میدان مغناطیسی از کجا می آید؟ میدان مغناطیسی زمین. چرا سیارات به میدان مغناطیسی نیاز دارند؟ منشا میدان مغناطیسی

در سال 1905، اینشتین علت مغناطیس زمین را یکی از پنج راز اصلی فیزیک معاصر نامید.

همچنین در سال 1905، ژئوفیزیکدان فرانسوی برنارد برونهس، اندازه گیری مغناطیس ذخایر گدازه های پلیستوسن را در بخش جنوبی کانتال انجام داد. بردار مغناطیسی این سنگ ها با بردار سیاره ای تقریباً 180 درجه بود میدان مغناطیسی(پ. دیوید هموطن او حتی یک سال قبل نتایج مشابهی کسب کرده بود). Brunhes به این نتیجه رسید که سه ربع میلیون سال پیش، در هنگام ریزش گدازه، جهت خطوط میدان ژئومغناطیسی بر خلاف خط مدرن بود. اینگونه بود که اثر وارونگی (برگشت قطبیت) میدان مغناطیسی زمین کشف شد. در نیمه دوم دهه 1920، نتیجه گیری های برونهس توسط P.L. Mercanton و Monotori Matuyama تأیید شد، اما این ایده ها تنها در اواسط قرن به رسمیت شناخته شدند.

اکنون می دانیم که میدان ژئومغناطیسی حداقل 3.5 میلیارد سال است که وجود داشته است، و در طول این مدت، قطب های مغناطیسی هزاران بار جای خود را عوض کرده اند (برونهس و ماتویاما آخرین وارونگی را مطالعه کردند که اکنون نام آنها را دارد). گاهی اوقات میدان ژئومغناطیسی جهت دهی میلیون ها سال و گاهی بیش از پانصد قرن را حفظ می کند. خود فرآیند وارونگی معمولاً چندین هزار سال طول می کشد و پس از اتمام، قدرت میدان، به عنوان یک قاعده، به مقدار قبلی خود باز نمی گردد، بلکه چندین درصد تغییر می کند.

مکانیسم وارونگی ژئومغناطیسی تا به امروز کاملاً مشخص نیست و حتی صد سال پیش اصلاً اجازه توضیح معقول را نمی داد. بنابراین، اکتشافات برونهس و دیوید تنها ارزیابی انیشتین را تقویت کرد - در واقع، مغناطیس زمینی بسیار مرموز و غیرقابل درک بود. اما در آن زمان بیش از سیصد سال مورد مطالعه قرار گرفته بود و در قرن نوزدهم توسط ستارگان علم اروپایی مانند مسافر بزرگالکساندر فون هومبولت، ریاضیدان برجسته کارل فردریش گاوس و فیزیکدان تجربی درخشان ویلهلم وبر. بنابراین انیشتین واقعاً به ریشه نگاه کرد.

به نظر شما سیاره ما چند قطب مغناطیسی دارد؟ تقریباً همه می گویند که دو نفر در قطب شمال و قطب جنوب هستند. در واقع پاسخ به تعریف مفهوم قطب بستگی دارد. قطب های جغرافیایی نقاط تقاطع هستند محور زمینبا سطح سیاره زیرا زمین مانند آن می چرخد جامد، فقط دو نکته از این دست وجود دارد و چیز دیگری نمی توان به آن فکر کرد. اما در مورد قطب های مغناطیسی وضعیت بسیار پیچیده تر است. به عنوان مثال، یک قطب را می توان ناحیه کوچکی در نظر گرفت (در حالت ایده آل، دوباره نقطه ای) که در آن خطوط میدان مغناطیسی عمود هستند. سطح زمین. با این حال، هر مغناطیس سنج نه تنها میدان مغناطیسی سیاره‌ای، بلکه میدان‌های سنگ‌های محلی، جریان‌های الکتریکی یونوسفر، ذرات باد خورشیدی و سایر منابع اضافی مغناطیس را نیز ثبت می‌کند (و سهم متوسط آن‌ها در حد چند درصد چندان کم نیست). . هرچه دستگاه دقیق تر باشد، این کار را بهتر انجام می دهد - و بنابراین جداسازی میدان ژئومغناطیسی واقعی (به آن اصلی ترین می گویند) که منبع آن در اعماق زمین قرار دارد، دشوارتر می شود. بنابراین، مختصات قطب با استفاده از اندازه گیری مستقیم، حتی در مدت زمان کوتاهی پایدار نیستند.

شما می توانید متفاوت عمل کنید و موقعیت قطب را بر اساس مدل های خاصی از مغناطیس زمینی تعیین کنید. با اولین تقریب، سیاره ما را می توان یک دوقطبی مغناطیسی زمین مرکزی در نظر گرفت که محور آن از مرکز آن می گذرد. در حال حاضر زاویه بین آن و محور زمین 10 درجه است (چند دهه پیش بیش از 11 درجه بود). با مدل سازی دقیق تر، مشخص می شود که محور دوقطبی نسبت به مرکز زمین در جهت قسمت شمال غربی جابجا شده است. اقیانوس آرامتقریباً 540 کیلومتر (این یک دوقطبی غیرعادی است). تعاریف دیگری نیز وجود دارد.

اما این همه ماجرا نیست. میدان مغناطیسی زمین در واقع تقارن دوقطبی ندارد و بنابراین دارای چندین قطب است و در تعداد زیادی. اگر زمین را یک چهارقطبی مغناطیسی، یک چهارقطبی در نظر بگیریم، باید دو قطب دیگر را معرفی کنیم - در مالزی و در قسمت جنوبی. اقیانوس اطلس. مدل هشت قطبی هشت قطب و غیره را مشخص می کند. پیشرفته ترین مدل های مدرن مغناطیس زمینی با 168 قطب عمل می کنند. شایان ذکر است که در حین وارونگی، تنها جزء دوقطبی میدان ژئومغناطیسی به طور موقت ناپدید می شود، در حالی که بقیه بسیار کمتر تغییر می کنند.

قطب در معکوس

بسیاری از مردم می دانند که اسامی عمومی پذیرفته شده قطب ها دقیقا برعکس است. قطبی در قطب شمال وجود دارد که انتهای شمالی سوزن مغناطیسی به سمت آن است و بنابراین باید آن را جنوبی در نظر گرفت. مانند قطبدفع، مخالفان جذب می شوند!). به همین ترتیب، قطب شمال مغناطیسی در عرض های جغرافیایی بالا در نیمکره جنوبی قرار دارد. با این حال، به طور سنتی ما قطب ها را بر اساس جغرافیا نام گذاری می کنیم. فیزیکدانان مدتهاست توافق کرده اند که خطوط نیرو از قطب شمال هر آهنربایی خارج شده و وارد جنوب می شود. از این رو خطوط مغناطیس زمین از قطب ژئومغناطیسی جنوبی خارج شده و به سمت شمال کشیده می شوند. این کنوانسیون است و شما نباید آن را نقض کنید (وقت آن است که تجربه غم انگیز پانیکوفسکی را به خاطر بسپارید!).

قطب مغناطیسی، مهم نیست که چگونه آن را تعریف کنید، ثابت نمی ماند. قطب شمالدو قطبی زمین مرکزی دارای مختصات 79.5 N و 71.6 W در سال 2000 و 80.0 N و 72.0 W در سال 2010 بود. و 127.1 W. تقریباً برای تمام قرن بیستم بیش از 10 کیلومتر در سال انجام نمی شد، اما پس از 1980 ناگهان شروع به حرکت بسیار سریعتر کرد. در اوایل دهه 1990، سرعت آن از 15 کیلومتر در سال فراتر رفت و همچنان در حال رشد است.

همانطور که به Popular Mechanics گفته شد مدیر سابقآزمایشگاه ژئومغناطیسی سرویس تحقیقات زمین شناسی کانادا لارنس نیویت، قطب واقعی اکنون به سمت شمال غربی مهاجرت می کند و سالانه 50 کیلومتر حرکت می کند. اگر بردار حرکت آن برای چندین دهه تغییر نکند، در اواسط قرن بیست و یکم به سیبری خواهد رسید. با توجه به بازسازی انجام شده چندین سال پیش توسط همین نیویت، در هفدهم و قرن هجدهمقطب شمال مغناطیسی عمدتاً به سمت جنوب شرقی حرکت کرد و در حدود سال 1860 فقط به سمت شمال غربی چرخید. قطب مغناطیسی جنوب واقعی در 300 سال گذشته در یک جهت حرکت کرده است و میانگین جابجایی سالانه آن از 10 تا 15 کیلومتر تجاوز نمی کند.

میدان مغناطیسی زمین حتی از کجا می آید؟ یکی از توضیح های ممکن، به سادگی خیره کننده است. زمین دارای یک هسته جامد درونی آهن نیکل است که شعاع آن 1220 کیلومتر است. از آنجایی که این فلزات فرومغناطیسی هستند، چرا فرض نمی کنیم که هسته داخلی دارای مغناطیسی ثابت است که وجود میدان ژئومغناطیسی را تضمین می کند؟ چندقطبی بودن مغناطیس زمینی را می توان به عدم تقارن توزیع حوزه های مغناطیسی در داخل هسته نسبت داد. توضیح مهاجرت قطبی و معکوس‌های میدان ژئومغناطیسی دشوارتر است، اما احتمالاً می‌توانیم تلاش کنیم.

با این حال، چیزی از این اتفاق نمی افتد. همه فرومغناطیس‌ها فرومغناطیسی باقی می‌مانند (یعنی مغناطیس خود به خود را حفظ می‌کنند) فقط زیر یک دمای معین - نقطه کوری. برای آهن 768 درجه سانتیگراد است (برای نیکل بسیار کمتر است) و دمای هسته داخلی زمین به طور قابل توجهی از 5000 درجه فراتر می رود. بنابراین، ما باید از فرضیه ژئومغناطیس ایستا جدا شویم. با این حال، ممکن است سیارات سرد شده با هسته فرومغناطیسی در فضا وجود داشته باشد.

بیایید یک احتمال دیگر را در نظر بگیریم. سیاره ما همچنین دارای یک هسته بیرونی مایع به ضخامت تقریبی 2300 کیلومتر است. این شامل ذوب آهن و نیکل با ترکیبی از عناصر سبک تر (گوگرد، کربن، اکسیژن و احتمالاً پتاسیم رادیواکتیو - هیچ کس با اطمینان نمی داند). دمای قسمت پایینی هسته خارجی تقریباً با دمای هسته داخلی منطبق است و در ناحیه بالایی در مرز با گوشته تا 4400 درجه سانتیگراد کاهش می یابد. بنابراین، کاملا طبیعی است که فرض کنیم بر اثر چرخش زمین، جریان های دایره ای در آنجا تشکیل می شود که ممکن است علت پیدایش مغناطیس زمینی باشد.

دینام همرفتی

برای توضیح ظاهر میدان پلوئیدی، لازم است که جریان های عمودی ماده هسته ای را در نظر بگیریم. آنها به دلیل همرفت تشکیل می شوند: مذاب آهن نیکل گرم شده از قسمت پایینی هسته به سمت گوشته شناور می شود. این جت ها توسط نیروی کوریولیس مانند جریان هوای طوفان ها به هم می پیچند. گری گلاتزمایر، استاد دانشگاه کالیفرنیا، توضیح می دهد که در نیمکره شمالی، جریان های صعودی در جهت عقربه های ساعت می چرخند، در حالی که در نیمکره جنوبی در خلاف جهت عقربه های ساعت می چرخند. - هنگام نزدیک شدن به گوشته، مواد هسته سرد می شود و شروع به حرکت به سمت داخل می کند. میدان های مغناطیسی جریان های صعودی و نزولی یکدیگر را خنثی می کنند و بنابراین میدان به صورت عمودی برقرار نمی شود. اما در قسمت بالایی جت کانوکشن که یک حلقه تشکیل می دهد و برای مدت کوتاهی به صورت افقی حرکت می کند، وضعیت متفاوت است. در نیمکره شمالی، خطوط میدانی که قبل از صعود همرفتی رو به غرب بودند، 90 درجه در جهت عقربه های ساعت می چرخند و جهت شمال دارند. در نیمکره جنوبی، آنها از شرق در خلاف جهت عقربه های ساعت می چرخند و همچنین به سمت شمال می روند. در نتیجه، یک میدان مغناطیسی در هر دو نیمکره ایجاد می شود که از جنوب به شمال اشاره دارد. اگرچه این به هیچ وجه تنها توضیح ممکن برای ظهور میدان پلوئیدی نیست، اما محتمل ترین آن در نظر گرفته می شود.

