāda slīpuma līnijas), kas nepieciešamas, lai orientētos, izmantojot kompasu.

Vidēji Zemes magnētiskā lauka intensitāte svārstās no 25 000 līdz 65 000 nT (0,25 - 0,65 G) un ir ļoti atkarīga no ģeogrāfiskās atrašanās vietas. Tas atbilst vidējam lauka intensitātei aptuveni 0,5 (40 /) . Pie magnētiskā ekvatora tā vērtība ir aptuveni 0,34, pie magnētiskajiem poliem - aptuveni 0,66 Oe. Dažos apgabalos (magnētiskās anomālijas) intensitāte strauji palielinās: Kurskas magnētiskās anomālijas apgabalā tā sasniedz 2 Oe.

Zemes magnētiskā lauka būtība

Pirmo reizi J. Larmors mēģināja izskaidrot Zemes un Saules magnētisko lauku esamību 1919. gadā, piedāvājot dinamo koncepciju, saskaņā ar kuru debess ķermeņa magnētiskā lauka uzturēšana notiek reibumā. elektriski vadošas vides hidrodinamisko kustību. Tomēr 1934. g T. Cowling pierādīja teorēmu par to, ka nav iespējams uzturēt asimetrisku magnētisko lauku, izmantojot hidrodinamisko dinamo mehānismu. Un tā kā lielākā daļa no tiem studēja debess ķermeņi(un it īpaši Zeme) tika uzskatīti par aksiāli simetriskiem, pamatojoties uz to, varēja izdarīt pieņēmumu, ka arī to lauks būs aksiāli simetrisks, un tad tā ģenerēšana pēc šī principa pēc šīs teorēmas būtu neiespējama. Vēlāk tika parādīts, ka ne visiem vienādojumiem ar aksiālo simetriju, kas apraksta magnētiskā lauka ģenerēšanas procesu, būs aksiāli simetrisks risinājums, un 1950. gados. ir atrasti asimetriski risinājumi.

Kopš tā laika dinamo teorija ir veiksmīgi attīstījusies, un mūsdienās vispārpieņemtais visticamākais Zemes un citu planētu magnētiskā lauka rašanās skaidrojums ir pašizraujošs dinamo mehānisms, kura pamatā ir elektriskās strāvas ģenerēšana vadītājā. kad tas pārvietojas magnētiskajā laukā, ko rada un pastiprina pašas šīs strāvas. Nepieciešamie nosacījumi tiek radīti Zemes kodolā: šķidrajā ārējā kodolā, kas sastāv galvenokārt no dzelzs apmēram 4-6 tūkstošu kelvinu temperatūrā, kas lieliski vada strāvu, tiek radītas konvekcijas plūsmas, kas noņem siltumu no cietās iekšējās kodola (kas rodas sakarā ar radioaktīvo elementu sabrukšana vai latenta siltuma izdalīšanās matērijas sacietēšanas laikā uz robežas starp iekšējo un ārējo kodolu, planētai pakāpeniski atdziest). Koriolisa spēki šīs plūsmas savērpj raksturīgās spirālēs, veidojot t.s Teilora pīlāri. Pateicoties slāņu berzei, tie iegūst elektriskais lādiņš, veidojot cilpas strāvas. Tādējādi tiek izveidota strāvu sistēma, kas cirkulē pa vadošu ķēdi vadītājos, kas pārvietojas (sākotnēji esošajā, kaut arī ļoti vājajā) magnētiskajā laukā, kā Faradeja diskā. Tas rada magnētisko lauku, kas ar labvēlīgu plūsmas ģeometriju pastiprina sākotnējo lauku, un tas, savukārt, pastiprina strāvu, un pastiprināšanas process turpinās līdz džoula siltuma zudumi, pieaugot strāvai, līdzsvaro enerģijas pieplūdumu. kas nāk no hidrodinamiskām kustībām.

