Геомагнетизм — магнитное поле Земли

Физика > Геомагнетизм

 

Рассмотрите составляющие магнитного поля Земли – геомагнетизм. Узнайте, чему равно магнитное поле Земли, его значение для планеты, сила магнитного поля.

Расплавленные электрические токи во внешнем ядре создают земное магнитное поле, меняющееся со временем.

Задача обучения

• Разобраться в механизме создания земного магнитного поля.

Основные пункты

• Магнитное поле защищает планету от негативного воздействия солнечной активности. Опасные частички отделяют озоновый слой, оберегающий Землю от ультрафиолетового излучения.
• Земное магнитное поле генерируется контуром обратной связи во внешнем ядре жидкости: токовые петли создают магнитные поля.
• Со временем геомагнитное поле меняется. Геомагнитный разворот осуществляется раз в 0.1-50 миллионов лет.

Термин

• Динамо – механизм в небесном теле, генерирующий магнитное поле.

Структура земного магнитного поля

Каково значение магнитного поля Земли? Магнитное поле играет роль защитной оболочки, которая спасает Землю от негативного солнечного влияния. Опасные частички атакуют озоновый слой, которые укрывает планету от убийственных ультрафиолетовых лучей. Область над ионосферой тянется на несколько десятков тысяч км в пространство – магнитосфера.

Сила магнитного поля планеты равна 25-65 микротестов. Наибольшая интенсивность поля наблюдается возле полюсов, а минимальный показатель – на экваторе. На изодинамической карте земного магнитного поля можно отследить минимальную интенсивность в Южной Америке, а также максимумы в северной Канаде, Сибири и побережье Антарктиды. Магнитное диполе располагается в центре планеты и наклонено на 10° по отношению к оси вращения.

Физическое происхождение

Магнитное земное поле создается электрическими токами в жидком внешнем ядре, представленном высокопроводящим расплавленным железом. Оно генерируется контуром обратной связи: токовые петли формируют магнитное поле, а его перемена создает электрическое, и оба влияют на заряды. Все это можно соединить в уравнении:

где u – скорость жидкости, B – магнитное поле, эта – магнитная диффузия.

Если выключить земное динамо, то через несколько десятков тысяч лет исчезнет дипольная часть. Давление в расплавленном внешнем сердечнике железа подпитывается движением, обусловленным плавучестью. Чем ближе к центру, тем выше температурная отметка. Общее планетарное вращение приводит к эффекту Кориолиса, что заставляет потоки сворачиваться в рулоны, выровненные вдоль полярной оси север-юг.

Индуцированные в ионосфере электрические токи создают магнитные поля. Они всегда генерируются возле того места, где атмосфера ближе всего расположена к Солнцу, вызывая ежедневные перемены, способные сдвинуть поверхностные поля на один градус. Суточные вариации напряженности поля достигают 25 нанотезослоев.

Временные вариации

Геомагнитное поле меняется во временных масштабах (от миллисекунд до миллионов лет). Более короткие периоды появляются из-за токов в ионосфере и магнитосфере, а к некоторым приводят геомагнитные бури и суточные изменения токов.

Чаще всего земная магнитосфера страдает от солнечных вспышек, что провоцирует полярные сияния. Сейчас наблюдается серьезное ухудшение – снижение на 10-15% за последние 150 лет. Более того в последние годы скорость увеличилась. Магнитный Северный полюс перемещается из северной Канады в Сибирь и ускорялся до 10 км в год в начале 20-го века, а потом до 40 км в год с 2003.

Конечно, земное поле аппроксимировано магнитным диполем с осью, но есть случайные события, которые влияют на северное и южное геомагнитные полюса. Речь идет о геомагнитных разворотах. Доказательства этому можно отыскать в базальте, отложениях и магнитных аномалиях на океаническом дне. Интервалы охватывают 0.1-50 миллионов лет. Недавнее событие именуют разворотом Брунша-Матуямы, произошедшее 780000 лет назад.

---