این دقیقاً همان طرحی است که ژئوفیزیکدانان 80 سال پیش درباره آن بحث کردند. آنها معتقد بودند که جریان های سیال رسانای هسته بیرونی، به دلیل انرژی جنبشی خود، جریان های الکتریکی ایجاد می کند که محور زمین را می پوشاند. این جریان ها یک میدان مغناطیسی از نوع غالباً دوقطبی ایجاد می کنند که خطوط میدان آن در سطح زمین در امتداد نصف النهارها کشیده شده اند (به چنین میدانی پلوئیدی گفته می شود). این مکانیسم ارتباطی را با عملکرد یک دینام تداعی می کند، از این رو نام آن است.

طرح توصیف شده زیبا و بصری است، اما، متاسفانه، اشتباه است. بر این فرض استوار است که حرکت ماده در هسته بیرونی نسبت به محور زمین متقارن است. با این حال، در سال 1933، ریاضیدان انگلیسی توماس کاولینگ این قضیه را اثبات کرد که بر اساس آن هیچ جریان متقارن محوری قادر به تضمین وجود یک میدان ژئومغناطیسی طولانی مدت نیست. حتی اگر ظاهر شود، عمر آن کوتاه خواهد بود، ده ها هزار بار کمتر از سن سیاره ما. ما به یک مدل پیچیده تر نیاز داریم.

دیوید استیونسون، یکی از کارشناسان برجسته در زمینه مغناطیس سیاره‌ای، استاد مؤسسه فناوری کالیفرنیا، می‌گوید: «ما دقیقاً نمی‌دانیم که مغناطیس زمین چه زمانی پدید آمد، اما می‌توانست بلافاصله پس از تشکیل گوشته و هسته بیرونی رخ داده باشد. . - برای روشن کردن ژئودینامو، یک مزرعه بذر خارجی مورد نیاز است و نه لزوماً یک مزرعه قدرتمند. به عنوان مثال، این نقش می تواند توسط میدان مغناطیسی خورشید یا میدان های جریان های تولید شده در هسته به دلیل اثر ترموالکتریک به عهده بگیرد. در نهایت، این خیلی مهم نیست؛ منابع مغناطیسی کافی وجود داشت. در حضور چنین میدانی و حرکت دایره ای جریان های سیال رسانا، پرتاب دینام درون سیاره ای به سادگی اجتناب ناپذیر شد.

حفاظت مغناطیسی

مغناطیس زمین با استفاده از شبکه گسترده ای از رصدخانه های ژئومغناطیسی، که ایجاد آن در دهه 1830 آغاز شد، نظارت می شود.

برای همین اهداف، از ابزارهای کشتی، هوانوردی و فضایی استفاده می شود (به عنوان مثال، مغناطیس سنج های اسکالر و برداری ماهواره دانمارکی Ørsted که از سال 1999 فعالیت می کند).

قدرت میدان ژئومغناطیسی از حدود 20000 نانوتسلا در سواحل برزیل تا 65000 نانوتسلا در نزدیکی قطب مغناطیسی جنوبی متغیر است. از سال 1800، جزء دوقطبی آن تقریباً 13٪ کاهش یافته است (و از آن زمان اواسط قرن شانزدهمقرن - 20٪، در حالی که چهار قطبی کمی افزایش یافت. مطالعات دیرینه مغناطیسی نشان می دهد که برای چندین هزار سال قبل از آغاز عصر ما، شدت میدان ژئومغناطیسی سرسختانه بالا رفت و سپس شروع به کاهش کرد. با این وجود، گشتاور دوقطبی سیاره‌ای کنونی به‌طور قابل‌توجهی بالاتر از مقدار میانگین آن در صد و پنجاه میلیون سال گذشته است (در سال 2010، نتایج اندازه‌گیری‌های دیرینه مغناطیسی منتشر شد که نشان می‌دهد 3.5 میلیارد سال پیش، میدان مغناطیسی زمین به نصف قوی‌تر از آن بود. امروز). این بدان معناست که کل تاریخ جوامع بشری از پیدایش اولین ایالات تا زمان ما بر روی حداکثر محلی میدان مغناطیسی زمین قرار گرفته است. جالب است به این فکر کنیم که آیا این روی پیشرفت تمدن تأثیر گذاشته است یا خیر. اگر در نظر بگیریم که میدان مغناطیسی از بیوسفر در برابر تشعشعات کیهانی محافظت می کند، این فرض دیگر خارق العاده به نظر نمی رسد.

و در اینجا یک مورد دیگر است که شایان ذکر است. در جوانی و حتی نوجوانی سیاره ما، تمام مواد موجود در هسته آن در فاز مایع بود. هسته داخلی جامد نسبتاً اخیراً، شاید تنها یک میلیارد سال پیش، شکل گرفته است. هنگامی که این اتفاق افتاد، جریان های همرفت منظم تر شد، که منجر به عملکرد پایدارتر ژئودینامو شد. به همین دلیل، میدان ژئومغناطیسی در بزرگی و ثبات به دست آورده است. می توان فرض کرد که این شرایط تأثیر مفیدی بر تکامل موجودات زنده داشته است. به طور خاص، تقویت ژئومغناطیس حفاظت از بیوسفر در برابر تشعشعات کیهانی را بهبود بخشید و در نتیجه خروج حیات از اقیانوس به خشکی را تسهیل کرد.

در اینجا توضیح عمومی پذیرفته شده برای چنین راه اندازی است. برای سادگی، اجازه دهید میدان بذر تقریباً موازی با محور چرخش زمین باشد (در واقع اگر جزء غیر صفر در این جهت باشد که تقریباً اجتناب ناپذیر است کافی است). سرعت چرخش ماده هسته بیرونی با کاهش عمق کاهش می یابد و به دلیل رسانایی الکتریکی بالای آن، خطوط میدان مغناطیسی با آن حرکت می کنند - همانطور که فیزیکدانان می گویند، میدان در محیط "یخ زده" است. بنابراین، خطوط نیروی مزرعه بذر خم می‌شوند و در اعماق بیشتر به جلو می‌روند و در عمق‌های کم‌تر عقب می‌افتند. در نهایت به قدری کشیده و تغییر شکل می‌دهند که یک میدان حلقوی شکل ایجاد می‌کنند، حلقه‌های مغناطیسی دایره‌ای که بر محور زمین می‌چرخند و در جهت مخالف در نیمکره شمالی و جنوبی قرار دارند. این مکانیسم اثر w نامیده می شود.

به گفته پروفسور استیونسون، درک این نکته بسیار مهم است که میدان حلقوی هسته بیرونی به دلیل میدان بذر پولوئیدی پدید آمده و به نوبه خود باعث ایجاد میدان پولوئیدی جدیدی شده است که در سطح زمین مشاهده شده است: "هر دو نوع ژئودینامو سیاره ای فیلدها به هم مرتبط هستند و بدون یکدیگر نمی توانند وجود داشته باشند.

15 سال پیش، گری گلاتزمایر، همراه با پل رابرتز، یک مدل کامپیوتری بسیار زیبا از میدان ژئومغناطیسی منتشر کرد: "در اصل، برای توضیح ژئومغناطیس، مدتهاست که یک دستگاه ریاضی کافی وجود داشته است - معادلات هیدرودینامیک مغناطیسی به علاوه معادلات توصیف کننده نیرو. از جاذبه و گرما جریان می یابدداخل هسته زمین مدل‌های مبتنی بر این معادلات در شکل اصلی خود بسیار پیچیده هستند، اما می‌توان آن‌ها را برای محاسبات کامپیوتری ساده‌سازی و تطبیق داد. این دقیقاً همان کاری است که من و رابرتز انجام دادیم. اجرا بر روی یک ابررایانه این امکان را فراهم کرد که یک توصیف منسجم از تکامل طولانی مدت سرعت، دما و فشار جریان ماده در هسته بیرونی و تکامل میدان های مغناطیسی مرتبط با آن ایجاد شود. ما همچنین دریافتیم که اگر شبیه سازی را در بازه های زمانی مرتبه ده ها و صدها هزار سال انجام دهیم، ناگزیر وارونگی میدان ژئومغناطیسی رخ می دهد. بنابراین از این نظر، مدل ما کار خوبی برای انتقال تاریخ مغناطیسی سیاره انجام می دهد. با این حال، مشکلی وجود دارد که هنوز حل نشده است. پارامترهای مواد هسته بیرونی که در چنین مدل هایی گنجانده شده است، هنوز از شرایط واقعی بسیار دور هستند. به عنوان مثال، باید بپذیریم که ویسکوزیته آن بسیار بالا است، در غیر این صورت منابع قدرتمندترین ابررایانه ها کافی نخواهد بود. در واقع، اینطور نیست؛ دلایل زیادی وجود دارد که باور کنیم تقریباً با ویسکوزیته آب مطابقت دارد. مدل‌های فعلی ما قادر به در نظر گرفتن تلاطم نیستند، که بدون شک رخ می‌دهد. اما کامپیوترها هر سال قدرت بیشتری پیدا می‌کنند و ده سال دیگر شبیه‌سازی‌های واقعی‌تر وجود خواهد داشت.»

پروفسور استیونسون می‌افزاید: «عملکرد یک ژئودینامو ناگزیر با تغییرات آشفته در جریان مذاب آهن نیکل است که منجر به نوسانات میدان‌های مغناطیسی می‌شود». - وارونگی مغناطیس زمینی به سادگی قوی ترین نوسانات ممکن است. از آنجایی که آنها ماهیت تصادفی دارند، به سختی می توان آنها را از قبل پیش بینی کرد - حداقل ما نمی دانیم چگونه این کار را انجام دهیم.

که در روزهای گذشتهدر سایت های اطلاع رسانی علمی ظاهر شد تعداد زیادی ازاخبار مربوط به میدان مغناطیسی زمین به عنوان مثال، خبری که در اخیرابه طور قابل توجهی تغییر می کند، یا اینکه میدان مغناطیسی باعث نشت اکسیژن از آن می شود اتمسفر زمینو حتی در مورد این واقعیت که گاوها در مراتع خود را در امتداد خطوط میدان مغناطیسی قرار می دهند. میدان مغناطیسی چیست و این همه اخبار چقدر مهم است؟

میدان مغناطیسی زمین ناحیه ای در اطراف سیاره ما است که در آن نیروهای مغناطیسی. مسئله منشا میدان مغناطیسی هنوز به طور کامل حل نشده است. با این حال، اکثر محققان موافق هستند که وجود میدان مغناطیسی زمین حداقل تا حدی به دلیل هسته آن است. هسته زمین از داخل جامد و بیرون مایع تشکیل شده است. چرخش زمین جریان های ثابتی را در هسته مایع ایجاد می کند. همانطور که خواننده ممکن است از درس های فیزیک به یاد داشته باشد، حرکت بارهای الکتریکیمنجر به ظهور میدان مغناطیسی در اطراف آنها می شود.