Šis process ir aprakstīts matemātiski diferenciālvienādojums

∂ B ∂ t = η ∇ 2 B + ∇ × (u × B) (\displaystyle (\frac (\partial \mathbf (B) )(\partial t))=\eta \mathbf (\nabla ) ^(2 )\mathbf (B) +\mathbf (\nabla ) \times (\mathbf (u) \times \mathbf (B))),

Kur u- šķidruma plūsmas ātrums, B- magnētiskā indukcija, η = 1/μσ - magnētiskā viskozitāte, σ ir šķidruma elektriskā vadītspēja, un μ ir magnētiskā caurlaidība, kas praktiski neatšķiras pie šādas paaugstināta temperatūra serdeņi no μ 0 - vakuuma caurlaidība.

Tomēr pilnīgam aprakstam ir nepieciešams pierakstīt magnetohidrodinamisko vienādojumu sistēmu. Boussinesq tuvinājumā (kurā tiek pieņemts, ka visi šķidruma fizikālie raksturlielumi ir nemainīgi, izņemot Arhimēda spēku, kura aprēķinos tiek ņemtas vērā blīvuma izmaiņas temperatūras atšķirību dēļ) tas ir:

• Navjē-Stoksa vienādojums, kurā ir termini, kas izsaka rotācijas un magnētiskā lauka kombinēto efektu:

ρ 0 (∂ u ∂ t + u ⋅ ∇ u) = − ∇ P + ρ 0 ν ∇ 2 u + ρ g ¯ − 2 ρ 0 Ω × u + J × B (\displaystyle \rhoft _(0)\ ((\frac (\partial \mathbf (u) )(\partial t))+\mathbf (u) \cdot \mathbf (\nabla ) \mathbf (u) \right)=-\nabla \mathbf (P) +\rho _(0)\nu \mathbf (\nabla ) ^(2)\mathbf (u) +\rho (\bar (\mathbf (g) ))-2\rho _(0)\mathbf (\ Omega ) \times \mathbf (u) +\mathbf (J) \times \mathbf (B) ).

• Siltumvadītspējas vienādojums, kas izsaka enerģijas nezūdamības likumu:

∂ T ∂ t + u ⋅ ∇ T = κ ∇ 2 T + ϵ (\displaystyle (\frac (\partial T)(\partial t))+\mathbf (u) \cdot \mathbf (\nabla ) T=\ kappa \mathbf (\nabla ) ^(2)T+\epsilon ),

Izrāvienu šajā ziņā 1995. gadā panāca grupas no Japānas un ASV. Sākot ar šo brīdi, vairāku skaitliskās modelēšanas darbu rezultāti apmierinoši reproducē ģeomagnētiskā lauka kvalitatīvos raksturlielumus dinamikā, ieskaitot inversijas.

Izmaiņas Zemes magnētiskajā laukā

To apstiprina pašreizējais smailes atvēruma leņķa pieaugums (polārie spraugas magnetosfērā ziemeļos un dienvidos), kas līdz 90. gadu vidum sasniedza 45°. Paplašinātajās spraugās ieplūda saules vēja, starpplanētu telpas un kosmisko staru radiācijas materiāls, kā rezultātā polārajos apgabalos nonāk vairāk vielas un enerģijas, kas var novest pie polāro vāciņu papildu uzkaršanas [ ] .

Ģeomagnētiskās koordinātas (McIlwain koordinātas)

Kosmisko staru fizikā plaši tiek izmantotas noteiktas koordinātas ģeomagnētiskajā laukā, kas nosaukts zinātnieka Karla Makilveina vārdā ( Kārlis Makilveins), kurš pirmais ierosināja to izmantošanu, jo tie ir balstīti uz daļiņu kustības invariantiem magnētiskajā laukā. Punktu dipola laukā raksturo divas koordinātas (L, B), kur L ir tā sauktais magnētiskais apvalks jeb Makilveina parametrs. L-apvalks, L-vērtība, McIlwain L-parametrs), B - magnētiskā lauka indukcija (parasti G). Magnētiskā apvalka parametrs parasti tiek pieņemts kā vērtība L, kas ir vienāda ar reālā magnētiskā apvalka vidējā attāluma attiecību no Zemes centra ģeomagnētiskā ekvatora plaknē pret Zemes rādiusu. .