یکی از رایج‌ترین تئوری‌هایی که ماهیت میدان را توضیح می‌دهد، نظریه اثر دینام، فرض می‌کند که حرکات همرفتی یا آشفته یک سیال رسانا در هسته به خود تحریکی و حفظ میدان در حالت ساکن کمک می‌کند.

زمین را می توان به عنوان یک دوقطبی مغناطیسی در نظر گرفت. قطب جنوب آن در قطب شمال جغرافیایی و قطب شمال آن به ترتیب در قطب جنوب قرار دارد. در واقع، قطب های جغرافیایی و مغناطیسی زمین نه تنها در "جهت" منطبق نیستند. محور میدان مغناطیسی نسبت به محور چرخش زمین 11.6 درجه کج شده است. از آنجایی که تفاوت چندان قابل توجهی نیست، می توانیم از قطب نما استفاده کنیم. فلش آن دقیقاً به قطب مغناطیسی جنوبی زمین و تقریباً دقیقاً به قطب جغرافیایی شمال اشاره می کند. اگر قطب نما 720 هزار سال پیش اختراع شده بود، هم به قطب شمال جغرافیایی و هم به قطب مغناطیسی اشاره می کرد. اما بیشتر در مورد آن در زیر.

میدان مغناطیسی از ساکنان زمین و ماهواره های مصنوعی در برابر اثرات مضر ذرات کیهانی محافظت می کند. چنین ذرات شامل، برای مثال، ذرات باد خورشیدی یونیزه شده (شارژ شده). میدان مغناطیسی مسیر حرکت آنها را تغییر می دهد و ذرات را در امتداد خطوط میدان هدایت می کند. نیاز به میدان مغناطیسی برای وجود حیات، دامنه سیارات بالقوه قابل سکونت را محدود می کند (اگر از این فرض پیش برویم که به طور فرضی فرم های ممکنزندگی شبیه ساکنان زمینی است).

دانشمندان رد نمی کنند که برخی از سیارات زمینی هسته فلزی ندارند و بر این اساس فاقد میدان مغناطیسی هستند. تا به حال تصور می شد سیاراتی که از سنگ جامد ساخته شده بودند، مانند زمین، دارای سه لایه اصلی بودند: یک پوسته جامد، یک گوشته چسبناک و یک هسته آهنی جامد یا مذاب. در مقاله‌ای اخیر، دانشمندان مؤسسه فناوری ماساچوست، تشکیل سیارات «صخره‌ای» بدون هسته را پیشنهاد کردند. اگر محاسبات نظری محققان با مشاهدات تأیید شود، برای محاسبه احتمال ملاقات انسان‌نماها در کیهان، یا حداقل چیزی شبیه به تصاویر یک کتاب درسی زیست‌شناسی، بازنویسی آنها ضروری است.

زمینی ها نیز ممکن است حفاظت مغناطیسی خود را از دست بدهند. درست است، ژئوفیزیکدانان هنوز نمی توانند دقیقاً بگویند این اتفاق چه زمانی خواهد افتاد. واقعیت این است که قطب های مغناطیسی زمین ثابت نیستند. آنها به طور دوره ای مکان خود را تغییر می دهند. چندی پیش، محققان دریافتند که زمین واژگونی قطب ها را "به یاد می آورد". تجزیه و تحلیل چنین "خاطراتی" نشان داد که در طول 160 میلیون سال گذشته، شمال و جنوب مغناطیسی حدود 100 بار مکان خود را تغییر داده اند. آخرین باری که این رویداد رخ داد حدود 720 هزار سال پیش بود.

تغییر قطب ها با تغییر در پیکربندی میدان مغناطیسی همراه است. در حین " دوره انتقالذرات کیهانی به میزان قابل توجهی، خطرناک برای موجودات زنده، به زمین نفوذ می کنند. یکی از فرضیه هایی که ناپدید شدن دایناسورها را توضیح می دهد بیان می کند که خزندگان غول پیکر دقیقاً در طی تغییر قطب بعدی منقرض شدند.

علاوه بر "ردپای" فعالیت های برنامه ریزی شده برای تغییر قطب ها، محققان متوجه تغییرات خطرناکی در میدان مغناطیسی زمین شدند. تجزیه و تحلیل داده های چند سالی وضعیت او نشان داد که در ماه های اخیر اتفاقاتی برای او رخ داده است. دانشمندان برای مدت طولانی چنین "حرکات" تیز میدان را ثبت نکرده اند. منطقه مورد توجه محققان در اقیانوس اطلس جنوبی واقع شده است. "ضخامت" میدان مغناطیسی در این ناحیه از یک سوم "عادی" تجاوز نمی کند. محققان مدتهاست که متوجه این "سوراخ" در میدان مغناطیسی زمین شده اند. داده‌های جمع‌آوری‌شده بیش از 150 سال نشان می‌دهد که این میدان در این مدت ده درصد ضعیف شده است.

بر این لحظهسخت است که بگوییم این چه تهدیدی برای بشریت به همراه دارد. یکی از پیامدهای تضعیف قدرت میدان ممکن است افزایش (هر چند ناچیز) در محتوای اکسیژن در جو زمین باشد. ارتباط میدان مغناطیسی زمین و این گاز با استفاده از سامانه ماهواره ای Cluster، پروژه ای از آژانس فضایی اروپا برقرار شد. دانشمندان دریافته‌اند که میدان مغناطیسی یون‌های اکسیژن را تسریع می‌کند و آنها را به فضای بیرونی «پرتاب» می‌کند.

با وجود اینکه میدان مغناطیسی دیده نمی شود، ساکنان زمین آن را به خوبی احساس می کنند. برای مثال پرندگان مهاجر راه خود را پیدا می کنند و روی آن تمرکز می کنند. چندین فرضیه وجود دارد که توضیح می دهد که دقیقاً چگونه میدان را حس می کنند. یکی از جدیدترین ها نشان می دهد که پرندگان میدان مغناطیسی را درک می کنند. پروتئین های ویژه - کریپتوکروم ها - در چشم پرندگان مهاجر می توانند موقعیت خود را تحت تأثیر میدان مغناطیسی تغییر دهند. نویسندگان این نظریه معتقدند که کریپتوکروم ها می توانند به عنوان یک قطب نما عمل کنند.

علاوه بر پرندگان، لاک پشت های دریایی به جای GPS از میدان مغناطیسی زمین استفاده می کنند. و همانطور که تجزیه و تحلیل عکس های ماهواره ای ارائه شده به عنوان بخشی از پروژه Google Earth نشان داد، گاوها. پس از مطالعه عکس های 8510 گاو در 308 منطقه جهان، دانشمندان به این نتیجه رسیدند که این حیوانات ترجیحا (یا از جنوب به شمال) هستند. علاوه بر این، "نقاط مرجع" برای گاوها جغرافیایی نیستند، بلکه قطب های مغناطیسی زمین هستند. مکانیسمی که گاوها با آن میدان مغناطیسی را درک می کنند و دلایل این واکنش خاص به آن نامشخص است.

علاوه بر خواص قابل توجه ذکر شده، میدان مغناطیسی نیز به آن کمک می کند. در نتیجه بوجود می آیند تغییرات ناگهانیفیلدهایی که در مناطق دورافتاده میدان رخ می دهند.

میدان مغناطیسی توسط حامیان یکی از "تئوری های توطئه" - نظریه فریب قمری نادیده گرفته نشد. همانطور که در بالا ذکر شد، میدان مغناطیسی از ما در برابر ذرات کیهانی محافظت می کند. ذرات "جمع آوری شده" در بخش های خاصی از میدان تجمع می یابند - به اصطلاح کمربندهای تشعشعی ون آلن. شکاکانی که به واقعیت فرود روی ماه اعتقاد ندارند، معتقدند که فضانوردان در طول پرواز خود از طریق کمربند تشعشع، دوز کشنده ای از تشعشع دریافت می کردند.

میدان مغناطیسی زمین نتیجه شگفت انگیز قوانین فیزیک، یک سپر محافظ، یک نقطه عطف و خالق شفق های قطبی است. اگر نبود، زندگی روی زمین ممکن بود کاملاً متفاوت به نظر برسد. به طور کلی، اگر میدان مغناطیسی وجود نداشت، باید اختراع می شد.

اکثر سیاره ها منظومه شمسیمیدان مغناطیسی به درجات مختلف دارند.
شاخه خاصی از ژئوفیزیک که به مطالعه منشأ و ماهیت میدان مغناطیسی زمین می پردازد، ژئومغناطیس نام دارد. ژئومغناطیس مشکلات ظهور و تکامل جزء اصلی و ثابت میدان ژئومغناطیسی، ماهیت جزء متغیر (حدود 1٪ میدان اصلی) و همچنین ساختار مگنتوسفر - بالاترین لایه های پلاسمای مغناطیسی شده را در نظر می گیرد. جو زمین، در تعامل با باد خورشیدی و محافظت از زمین از نفوذ تشعشعات کیهانی. یک کار مهم مطالعه الگوهای تغییرات در میدان ژئومغناطیسی است، زیرا آنها توسط تأثیرات خارجی مرتبط با فعالیت خورشیدی ایجاد می شوند.

این ممکن است تعجب آور باشد، اما امروزه هیچ دیدگاه واحدی در مورد مکانیسم پیدایش میدان مغناطیسی سیارات وجود ندارد، اگرچه فرضیه هیدرودینام مغناطیسی، بر اساس تشخیص وجود یک هسته خارجی مایع رسانا، تقریباً جهانی است. پذیرفته شده. همرفت حرارتی، یعنی اختلاط مواد در هسته بیرونی، باعث تشکیل جریان های الکتریکی حلقه می شود. سرعت حرکت ماده در قسمت بالایی هسته مایع تا حدودی کمتر خواهد بود و در لایه های پایین تر - در حالت اول نسبت به گوشته بیشتر است. هسته سخت- در دوم چنین جریان‌های آهسته‌ای باعث تشکیل میدان‌های الکتریکی حلقه‌ای (حلقه‌ای) به شکل بسته می‌شوند که فراتر از هسته گسترش نمی‌یابند. به دلیل برهم کنش میدان های الکتریکی حلقوی با جریان های همرفتی، یک میدان مغناطیسی کل با طبیعت دوقطبی در هسته بیرونی ایجاد می شود که محور آن تقریباً با محور چرخش زمین منطبق است. برای "شروع" چنین فرآیندی، یک میدان مغناطیسی اولیه، حداقل بسیار ضعیف مورد نیاز است، که می تواند توسط اثر ژیرو مغناطیسی هنگامی که یک جسم دوار در جهت محور چرخش خود مغناطیسی می شود، ایجاد شود.

باد خورشیدی نیز نقش مهمی ایفا می کند - جریانی از ذرات باردار، عمدتاً پروتون ها و الکترون ها، که از خورشید می آیند. برای زمین، باد خورشیدی جریانی از ذرات باردار در یک جهت ثابت است و این چیزی بیش از یک جریان الکتریکی نیست.

با توجه به تعریف جهت جریان، در جهت مخالف حرکت ذرات باردار منفی (الکترون) هدایت می شود، یعنی. از زمین تا خورشید ذراتی که باد خورشیدی را تشکیل می دهند، دارای جرم و بار هستند، توسط لایه های بالایی جو در جهت چرخش زمین منتقل می شوند. در سال 1958، کمربند تشعشعی زمین کشف شد. این یک منطقه بزرگ در فضا است که زمین را در خط استوا می پوشاند. در کمربند تشعشعی، حامل های بار اصلی الکترون ها هستند. چگالی آنها 2-3 مرتبه بزرگتر از چگالی سایر حامل های بار است. و بنابراین یک جریان الکتریکی ناشی از حرکت دایره ای جهت ذرات باد خورشیدی وجود دارد که توسط حرکت دایره ای زمین منتقل می شود و یک میدان "گرداب" الکترومغناطیسی ایجاد می کند.

لازم به ذکر است که شار مغناطیسی ناشی از جریان باد خورشیدی به جریان گدازه داغی که با زمین در داخل آن می چرخد نیز نفوذ می کند. در نتیجه این فعل و انفعال نیروی الکتروموتور در آن القا می شود که تحت تأثیر آن جریانی می گذرد که میدان مغناطیسی نیز ایجاد می کند. در نتیجه میدان مغناطیسی زمین میدان حاصل از برهمکنش جریان یونوسفر و جریان گدازه است.

تصویر واقعی میدان مغناطیسی زمین نه تنها به پیکربندی صفحه جاری، بلکه به خواص مغناطیسی پوسته زمین و همچنین به محل نسبی ناهنجاری های مغناطیسی بستگی دارد. در اینجا می توانیم یک قیاس با یک مدار با جریان در حضور هسته فرومغناطیسی و بدون آن رسم کنیم. مشخص است که هسته فرومغناطیسی نه تنها پیکربندی میدان مغناطیسی را تغییر می دهد، بلکه به طور قابل توجهی آن را افزایش می دهد.

به طور قابل اعتماد ثابت شده است که میدان مغناطیسی زمین به فعالیت خورشیدی پاسخ می دهد، با این حال، اگر ظهور میدان مغناطیسی سیارات را فقط با لایه های فعلی در هسته مایع در تعامل با باد خورشیدی مرتبط کنیم، می توانیم نتیجه بگیریم که سیارات منظومه شمسی که جهت چرخش یکسانی دارند، باید میدان های مغناطیسی یکسانی داشته باشند. با این حال، برای مثال، مشتری این گفته را رد می کند.

جالب است که وقتی باد خورشیدی با میدان مغناطیسی برانگیخته زمین تعامل می کند، گشتاوری که به سمت چرخش زمین هدایت می شود بر روی زمین اثر می گذارد. بنابراین، زمین، نسبت به باد خورشیدی، رفتاری مشابه با یک موتور DC خود برانگیخته دارد. منبع انرژی (مولد) در این مورد خورشید است. از آنجایی که هم میدان مغناطیسی و هم گشتاور عمل کننده بر روی زمین به جریان خورشید و دومی به درجه فعالیت خورشید بستگی دارد، بنابراین با افزایش فعالیت خورشیدی، گشتاور عمل کننده بر روی زمین باید افزایش یابد و سرعت چرخش آن باید افزایش یابد. افزایش دادن.

اجزای میدان ژئومغناطیسی

میدان مغناطیسی خود زمین (میدان ژئومغناطیسی) را می توان به سه بخش اصلی زیر تقسیم کرد: میدان مغناطیسی اصلی (داخلی) زمیناز جمله ناهنجاری های جهانی، میدان های مغناطیسی مناطق محلی پوسته های بیرونی، میدان مغناطیسی متناوب (خارجی) زمین.

1. میدان مغناطیسی اصلی زمین (داخلی) ، تغییرات آهسته ای را در طول زمان تجربه می کند (تغییرات سکولار) با دوره هایی از 10 تا 10000 سال، متمرکز در فواصل 10-20، 60-100، 600-1200 و 8000 سال. دومی با تغییر در دوقطبی همراه است لحظه مغناطیسی 1.5-2 بار.

خطوط میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط مدل کامپیوتری ژئودینامو نشان می دهد که چگونه ساختار میدان مغناطیسی زمین در خارج از آن ساده تر از داخل هسته (لوله های درهم در مرکز) است. در سطح زمین، بیشتر خطوط میدان مغناطیسی از داخل (لوله های زرد بلند) در قطب جنوب خارج می شوند و به سمت داخل (لوله های آبی بلند) در نزدیکی قطب شمال وارد می شوند.

اکثر مردم معمولاً به این فکر نمی کنند که چرا سوزن قطب نما به سمت شمال یا جنوب است. اما قطب های مغناطیسی سیاره همیشه مانند امروز قرار نداشتند.

مطالعات مواد معدنی نشان می دهد که میدان مغناطیسی زمین در طول 4 تا 5 میلیارد سال از وجود سیاره، جهت خود را از شمال به جنوب و به عقب صدها بار تغییر داده است. با این حال، با وجود این واقعیت که در طول 780 هزار سال گذشته چنین اتفاقی رخ نداده است دوره میانیتغییر قطب های مغناطیسی - 250 هزار سال. علاوه بر این، میدان ژئومغناطیسی از زمانی که برای اولین بار در دهه 1930 اندازه گیری شد، تقریباً 10 درصد ضعیف شده است. قرن نوزدهم (یعنی تقریباً 20 برابر سریعتر از زمانی که با از دست دادن منبع انرژی خود، قدرت خود را به طور طبیعی کاهش دهد). آیا تغییر قطب بعدی در راه است؟

منبع نوسانات میدان مغناطیسی در مرکز زمین پنهان است. سیاره ما، مانند دیگر اجرام منظومه شمسی، میدان مغناطیسی خود را با کمک یک ژنراتور داخلی ایجاد می کند که اصل عملکرد آن مانند یک ژنراتور الکتریکی معمولی است و انرژی جنبشی ذرات متحرک خود را به یک میدان الکترومغناطیسی تبدیل می کند. در یک ژنراتور الکتریکی، حرکت در پیچ های یک سیم پیچ، و در داخل یک سیاره یا ستاره - در یک ماده مایع رسانا رخ می دهد. توده عظیمی از آهن مذاب با حجم 5 برابر بزرگتر از ماه در هسته زمین در گردش است و به اصطلاح ژئودینامو را تشکیل می دهد.

در طول ده سال گذشته، دانشمندان رویکردهای جدیدی برای مطالعه عملکرد ژئودینامو و خواص مغناطیسی آن ایجاد کرده اند. ماهواره ها عکس های فوری واضحی از میدان ژئومغناطیسی روی سطح زمین ارسال می کنند و روش های مدرنشبیه‌سازی‌های کامپیوتری و مدل‌های فیزیکی ایجاد شده در آزمایشگاه به تفسیر داده‌های رصد مداری کمک می‌کنند. این آزمایش ها دانشمندان را به توضیح جدیدی در مورد چگونگی وقوع مجدد قطبش در گذشته و چگونگی شروع آن در آینده هدایت کرد.

درون زمین حاوی یک هسته بیرونی مذاب است، جایی که همرفت آشفته پیچیده یک میدان ژئومغناطیسی ایجاد می‌کند.

انرژی ژئودینامو

چه چیزی به ژئودینامو قدرت می دهد؟ تا دهه 40 در قرن گذشته، فیزیکدانان سه شرط لازم برای تشکیل میدان مغناطیسی سیاره را تشخیص دادند و ساختارهای علمی بعدی بر اساس این مفاد بود. شرط اول حجم زیادی از جرم مایع رسانای الکتریکی است که با آهن اشباع شده و هسته بیرونی زمین را تشکیل می دهد. در زیر آن هسته داخلی زمین قرار دارد که از آهن تقریباً خالص تشکیل شده است و بالای آن 2900 کیلومتر سنگ جامد، گوشته متراکم و پوسته نازک قرار دارد که قاره ها و کف اقیانوس ها را تشکیل می دهد. فشار روی هسته ایجاد شده توسط پوسته و گوشته زمین 2 میلیون برابر بیشتر از سطح زمین است. دمای هسته نیز بسیار بالا است - حدود 5000 درجه سانتیگراد، همانطور که دمای سطح خورشید است.

پارامترهای فوق توصیف شده محیط شدید، دومین نیاز را برای عملکرد یک ژئودینامو از پیش تعیین می کند: نیاز به یک منبع انرژی برای به حرکت درآوردن جرم مایع. انرژی درونی، بخشی از منشأ حرارتی و بخشی از آن شیمیایی، شرایط دفع را در داخل هسته ایجاد می کند. هسته در پایین بیشتر از قسمت بالا گرم می شود. (از زمان شکل‌گیری زمین، دماهای بالا در داخل آن دیوار کشیده شده است.) این بدان معناست که جزء فلزی داغتر و کم‌تراکم هسته تمایل به بالا رفتن دارد. هنگامی که جرم مایع به لایه های بالایی می رسد، مقداری از گرمای خود را از دست می دهد و آن را به گوشته پوشاننده می دهد. سپس آهن مایع سرد می شود و از جرم اطراف آن متراکم تر می شود و فرو می رود. فرآیند جابجایی گرما با بالا و پایین بردن جرم مایع را همرفت حرارتی می گویند.

سومین شرط لازم برای حفظ میدان مغناطیسی، چرخش زمین است. نیروی کوریولیس که در این حالت ایجاد می شود، حرکت توده مایع در حال افزایش در داخل زمین را به همان روشی که می چرخد منحرف می کند. جریان های اقیانوسیو طوفان های استوایی که گرداب های حرکتی آن ها روی آن قابل مشاهده است تصاویر ماهواره ای. در مرکز زمین، نیروی کوریولیس، توده مایع در حال افزایش را مانند یک فنر شل به یک پیچ چوب پنبه‌باز یا مارپیچ می‌پیچاند.

زمین دارای یک جرم مایع غنی از آهن است که در مرکز آن متمرکز شده است، انرژی کافی برای پشتیبانی از همرفت، و نیروی کوریولیس برای چرخش جریان های همرفتی دارد. این عامل برای حفظ عملکرد ژئودینامو برای میلیون ها سال بسیار مهم است. اما دانش جدیدی برای پاسخ به این سوال لازم است که میدان مغناطیسی چگونه تشکیل می شود و چرا قطب ها هر از گاهی مکان خود را تغییر می دهند.

رپلاریزاسیون

دانشمندان مدت‌هاست که به این فکر می‌کردند که چرا قطب‌های مغناطیسی زمین هر از گاهی جای خود را عوض می‌کنند. مطالعات اخیر در مورد حرکات گردابی توده های مذاب در داخل زمین، درک چگونگی وقوع مجدد قطبی شدن را ممکن می سازد.

میدان مغناطیسی، بسیار شدیدتر و پیچیده تر از میدان هسته، که در آن نوسانات مغناطیسی تشکیل می شود، در مرز گوشته و هسته کشف شد. جریان های الکتریکی ناشی از هسته مانع از اندازه گیری مستقیم میدان مغناطیسی آن می شود.

مهم است که بیشتر میدان ژئومغناطیسی تنها در چهار ناحیه وسیع در مرز هسته و گوشته ایجاد شود. اگرچه ژئودینام یک میدان مغناطیسی بسیار قوی تولید می کند، اما تنها 1٪ از انرژی آن به خارج از هسته حرکت می کند. پیکربندی کلی میدان مغناطیسی اندازه گیری شده در سطح، دوقطبی نامیده می شود که بیشتر اوقات در امتداد محور چرخش زمین قرار دارد. مانند میدان آهنربای خطی، جریان ژئومغناطیسی اصلی از مرکز زمین در نیمکره جنوبی و به سمت مرکز در نیمکره شمالی هدایت می شود. (سوزن قطب نما به قطب جغرافیایی شمال اشاره می کند، زیرا قطب مغناطیسی جنوبی دوقطبی نزدیک است.) مشاهدات فضایی نشان داده است که شار مغناطیسی دارای توزیع ناهموار جهانی است، بیشترین تنش را می توان در سواحل قطب جنوب، در زیر شمال مشاهده کرد. آمریکا و سیبری

اولریش آر کریستنسن از موسسه تحقیقاتی ماکس پلانک برای تحقیقات منظومه شمسی در کاتلنبورگ-لیندو، آلمان، معتقد است که این مناطق وسیع از زمین برای هزاران سال وجود داشته اند و با همرفت دائمی در حال تکامل در هسته حفظ می شوند. آیا پدیده های مشابه می تواند علت واژگونی قطب ها باشد؟ زمین شناسی تاریخی نشان می دهد که تغییرات قطب در دوره های زمانی نسبتاً کوتاه - از 4 هزار تا 10 هزار سال - رخ داده است. اگر ژئودینامو از کار افتاده بود، دوقطبی تا 100 هزار سال دیگر وجود داشت. تغییر سریع قطبیت دلیلی برای این باور است که برخی از موقعیت های ناپایدار قطبیت اصلی را نقض می کند و باعث تغییر جدید قطب ها می شود.