Pētījumu vēsture

Pirms dažiem tūkstošiem gadu gadā Senā Ķīna bija zināms, ka magnetizētie objekti atrodas noteiktā virzienā, jo īpaši, kompasa adata vienmēr ieņem noteiktu vietu telpā. Pateicoties tam, cilvēce jau sen ir spējusi izmantot šādu bultu (kompasu), lai pārvietotos atklātā jūrā tālu no krastiem. Tomēr pirms Kolumba ceļojuma no Eiropas uz Ameriku (1492. gads) neviens nepievērsa īpašu uzmanību šīs parādības izpētei, jo tā laika zinātnieki uzskatīja, ka tā notiek Ziemeļzvaigznes adatas pievilkšanas rezultātā. Eiropā un to apskalojošajās jūrās kompass tolaik tika uzstādīts gandrīz pa ģeogrāfisko meridiānu. Šķērsojot Atlantijas okeānu, Kolumbs pamanīja, ka aptuveni pusceļā starp Eiropu un Ameriku kompasa adata novirzījās gandrīz par 12° uz rietumiem. Šis fakts uzreiz radīja šaubas par iepriekšējās hipotēzes par Ziemeļzvaigznes adatas piesaisti pareizību un deva stimulu atkal nopietniem pētījumiem. atklāta parādība: informācija par Zemes magnētisko lauku bija nepieciešama jūrniekiem. No šī brīža sākās zemes magnētisma zinātne, sākās plaši magnētiskās deklinācijas mērījumi, tas ir, leņķis starp ģeogrāfisko meridiānu un magnētiskās adatas asi, tas ir, magnētisko meridiānu. 1544. gadā vācu zinātnieks Georgs Hartmanis atklāja jaunu parādību: magnētiskā adata ne tikai novirzās no ģeogrāfiskā meridiāna, bet, atkaroties no smaguma centra, mēdz stāvēt noteiktā leņķī pret horizontālo plakni, ko sauc par magnētisko slīpumu.

No šī brīža līdztekus novirzes fenomena izpētei zinātnieki sāka pētīt arī magnētiskās adatas slīpumu. Hosē de Akosta (viens no ģeofizikas pamatlicēji, saskaņā ar Humbolta) viņa Stāsti(1590) pirmo reizi parādījās teorija par četrām līnijām bez magnētiskās deklinācijas. Viņš aprakstīja kompasa izmantošanu, novirzes leņķi, atšķirības starp magnētisko polu un ziemeļpolu, kā arī novirzes no viena punkta uz otru, identificējot vietas ar nulles novirzi, piemēram, Azoru salas.

Novērojumu rezultātā tika konstatēts, ka gan deklinācijai, gan slīpumam ir dažādas vērtības dažādos zemes virsmas punktos. Turklāt to izmaiņas no punkta uz punktu ir pakļautas kādai sarežģītai shēmai. Viņas pētījumi ļāva Anglijas karalienes Elizabetes galma ārstam un dabas filozofam Viljamam Gilbertam 1600. gadā savā grāmatā “De Magnete” izvirzīt hipotēzi, ka Zeme ir magnēts, kura stabi sakrīt ar ģeogrāfiskajiem poliem. Citiem vārdiem sakot, V. Gilberts uzskatīja, ka Zemes lauks ir līdzīgs magnetizētas sfēras laukam. V. Gilberts savu apgalvojumu pamatoja ar eksperimentu ar mūsu planētas modeli, kas ir magnetizēta dzelzs lode, un nelielu dzelzs bultiņu. Gilberts uzskatīja, ka galvenais arguments par labu viņa hipotēzei ir tāds, ka uz šāda modeļa izmērītais magnētiskais slīpums izrādījies gandrīz tāds pats kā uz zemes virsmas novērotais slīpums. Gilberts skaidroja neatbilstību starp zemes deklināciju un modeļa deklināciju ar kontinentu novirzošo ietekmi uz magnētisko adatu. Lai gan daudzi vēlāk konstatētie fakti nesakrita ar Hilberta hipotēzi, tā nezaudē savu nozīmi līdz pat mūsdienām. Gilberta galvenā ideja, ka zemes magnētisma cēlonis jāmeklē Zemes iekšienē, izrādījās pareiza, kā arī fakts, ka, sākot ar pirmo tuvinājumu, Zeme patiešām ir liels magnēts, kas ir vienmērīgi magnetizēta bumbiņa.

1634. gadā angļu astronoms Henrijs Gelibrands?! atklāja, ka magnētiskā deklinācija Londonā laika gaitā mainās. Tas bija pirmais reģistrētais pierādījums laicīgām variācijām - regulārām (no gada uz gadu) izmaiņām ģeomagnētiskā lauka komponentu vidējās gada vērtībās.

Deklinācijas un slīpuma leņķi nosaka Zemes magnētiskā lauka intensitātes virzienu telpā, bet nevar dot tā skaitlisko vērtību. Līdz 18. gadsimta beigām. intensitātes mērījumi netika veikti tāpēc, ka nebija zināmi magnētiskā lauka un magnetizēto ķermeņu mijiedarbības likumi. Tikai pēc 1785.-1789.g. Franču fiziķis Šarls Kulons izveidoja viņa vārdā nosauktu likumu, un kļuva iespējama šādu mērījumu iespēja. Kopš 18. gadsimta beigām līdz ar deklinācijas un slīpuma novērošanu sākās plaši horizontālās komponentes novērojumi, kas ir magnētiskā lauka intensitātes vektora projekcija uz horizontālo plakni (zinot deklināciju un slīpumu, iespējams aprēķināt kopējā magnētiskā lauka intensitātes vektora vērtību).

Pirmais teorētiskais darbs par to, kas ir Zemes magnētiskais lauks, tas ir, kāds ir tā intensitātes lielums un virziens katrā zemes virsmas punktā, pieder vācu matemātiķim Karlam Gausam. 1834. gadā viņš sniedza matemātisko izteiksmi spriedzes komponentiem kā koordinātu funkcijai - novērošanas vietas platumam un garumam. Izmantojot šo izteiksmi, katram zemes virsmas punktam ir iespējams atrast jebkuras sastāvdaļas vērtības, ko sauc par zemes magnētisma elementiem. Šis un citi Gausa darbi kļuva par pamatu, uz kura celta ēka mūsdienu zinātne par zemes magnētismu. Jo īpaši 1839. gadā viņš pierādīja, ka lielākā magnētiskā lauka daļa iziet no Zemes, un tā vērtību mazo, īso noviržu cēlonis ir jāmeklē ārējā vidē.

1831. gadā angļu polārpētnieks Džons Ross Kanādas arhipelāgā atklāj magnētisko ziemeļpolu – apgabalu, kur atrodas magnētiskā adata. vertikālā pozīcija, tas ir, slīpums ir 90°. Un 1841. gadā Džeimss Ross (Džona Rosa brāļadēls) sasniedza otru Zemes magnētisko polu, kas atrodas Antarktīdā.

Skatīt arī

• Intermagnēts (Angļu)

Piezīmes

1. ASV zinātnieki ir atklājuši, ka Zemes magnētiskais lauks ir par 700 miljoniem gadu vecāks, nekā tika uzskatīts iepriekš
2. Edvards Kononovičs. Zemes magnētiskais lauks (nenoteikts) . http://www.krugosvet.ru/. Enciklopēdija visā pasaulē: Universāla tiešsaistes populārzinātniskā enciklopēdija. Iegūts 2017-04-26.
3. Ģeomagnētisms Bieži Uzdotie Jautājumi(Angļu) . https://www.ngdc.noaa.gov/ngdc.html. Nacionālie vides informācijas centri (NCEI). Skatīts 2017. gada 23. aprīlī.
4. A. I. Djačenko. Zemes magnētiskie stabi. - Maskava: Maskavas matemātikas tālākizglītības centra izdevniecība, 2003. - 48 lpp. - ISBN 5-94057-080-1.
5. A. V. Vikuļins. VII. Zemes ģeomagnētiskais lauks un elektromagnētisms// Ievads Zemes fizikā. Mācību grāmata ģeofizikas specialitātēm universitātēs.. - Kamčatkas Valsts izdevniecība pedagoģiskā universitāte, 2004. - 240 lpp. - ISBN 5-7968-0166-X.