در برخی موارد، ناپایداری مرموز را می توان با برخی تغییرات آشفته در ساختار شار مغناطیسی توضیح داد، که تنها به طور تصادفی منجر به قطبش مجدد می شود. با این حال، فرکانس تغییرات قطبی که در طول 120 میلیون سال گذشته بیش از پیش پایدار شده است، نشان دهنده امکان تنظیم خارجی است. یکی از دلایل این امر ممکن است اختلاف دما در لایه زیرین گوشته و در نتیجه تغییر ماهیت خروجی هسته باشد.

برخی از علائم رپلاریزاسیون هنگام تجزیه و تحلیل نقشه هایی که از ماهواره های Magsat و Oersted ساخته شده بودند، شناسایی شدند. گوتیه هولو و همکارانش از مؤسسه ژئوفیزیک پاریس خاطرنشان کردند که تغییرات طولانی مدت در میدان ژئومغناطیسی در مرزهای هسته و گوشته در مکان‌هایی رخ می‌دهد که جهت جریان ژئومغناطیسی برخلاف جهت عادی برای یک نیمکره مشخص است. بزرگترین میدان مغناطیسی به اصطلاح معکوس از نوک جنوبی آفریقا تا غرب امتداد دارد آمریکای جنوبی. در این ناحیه، شار مغناطیسی به سمت داخل و به سمت هسته هدایت می شود، در حالی که بیشتر آن در نیمکره جنوبی از مرکز هدایت می شود.

مناطقی که میدان مغناطیسی برای یک نیمکره معین در جهت مخالف هدایت می‌شود، زمانی بوجود می‌آیند که خطوط میدان مغناطیسی پیچ در پیچ و پیچ در پیچ به طور تصادفی از هسته زمین عبور می‌کنند. نواحی میدان مغناطیسی معکوس می تواند میدان مغناطیسی سطح زمین را که دوقطبی نامیده می شود، به میزان قابل توجهی تضعیف کند و نشان دهنده آغاز معکوس شدن قطب های زمین باشد. هنگامی که جرم مایع در حال افزایش، خطوط مغناطیسی افقی را در هسته بیرونی مذاب به سمت بالا هل می دهد ظاهر می شوند. این ریزش همرفتی گاهی خطوط مغناطیسی را می پیچد و بیرون می کشد. در همان زمان، نیروهای چرخشی زمین باعث گردش مارپیچ مذاب می شود که می تواند حلقه روی خط مغناطیسی اکسترود شده (b) را سفت کند. هنگامی که نیروی شناوری به اندازه کافی قوی باشد که حلقه را از هسته خارج کند، یک جفت تکه های شار مغناطیسی در مرز هسته و گوشته تشکیل می شود.

مهم‌ترین کشفی که با مقایسه آخرین اندازه‌گیری‌های ارستد با اندازه‌گیری‌های انجام‌شده در سال 1980 انجام شد، این بود که مناطق جدیدی از معکوس شدن میدان مغناطیسی به شکل‌گیری ادامه می‌دهند، برای مثال در مرز هسته و گوشته در زیر ساحل شرقی. آمریکای شمالیو قطب شمال. علاوه بر این، مناطق شناسایی شده قبلی رشد کرده و اندکی به سمت قطب ها حرکت کرده اند. در پایان دهه 80. قرن XX دیوید گوبینز از دانشگاه لیدز در انگلستان، با مطالعه نقشه های قدیمی میدان ژئومغناطیسی، خاطرنشان کرد که گسترش، رشد و جابجایی به سمت قطب بخش های میدان مغناطیسی معکوس، کاهش قدرت دوقطبی را در طول زمان تاریخی توضیح می دهد.

با توجه به مفاد نظری در مورد قدرت خطوط مغناطیسیگرداب های کوچک و بزرگی که در محیط مایع هسته به وجود می آیند تحت تأثیر نیروی کوریولیس، خطوط نیرو را به صورت گره می پیچند. هر چرخش خطوط نیروی بیشتری را در هسته جمع می کند و در نتیجه انرژی میدان مغناطیسی را افزایش می دهد. اگر این روند بدون مانع ادامه یابد، میدان مغناطیسی به طور نامحدود تشدید می شود. با این حال مقاومت الکتریکیچرخش خطوط میدان را به اندازه کافی پراکنده و تراز می کند تا رشد خود به خود میدان مغناطیسی را متوقف کند و بازتولید انرژی داخلی را ادامه دهد.

نواحی میدان‌های مغناطیسی شدید نرمال و معکوس در مرز هسته- گوشته تشکیل می‌شوند، جایی که گردابه‌های کوچک و بزرگ با میدان‌های مغناطیسی شرقی-غربی، که به صورت حلقوی توصیف می‌شوند، که به درون هسته نفوذ می‌کنند، برهم‌کنش می‌کنند. حرکات سیال آشفته می‌تواند خطوط میدان حلقوی را به حلقه‌هایی به نام میدان‌های پولوئیدی بپیچاند که جهت شمال به جنوب دارند. گاهی اوقات زمانی که یک توده مایع بالا می‌آید، پیچش اتفاق می‌افتد. اگر چنین ریزشی به اندازه کافی قدرتمند باشد، بالای حلقه پولوئیدی از هسته به بیرون رانده می شود (به قسمت سمت چپ مراجعه کنید). در نتیجه این جهش، دو بخش تشکیل می شود که در آن حلقه از مرز هسته- گوشته عبور می کند. در یکی از آنها، جهتی از شار مغناطیسی ایجاد می شود که با جهت کلی میدان دوقطبی در یک نیمکره معین منطبق است. در بخش دیگر جریان در جهت مخالف هدایت می شود.

هنگامی که چرخش بخشی از میدان مغناطیسی معکوس را به قطب جغرافیایی نزدیک‌تر از مقطعی با شار معمولی می‌کند، تضعیف دوقطبی رخ می‌دهد که در نزدیکی قطب‌هایش آسیب‌پذیرترین است. این می تواند میدان مغناطیسی معکوس را در جنوب آفریقا توضیح دهد. با شروع جهانی واژگونی قطب، مناطقی از میدان های مغناطیسی معکوس می توانند در سراسر منطقه نزدیک به قطب های جغرافیایی رشد کنند.

نقشه های خطی میدان مغناطیسی زمین در مرز هسته و گوشته، که از اندازه گیری های ماهواره ای تهیه شده است، نشان می دهد که بیشتر شار مغناطیسی از مرکز زمین در نیمکره جنوبی و به سمت مرکز در نیمکره شمالی هدایت می شود. اما در برخی زمینه ها تصویر مخالف ظاهر می شود. تعداد و اندازه مناطق میدان مغناطیسی معکوس بین سال‌های 1980 و 2000 افزایش یافته است.

مدل های معکوس قطب

نقشه های میدان مغناطیسی نشان می دهد که چگونه با قطبیت معمولی، بیشتر شار مغناطیسی از مرکز زمین دور می شود. رنگ زرد) در نیمکره جنوبی و به مرکز آن (آبی) در نیمکره شمالی (a). شروع رپلاریزاسیون با ظهور چندین ناحیه میدان مغناطیسی معکوس (آبی در نیمکره جنوبی و زرد در نیمکره شمالی) مشخص می شود که یادآور تشکیل بخش های آن در مرز هسته و گوشته است. در طی تقریباً 3 هزار سال، آنها قدرت میدان دوقطبی را کاهش دادند که با یک میدان انتقال ضعیف تر، اما پیچیده تر در مرز هسته- گوشته (b) جایگزین شد. معکوس شدن قطب ها پس از 6 هزار سال، زمانی که بخش هایی از میدان مغناطیسی معکوس (c) شروع به غالب شدن در مرز هسته و گوشته کردند، به یک اتفاق مکرر تبدیل شد. در این زمان، واژگونی کامل قطب ها نیز در سطح زمین خود را نشان داده بود. اما تنها پس از 3 هزار سال دیگر، جایگزینی کامل دوقطبی، از جمله هسته زمین (d) انجام شد.

امروز چه اتفاقی برای میدان مغناطیسی داخلی می افتد؟

بسیاری از ما می دانیم که قطب های جغرافیایی دائماً حرکات پیچیده ای را در جهت انجام می دهند چرخش روزانهزمین (افزایش محور با دوره 25776 سال). به طور معمول، این حرکات در نزدیکی محور فرضی چرخش زمین رخ می دهد و منجر به تغییرات آب و هوایی قابل توجه نمی شود. درباره تغییر قطب بیشتر بخوانید. اما تعداد کمی از مردم متوجه شدند که در پایان سال 1998 مؤلفه کلی این جنبش ها تغییر کرد. در عرض یک ماه، قطب 50 کیلومتر به سمت کانادا تغییر مکان داد. در حال حاضر، قطب شمال در امتداد 120 موازی طول جغرافیایی غربی "خزنده" است. می توان فرض کرد که اگر روند فعلی در حرکت قطب تا سال 2010 ادامه یابد، قطب شمال می تواند 3-4 هزار کیلومتر جابجا شود. نقطه پایانی رانش دریاچه های خرس بزرگ در کانادا است. قطب جنوببر این اساس، از مرکز قطب جنوب به اقیانوس هند منتقل خواهد شد.

جابجایی قطب های مغناطیسی از سال 1885 ثبت شده است. در طول 100 سال گذشته، قطب مغناطیسی در نیمکره جنوبی تقریباً 900 کیلومتر جابجا شده و به آن رسیده است. اقیانوس هند. آخرین داده ها در مورد وضعیت قطب مغناطیسی قطب شمال (حرکت به سمت ناهنجاری مغناطیسی جهان سیبری شرقی از طریق اقیانوس منجمد شمالی): نشان داد که از سال 1973 تا 1984 مسافت پیموده شده آن 120 کیلومتر بوده است، از سال 1984 تا 1994. - بیش از 150 کیلومتر مشخصه این است که این داده ها محاسبه شده است، اما با اندازه گیری های خاص قطب مغناطیسی شمال تایید شد.طبق داده های ابتدای سال 2002، سرعت رانش قطب مغناطیسی شمال از 10 کیلومتر در سال در دهه 70 به افزایش یافت. 40 کیلومتر در سال در سال 2001 سال.

علاوه بر این، قدرت میدان مغناطیسی زمین کاهش می یابد و بسیار ناهموار. بنابراین، در طول 22 سال گذشته به طور متوسط 1.7 درصد و در برخی مناطق - به عنوان مثال، در اقیانوس اطلس جنوبی - 10 درصد کاهش یافته است. با این حال، در برخی از نقاط سیاره ما، قدرت میدان مغناطیسی، بر خلاف روند عمومی، حتی اندکی افزایش یافته است.

تاکید می کنیم که شتاب حرکت قطب ها (به طور متوسط 3 کیلومتر در سال در هر دهه) و حرکت آنها در امتداد دالان های وارونگی قطب مغناطیسی (بیش از 400 وارونگی دیرینه امکان شناسایی این دالان ها را فراهم کرده است) ما را به این شک می کند که حرکت قطب ها نباید به عنوان یک گشت و گذار و معکوس شدن میدان مغناطیسی زمین تلقی شود.

شتاب می تواند حرکت قطب ها را تا 200 کیلومتر در سال برساند، به طوری که معکوس بسیار سریعتر از آنچه توسط محققانی که از ارزیابی حرفه ای فرآیندهای وارونگی قطبیت واقعی دور هستند، انجام می شود.

در تاریخ زمین، تغییرات در موقعیت قطب های جغرافیایی بارها و بارها رخ داده است و این پدیده در درجه اول با یخبندان مناطق وسیعی از زمین و تغییرات شگرف در آب و هوای کل سیاره مرتبط است. اما فقط در تاریخ بشر پژواک دریافت کرد آخرین فاجعه، به احتمال زیاد مربوط به یک جابجایی قطب است که حدود 12 هزار سال پیش رخ داده است. همه ما می دانیم که ماموت ها منقرض شده اند. اما همه چیز خیلی جدی تر بود.

انقراض صدها گونه جانوری بدون شک است. در باره سیل جهانیو مرگ آتلانتیس در حال بحث است. اما یک چیز مسلم است - پژواک بزرگترین فاجعه در حافظه بشر مبنای واقعی دارد. و به احتمال زیاد ناشی از تغییر قطب تنها 2000 کیلومتر است.

مدل زیر میدان مغناطیسی داخل هسته (مجموعه ای از خطوط میدان در مرکز) و ظاهر یک دوقطبی (خطوط منحنی بلند) را 500 سال (الف) قبل از وسط رپلاریزاسیون دوقطبی مغناطیسی (b) نشان می دهد. 500 سال بعد در مرحله تکمیل آن (ج).

میدان مغناطیسی از گذشته زمین شناسی زمین

در طول 150 میلیون سال گذشته، قطبش مجدد صدها بار اتفاق افتاده است، همانطور که توسط مواد معدنی مغناطیسی شده توسط میدان زمین در هنگام گرم شدن سنگ ها نشان داده شده است. سپس سنگ ها سرد شدند و کانی ها جهت مغناطیسی قبلی خود را حفظ کردند.

مقیاس معکوس میدان مغناطیسی: I - برای 5 میلیون سال گذشته. II - در طول 55 میلیون سال گذشته. رنگ سیاه - مغناطیس معمولی، رنگ سفید- مغناطش معکوس (طبق نظر W.W. Harland و همکاران، 1985)

معکوس شدن میدان مغناطیسی تغییر در علامت محورهای یک دوقطبی متقارن است. در سال 1906، B. Bruhn، اندازه گیری خواص مغناطیسینئوژن، گدازه های نسبتاً جوان در مرکز فرانسه، کشف کردند که مغناطش آنها در جهت مخالف میدان ژئومغناطیسی مدرن است، یعنی به نظر می رسید که قطب های مغناطیسی شمال و جنوب در حال تغییر مکان هستند. وجود سنگ های مغناطیسی معکوس نتیجه برخی شرایط غیرعادی در زمان تشکیل آن نیست، بلکه نتیجه وارونگی میدان مغناطیسی زمین در لحظه است. معکوس کردن قطبیت میدان ژئومغناطیسی مهمترین کشف در دیرینه مغناطیس شناسی است که امکان ایجاد علم جدیدمغناطیس چینه نگاری که تقسیم بندی رسوبات سنگی را بر اساس مغناطش مستقیم یا معکوس آنها مطالعه می کند. و نکته اصلی در اینجا اثبات همزمانی این معکوس شدن علائم در سراسر جهان است. در این مورد، زمین شناسان بسیار روش موثرهمبستگی های رسوب و رویداد

در میدان مغناطیسی واقعی زمین، زمانی که در طی آن علامت قطبیت تغییر می کند، می تواند کوتاه، تا هزار سال یا میلیون ها سال باشد.
فواصل زمانی غلبه هر قطبی را دوره های ژئومغناطیسی می نامند و برخی از آنها را برونس، ماتویاما، گاوس و هیلبرت ژئومغناطیس شناسان برجسته می نامند. در دوره‌ها، فواصل کوتاه‌تری از یک قطبیت یا قطبی دیگر متمایز می‌شوند که به آن قسمت‌های ژئومغناطیسی می‌گویند. مؤثرترین شناسایی فواصل قطبیت مستقیم و معکوس میدان ژئومغناطیسی برای جریان‌های گدازه‌ای جوان زمین‌شناسی در ایسلند، اتیوپی و جاهای دیگر انجام شد. محدودیت این مطالعات این است که فوران گدازه یک فرآیند متناوب بوده است، بنابراین ممکن است برخی از قسمت های مغناطیسی از دست رفته باشد.

زمانی که فرصت برای نژادهای منتخب هم سن و سال به وجود آمد، اما از آن استفاده شد قاره های مختلف، برای تعیین موقعیت قطب های دیرینه مغناطیسی بازه زمانی مورد علاقه ما، معلوم شد که قطب متوسط محاسبه شده، مثلاً برای سنگ های ژوراسیک بالایی (170 - 144 میلیون سال) آمریکای شمالی و همان قطب برای همان سنگ های اروپا در مکان های مختلف خواهد بود. به نظر می رسید که دو قطب شمال وجود دارد که نمی تواند با یک سیستم دوقطبی اتفاق بیفتد. برای اینکه یک قطب شمال وجود داشته باشد، باید موقعیت قاره ها روی سطح زمین تغییر می کرد. در مورد ما، این به معنای همگرایی اروپا و آمریکای شمالی بود تا زمانی که لبه‌های قفسه‌های آن‌ها منطبق شوند، یعنی تا اعماق اقیانوس‌ها در حدود 200 متر. به عبارت دیگر، این قطب‌ها نیستند که حرکت می‌کنند، بلکه قاره‌ها هستند.

استفاده از روش دیرینه مغناطیسی امکان انجام بازسازی های دقیق از باز شدن اقیانوس های نسبتا جوان آتلانتیک، هند و قطب شمال و درک تاریخچه توسعه اقیانوس آرام باستانی را فراهم کرد. آرایش فعلی قاره ها نتیجه تجزیه ابرقاره پانگه آ است که حدود 200 میلیون سال پیش آغاز شد. میدان مغناطیسی خطی اقیانوس ها امکان تعیین سرعت حرکت صفحه را فراهم می کند و الگوی آن بهترین اطلاعات را برای تحلیل ژئودینامیکی ارائه می دهد.

به لطف مطالعات دیرینه مغناطیسی، مشخص شد که تقسیم آفریقا و قطب جنوب 160 میلیون سال پیش رخ داده است. باستانی ترین ناهنجاری ها با سن 170 میلیون سال (ژوراسیک میانی) در امتداد لبه های اقیانوس اطلس در سواحل آمریکای شمالی و آفریقا یافت شد. این زمانی است که ابرقاره شروع به فروپاشی کرد. اقیانوس اطلس جنوبی 120 - 110 میلیون سال پیش و اقیانوس اطلس شمالی بسیار دیرتر (80 - 65 میلیون سال پیش) بوجود آمد و غیره. نمونه های مشابهمی توان از هر یک از اقیانوس ها استفاده کرد و گویی در حال "خواندن" رکورد دیرینه مغناطیسی است، تاریخ توسعه آنها و حرکت صفحات لیتوسفر را بازسازی کرد.

ناهنجاری های جهانی- انحراف از دوقطبی معادل تا 20٪ از شدت مناطق جداگانه با ابعاد مشخصه تا 10000 کیلومتر. این میدان‌های غیرعادی تغییرات سکولار را تجربه می‌کنند که در طول زمان در طول سال‌ها و قرن‌ها تغییر می‌کند. نمونه هایی از ناهنجاری ها: برزیلی، کانادایی، سیبری، کورسک. در جریان تغییرات سکولار، ناهنجاری‌های جهانی تغییر می‌کنند، از هم می‌پاشند و دوباره ظهور می‌کنند. در عرض‌های جغرافیایی پایین، یک رانش غربی در طول جغرافیایی به میزان 0.2 درجه در سال وجود دارد.

2. میدان های مغناطیسی مناطق محلی پوسته های بیرونیبا طولی از چند تا صدها کیلومتر. آنها در اثر مغناطیس شدن سنگهای لایه بالایی زمین ایجاد می شوند پوسته زمینو نزدیک به سطح قرار دارد. یکی از قدرتمندترین آنها ناهنجاری مغناطیسی کورسک است.

3. میدان مغناطیسی متناوب زمین (همچنین خارجی نامیده می شود) توسط منابعی به شکل سیستم های جاری واقع در خارج از سطح زمین و در جو آن تعیین می شود. منابع اصلی چنین میدان‌هایی و تغییرات آن‌ها، جریان‌های پلاسمای مغناطیسی شده از خورشید است که همراه با باد خورشیدی از خورشید می‌آیند و ساختار و شکل مگنتوسفر زمین را تشکیل می‌دهند.

اول از همه، واضح است که این ساختار شکل "لایه ای" دارد. با این حال، گاهی اوقات می توان "پارگی" لایه های بالایی را مشاهده کرد که ظاهراً تحت تأثیر بادهای خورشیدی فزاینده رخ می دهد. به عنوان مثال مانند اینجا:

در عین حال، درجه "گرم شدن" به سرعت و چگالی باد خورشیدی در چنین لحظه ای بستگی دارد؛ در مقیاس رنگ از زرد تا بنفش منعکس می شود که در واقع میزان فشار بر میدان مغناطیسی را منعکس می کند. این منطقه (شکل بالا سمت راست).

ساختار میدان مغناطیسی جو زمین (میدان مغناطیسی خارجی زمین)

میدان مغناطیسی زمین تحت تأثیر جریان پلاسمای خورشیدی مغناطیسی شده است. در نتیجه تعامل با میدان زمین، مرز بیرونیمیدان مغناطیسی نزدیک زمین، نامیده می شود مگنتوپوز. مگنتوسفر زمین را محدود می کند. به دلیل تأثیر جریان های جسمی خورشیدی، اندازه و شکل مگنتوسفر دائماً در حال تغییر است و یک میدان مغناطیسی متناوب ایجاد می شود که با تعیین می شود. منابع خارجی. تغییرپذیری آن منشأ آن را مدیون سیستم‌های فعلی است که در ارتفاعات مختلف از لایه‌های پایین‌تر یونوسفر تا مگنتوپوز در حال توسعه هستند. تغییرات میدان مغناطیسی زمین در طول زمان، که به دلایل مختلف ایجاد می شود، تغییرات ژئومغناطیسی نامیده می شود که هم از نظر مدت زمان و هم در موقعیت خود در زمین و جو آن متفاوت است.

مگنتوسفر ناحیه ای از فضای نزدیک به زمین است که توسط میدان مغناطیسی زمین کنترل می شود. مگنتوسفر در نتیجه برهم کنش باد خورشیدی با پلاسمای جو فوقانی و میدان مغناطیسی زمین به وجود می آید. شکل مگنتوسفر یک حفره و یک دم بلند است که شکل خطوط میدان مغناطیسی را تکرار می کند. نقطه زیر خورشیدی به طور متوسط در فاصله 10 شعاع زمین قرار دارد و دم مگنتوسفر فراتر از مدار ماه است. توپولوژی مگنتوسفر توسط مناطق هجوم پلاسمای خورشیدی به مگنتوسفر و ماهیت سیستم های فعلی تعیین می شود.

دم مگنتوسفر توسط خطوط نیروی میدان مغناطیسی زمین تشکیل شده است که از نواحی قطبی بیرون آمده و تحت تأثیر باد خورشیدی به صدها شعاع زمین از خورشید تا سمت شب زمین امتداد یافته است. در نتیجه، به نظر می‌رسد که پلاسمای باد خورشیدی و جریان‌های هسته‌ای خورشیدی در اطراف مگنتوسفر زمین جریان دارد و شکل دمی عجیبی به آن می‌دهد.
در دم مگنتوسفر، در مسافت های طولانیاز زمین، قدرت میدان مغناطیسی زمین و در نتیجه خواص محافظتی آنها ضعیف می شود و برخی از ذرات پلاسمای خورشیدی قادر به نفوذ و ورود به داخل مغناطیس کره زمین و تله های مغناطیسی کمربندهای تابشی هستند. دم با نفوذ به سر مگنتوسفر به ناحیه بیضی شفق ها تحت تأثیر تغییر فشار باد خورشیدی و میدان بین سیاره ای، به عنوان مکانی برای تشکیل جریان های ذرات رسوب کننده عمل می کند که باعث ایجاد شفق ها و جریان های شفق می شود. مگنتوسفر توسط مگنتوپوز از فضای بین سیاره ای جدا می شود. در طول مگنتوپوز، ذرات جریان های جسمی در اطراف مگنتوسفر جریان دارند. تأثیر باد خورشیدی بر میدان مغناطیسی زمین گاهی بسیار قوی است. مگنتوپوز مرز بیرونی مگنتوسفر زمین (یا سیاره) است که در آن فشار دینامیکی باد خورشیدی با فشار میدان مغناطیسی خود متعادل می شود. با پارامترهای معمول باد خورشیدی، نقطه زیر خورشیدی 9 تا 11 شعاع زمین از مرکز زمین فاصله دارد. در طول دوره‌های اختلالات مغناطیسی روی زمین، مگنتوپوز ممکن است فراتر رود مدار زمین ثابت(6.6 شعاع زمین). با باد ضعیف خورشیدی، نقطه زیر خورشیدی در فاصله 15 تا 20 شعاع زمین قرار دارد.

تغییرات ژئومغناطیسی

تغییرات میدان مغناطیسی زمین در طول زمان تحت تأثیر عوامل مختلف، تغییرات ژئومغناطیسی نامیده می شود. تفاوت بین قدرت میدان مغناطیسی مشاهده شده و مقدار متوسط آن در هر دوره زمانی طولانی، به عنوان مثال، یک ماه یا یک سال، تغییرات ژئومغناطیسی نامیده می شود. بر اساس مشاهدات، تغییرات ژئومغناطیسی به طور مداوم در طول زمان تغییر می کند و چنین تغییراتی اغلب دوره ای هستند.

تغییرات روزانه میدان‌های ژئومغناطیسی به طور منظم به وجود می‌آیند که عمدتاً به دلیل جریان‌هایی در یونوسفر زمین ناشی از تغییر در روشنایی یونوسفر زمین توسط خورشید در طول روز است.

تغییرات ژئومغناطیسی روزانه برای دوره 2010/03/19 12:00 تا 03/21/2010 00:00

میدان مغناطیسی زمین با هفت پارامتر توصیف می شود. برای اندازه گیری میدان مغناطیسی زمین در هر نقطه، باید جهت و قدرت میدان را اندازه گیری کنیم. پارامترهای توصیف کننده جهت میدان مغناطیسی: میل (D)، شیب (I). D و I بر حسب درجه سنجیده می شوند. شدت میدان عمومی (F) با مولفه افقی (H)، مولفه عمودی (Z) و مولفه های شمالی (X) و شرقی (Y) شدت افقی توصیف می شود. این مولفه ها را می توان بر حسب اورستد (1 اورستد = 1 گاوس)، اما معمولاً در نانو تسلا (1nT x 100000 = 1 اورستد) اندازه گیری کرد.

تغییرات نامنظم میدان های مغناطیسی به دلیل تأثیر جریان پلاسمای خورشیدی (باد خورشیدی) در مگنتوسفر زمین و همچنین تغییرات درون مگنتوسفر و برهمکنش مگنتوسفر با یونوسفر به وجود می آیند.

شکل زیر (از چپ به راست) تصاویری از میدان مغناطیسی فعلی، فشار، جریان های همرفتی در یونوسفر و همچنین نمودارهایی از تغییرات سرعت و چگالی باد خورشیدی (V، Dens) و مقادیر را نشان می دهد. از اجزای عمودی و شرقی میدان مغناطیسی خارجی زمین.

تغییرات 27 روزه به عنوان تمایل به تکرار افزایش فعالیت ژئومغناطیسی هر 27 روز، مربوط به دوره چرخش خورشید نسبت به یک ناظر زمینی وجود دارد. این الگو با وجود مناطق فعال با عمر طولانی در خورشید مرتبط است که در طی چندین انقلاب خورشیدی مشاهده شده است. این الگو به صورت تکرارپذیری 27 روزه فعالیت مغناطیسی و طوفان های مغناطیسی خود را نشان می دهد.

تغییرات فصلی فعالیت مغناطیسی بر اساس میانگین داده‌های ماهانه فعالیت مغناطیسی به‌دست‌آمده از پردازش مشاهدات طی چندین سال با اطمینان مشخص می‌شود. دامنه آنها با افزایش فعالیت مغناطیسی کلی افزایش می یابد. مشخص شد که تغییرات فصلی در فعالیت مغناطیسی دارای دو حداکثر، مربوط به دوره های اعتدال، و دو حداقل، مربوط به دوره های انقلاب است. دلیل این تغییرات، تشکیل مناطق فعال روی خورشید است که در مناطقی از 10 تا 30 درجه عرض های جغرافیایی هلیوگرافی شمالی و جنوبی گروه بندی می شوند. بنابراین، در طول دوره های اعتدال، زمانی که سطوح زمین و استوای خورشیدی بر هم منطبق می شوند، زمین بیشترین آسیب را نسبت به عملکرد مناطق فعال روی خورشید دارد.

تغییرات 11 ساله ارتباط بین فعالیت خورشیدی و فعالیت مغناطیسی به وضوح در مقایسه با سری طولانی مشاهدات، مضرب 11 آشکار می شود. دوره های تابستانیفعالیت خورشیدی شناخته شده ترین معیار فعالیت خورشیدی تعداد لکه های خورشیدی است. مشخص شد که در سال‌های حداکثر تعداد لکه‌های خورشیدی، فعالیت مغناطیسی نیز به بیشترین مقدار خود می‌رسد، اما افزایش فعالیت مغناطیسی نسبت به افزایش فعالیت خورشیدی تا حدودی با تأخیر مواجه می‌شود، به طوری که به طور متوسط این تأخیر یک سال است.

تغییرات قرن ها - تغییرات آهسته در عناصر مغناطیس زمینی با دوره های چند ساله یا بیشتر. برخلاف تغییرات روزانه، فصلی و سایر تغییرات منشاء خارجی، تغییرات سکولار با منابعی در داخل هسته زمین مرتبط است. دامنه تغییرات سکولار به ده‌ها nT در سال می‌رسد؛ تغییرات در مقادیر متوسط سالانه چنین عناصری را تغییر سکولار می‌گویند. ایزوله های تغییرات سکولار در اطراف چندین نقطه متمرکز شده اند - مراکز یا کانون های تغییرات سکولار؛ در این مراکز بزرگی تنوع سکولار به حداکثر مقادیر خود می رسد.

طوفان مغناطیسی - تأثیر بر بدن انسان

ویژگی های محلی میدان مغناطیسی تغییر می کند و گاهی اوقات برای چندین ساعت در نوسان است و سپس به سطح قبلی خود باز می گردد. این پدیده طوفان مغناطیسی نامیده می شود. طوفان های مغناطیسی اغلب به طور ناگهانی و همزمان در سراسر جهان شروع می شوند.

یک روز پس از شعله خورشیدی، موج ضربه ای باد خورشیدی به مدار زمین می رسد و طوفان مغناطیسی آغاز می شود. بیماران شدیداً بیمار از اولین ساعات پس از شعله ور شدن خورشید به وضوح واکنش نشان می دهند، بقیه - از لحظه شروع طوفان در زمین. وجه مشترک همه، تغییر در بیوریتم در این ساعات است. تعداد موارد انفارکتوس میوکارد یک روز پس از شیوع افزایش می یابد (حدود 2 برابر بیشتر از روزهای آرام مغناطیسی). در همان روز، طوفان مگنتوسفری ناشی از شعله ور آغاز می شود. در افراد کاملاً سالم، سیستم ایمنی فعال می شود، ممکن است افزایش عملکرد و بهبود خلق و خوی وجود داشته باشد.

توجه داشته باشید:آرامش ژئومغناطیسی، که چندین روز یا بیشتر متوالی طول می کشد، از بسیاری جهات مانند طوفان، تأثیر ناامیدکننده ای بر بدن یک شهرنشین دارد - باعث افسردگی و ضعف ایمنی می شود. یک "جهش" جزئی میدان مغناطیسی در Kp = 0 - 3 مقاومت در برابر تغییرات را آسان تر می کند. فشار جوو سایر عوامل آب و هوایی

درجه بندی زیر از مقادیر شاخص Kp پذیرفته شده است:

Kp = 0-1 - وضعیت ژئومغناطیسی آرام (آرام) است.

Kp = 1-2 - شرایط ژئومغناطیسی از آرام تا کمی آشفته.

Kp = 3-4 - از کمی آشفته به آشفته.

Kp = 5 و بالاتر - طوفان مغناطیسی ضعیف (سطح G1).

Kp = 6 و بالاتر - طوفان مغناطیسی متوسط (سطح G2).

Kp = 7 و بالاتر - طوفان مغناطیسی قوی (سطح G3). حوادث ممکن است، وخامت سلامت در افراد وابسته به آب و هوا

Kp = 8 و بالاتر - یک طوفان مغناطیسی بسیار قوی (سطح G4).

Kp = 9 - طوفان مغناطیسی بسیار قوی (سطح G5) - حداکثر مقدار ممکن.

مشاهده آنلاین وضعیت مگنتوسفر و طوفان های مغناطیسی در اینجا:

در نتیجه مطالعات متعددی که در موسسه انجام شده است تحقیقات فضایی(IKI)، موسسه مغناطیس زمینی، یونوسفر و انتشار امواج رادیویی (ازمیران)، آکادمی پزشکی به نام. آنها سچنوف و موسسه مشکلات پزشکی و بیولوژیکی آکادمی علوم روسیه، معلوم شد که در طول طوفان های ژئومغناطیسی در بیماران مبتلا به آسیب شناسی سیستم قلبی عروقی، به ویژه در بیمارانی که دچار انفارکتوس میوکارد شده بودند، فشار خون پرش کرد، ویسکوزیته خون به طور قابل توجهی افزایش یافت. سرعت جریان آن در مویرگ ها کاهش یافت و تون عروق تغییر کرد و هورمون های استرس فعال شدند.

تغییراتی نیز در بدن برخی از افراد سالم رخ داده است، اما عمدتاً باعث خستگی، کاهش توجه، سردرد، سرگیجه می‌شوند و خطر جدی ایجاد نمی‌کنند. بدن فضانوردان تا حدودی شدیدتر به تغییرات واکنش نشان داد: آنها آریتمی ایجاد کردند و تون عروق را تغییر دادند. آزمایش‌ها در مدار نیز نشان داد که این میدان‌های الکترومغناطیسی هستند که بر وضعیت انسان تأثیر منفی می‌گذارند و نه عوامل دیگری که روی زمین تأثیر می‌گذارند، اما در فضا حذف می‌شوند. علاوه بر این، "گروه خطر" دیگری شناسایی شد - افراد سالم با یک سیستم سازگاری بیش از حد مرتبط با قرار گرفتن در معرض استرس اضافی (در این مورد، بی وزنی، که بر سیستم قلبی عروقی نیز تأثیر می گذارد).

محققان به این نتیجه رسیدند که جغرافیا طوفان های مغناطیسیباعث همین شود استرس سازگاریو همچنین تغییر شدید در مناطق زمانی، که ریتم های شبانه روزی بیولوژیکی فرد را مختل می کند. شعله های ناگهانی خورشیدی و سایر مظاهر فعالیت خورشیدی به طور چشمگیری ریتم های نسبتا منظم میدان ژئومغناطیسی زمین را تغییر می دهند، که باعث می شود حیوانات و مردم ریتم های خود را مختل کنند و استرس تطبیقی ایجاد کنند.

افراد سالم نسبتاً به راحتی با آن کنار می آیند، اما برای افراد مبتلا به آسیب شناسی سیستم قلبی عروقی، با سیستم سازگاری بیش از حد و برای نوزادان، بالقوه خطرناک است.

پیش بینی پاسخ غیرممکن است. همه چیز به عوامل زیادی بستگی دارد: به وضعیت فرد، به ماهیت طوفان، به طیف فرکانس ارتعاشات الکترومغناطیسیو غیره. هنوز مشخص نیست که چگونه تغییرات در میدان ژئومغناطیسی بر فرآیندهای بیوشیمیایی و بیوفیزیکی که در بدن اتفاق می‌افتد تأثیر می‌گذارد: گیرنده‌های سیگنال‌های ژئومغناطیسی چه هستند، آیا فرد به قرار گرفتن در معرض تشعشعات الکترومغناطیسی با کل بدن، اندام‌های فردی، یا واکنش نشان می‌دهد. حتی سلول های فردی در حال حاضر، به منظور مطالعه تأثیر فعالیت خورشیدی بر مردم، یک آزمایشگاه هلیوبیولوژی در مؤسسه تحقیقات فضایی افتتاح می شود.

9. N.V. Koronovsky. میدان مغناطیسی گذشته زمین شناسی زمین // مسکو دانشگاه دولتیآنها M.V. Lomonosov. مجله آموزشی سوروس، N5، 1996، ص. 56-63

بر اساس ایده های مدرن، تقریباً 4.5 میلیارد سال پیش شکل گرفته است و از آن لحظه سیاره ما توسط یک میدان مغناطیسی احاطه شده است. همه چیز روی زمین، از جمله مردم، حیوانات و گیاهان، تحت تأثیر آن قرار می گیرند.

میدان مغناطیسی تا ارتفاع حدود 100000 کیلومتری گسترش می یابد (شکل 1). ذرات باد خورشیدی را که برای همه موجودات زنده مضر هستند، منحرف یا جذب می کند. این ذرات باردار کمربند تابشی زمین را تشکیل می دهند و کل منطقه فضای نزدیک به زمین که در آن قرار دارند نامیده می شود. مگنتوسفر(شکل 2). در سمتی از زمین که توسط خورشید روشن شده است، مگنتوسفر توسط یک سطح کروی با شعاع تقریباً 10-15 شعاع زمین محدود شده است و در طرف مقابل مانند دم دنباله دار تا فاصله چند هزار نفری گسترش یافته است. شعاع زمین، تشکیل دم ژئومغناطیسی. مگنتوسفر توسط یک ناحیه گذار از میدان بین سیاره ای جدا می شود.

قطب های مغناطیسی زمین

محور آهنربای زمین نسبت به محور چرخش زمین 12 درجه متمایل است. تقریباً 400 کیلومتر از مرکز زمین فاصله دارد. نقاطی که این محور سطح سیاره را قطع می کند هستند قطب های مغناطیسیقطب های مغناطیسی زمین با قطب های جغرافیایی واقعی منطبق نیستند. در حال حاضر مختصات قطب های مغناطیسی به شرح زیر است: شمال - 77 درجه عرض شمالی. و 102 درجه غربی؛ جنوبی - (65 درجه جنوبی و 139 درجه شرقی).

برنج. 1. ساختار میدان مغناطیسی زمین

برنج. 2. ساختار مگنتوسفر

خطوط نیرویی که از یک قطب مغناطیسی به قطب دیگر حرکت می کنند نامیده می شوند نصف النهارهای مغناطیسی. زاویه ای بین نصف النهارهای مغناطیسی و جغرافیایی تشکیل می شود که به آن می گویند انحراف مغناطیسی. هر مکان روی زمین زاویه انحراف خاص خود را دارد. در منطقه مسکو زاویه انحراف 7 درجه به سمت شرق و در یاکوتسک حدود 17 درجه به سمت غرب است. این بدان معنی است که انتهای شمالی سوزن قطب نما در مسکو با T به سمت راست نصف النهار جغرافیایی که از مسکو می گذرد و در یاکوتسک - 17 درجه به سمت چپ نصف النهار مربوطه منحرف می شود.

یک سوزن مغناطیسی آزادانه به صورت افقی فقط در خط استوای مغناطیسی قرار دارد که با خط جغرافیایی منطبق نیست. اگر به سمت شمال استوای مغناطیسی حرکت کنید، انتهای شمالی سوزن به تدریج پایین می آید. زاویه تشکیل شده توسط یک سوزن مغناطیسی و یک صفحه افقی نامیده می شود تمایل مغناطیسی. در قطب های مغناطیسی شمال و جنوب، تمایل مغناطیسی بیشتر است. برابر 90 درجه است. در قطب مغناطیسی شمال، یک سوزن مغناطیسی آزادانه به صورت عمودی با انتهای شمالی آن به سمت پایین نصب می‌شود و در قطب مغناطیسی جنوبی، انتهای جنوبی آن پایین می‌رود. بنابراین، سوزن مغناطیسی جهت خطوط میدان مغناطیسی را در بالای سطح زمین نشان می دهد.

با گذشت زمان، موقعیت قطب های مغناطیسی نسبت به سطح زمین تغییر می کند.

این قطب مغناطیسی توسط کاوشگر جیمز سی راس در سال 1831 کشف شد و صدها کیلومتر از محل فعلی آن فاصله داشت. به طور متوسط در یک سال 15 کیلومتر حرکت می کند. که در سال های گذشتهسرعت حرکت قطب های مغناطیسی به شدت افزایش یافت. به عنوان مثال، قطب مغناطیسی شمال در حال حاضر با سرعتی در حدود 40 کیلومتر در سال حرکت می کند.

معکوس شدن قطب های مغناطیسی زمین نامیده می شود وارونگی میدان مغناطیسی.

برای تاریخ زمین شناسیمیدان مغناطیسی سیاره ما بیش از 100 بار قطبیت خود را تغییر داده است.

میدان مغناطیسی با شدت مشخص می شود. در برخی از نقاط زمین، خطوط میدان مغناطیسی از میدان طبیعی منحرف شده و ناهنجاری هایی را ایجاد می کنند. به عنوان مثال، در ناحیه ناهنجاری مغناطیسی کورسک (KMA)، قدرت میدان چهار برابر بیشتر از حد معمول است.

تغییرات روزانه در میدان مغناطیسی زمین وجود دارد. دلیل این تغییرات در میدان مغناطیسی زمین، جریان های الکتریکی است که در اتمسفر در جریان است ارتفاع بالا. آنها توسط تشعشعات خورشیدی ایجاد می شوند. تحت تأثیر باد خورشیدی، میدان مغناطیسی زمین منحرف می شود و "ردی" در جهت خورشید به دست می آورد که صدها هزار کیلومتر امتداد دارد. همانطور که قبلاً می دانیم علت اصلی بادهای خورشیدی، پرتاب های عظیم ماده از تاج خورشیدی است. همانطور که آنها به سمت زمین حرکت می کنند، به ابرهای مغناطیسی تبدیل می شوند و منجر به اختلالات شدید و گاهی شدید در زمین می شوند. اختلالات شدید میدان مغناطیسی زمین - طوفان های مغناطیسیبرخی از طوفان های مغناطیسی به طور ناگهانی و تقریباً همزمان در سراسر زمین شروع می شوند، در حالی که برخی دیگر به تدریج توسعه می یابند. آنها می توانند چندین ساعت یا حتی چند روز دوام بیاورند. طوفان های مغناطیسی اغلب 1-2 روز پس از یک شعله ی خورشیدی به دلیل عبور زمین از جریانی از ذرات خارج شده توسط خورشید رخ می دهند. بر اساس زمان تأخیر، سرعت چنین جریان جسمی چند میلیون کیلومتر بر ساعت تخمین زده می شود.

در هنگام طوفان های مغناطیسی قوی، عملکرد عادی تلگراف، تلفن و رادیو مختل می شود.

طوفان های مغناطیسی اغلب در عرض جغرافیایی 66-67 درجه (در ناحیه شفق قطبی) مشاهده می شوند و همزمان با شفق های قطبی رخ می دهند.

ساختار میدان مغناطیسی زمین بسته به عرض جغرافیایی منطقه متفاوت است. نفوذپذیری میدان مغناطیسی به سمت قطب ها افزایش می یابد. در مناطق قطبی، خطوط میدان مغناطیسی کم و بیش عمود بر سطح زمین هستند و دارای پیکربندی قیفی شکل هستند. از طریق آنها، بخشی از باد خورشیدی از سمت روز به مغناطیس کره و سپس به جو فوقانی نفوذ می کند. در طول طوفان های مغناطیسی، ذرات از دم مغناطیس کره به اینجا سرازیر می شوند و به مرزها می رسند. جو فوقانیدر عرض های جغرافیایی بالا شمال و نیمکره های جنوبی. این ذرات باردار هستند که باعث ایجاد شفق های قطبی در اینجا می شوند.

بنابراین، طوفان های مغناطیسی و تغییرات روزانه در میدان مغناطیسی، همانطور که قبلاً فهمیدیم، توسط تابش خورشیدی توضیح داده می شود. اما دلیل اصلی ایجاد مغناطیس دائمی زمین چیست؟ از نظر تئوری، می‌توان ثابت کرد که 99 درصد میدان مغناطیسی زمین توسط منابع پنهان در داخل سیاره ایجاد می‌شود. میدان مغناطیسی اصلی ناشی از منابعی است که در اعماق زمین قرار دارند. تقریباً می توان آنها را به دو گروه تقسیم کرد. بخش اصلی آنها با فرآیندهایی در هسته زمین مرتبط است، جایی که به دلیل حرکات مداوم و منظم مواد رسانای الکتریکی، سیستمی از جریان های الکتریکی ایجاد می شود. دلیل دیگر این واقعیت است که سنگ های پوسته زمین توسط سنگ اصلی مغناطیسی می شوند میدان الکتریکی(میدان هسته)، میدان مغناطیسی خود را ایجاد می کنند که با میدان مغناطیسی هسته جمع می شود.

علاوه بر میدان مغناطیسی، میدان های دیگری نیز در اطراف زمین وجود دارد: الف) گرانشی. ب) الکتریکی؛ ج) حرارتی

میدان گرانشیزمین را میدان گرانش می نامند. در امتداد یک خط شاقول عمود بر سطح ژئوئید هدایت می شود. اگر زمین به شکل یک بیضی از انقلاب بود و توده ها در آن به طور مساوی توزیع می شدند، آنگاه میدان گرانشی معمولی داشت. تفاوت بین تنش واقعی میدان گرانشیو نظری - ناهنجاری گرانش. ترکیب مواد مختلف و چگالی سنگ ها باعث ایجاد این ناهنجاری ها می شود. اما دلایل دیگری نیز ممکن است. آنها را می توان با فرآیند زیر توضیح داد - تعادل پوسته جامد و نسبتاً سبک زمین در گوشته بالایی سنگین تر، جایی که فشار لایه های پوشاننده برابر می شود. این جریان‌ها باعث ایجاد تغییر شکل‌های تکتونیکی، حرکت صفحات لیتوسفر و در نتیجه ایجاد ریلف کلان زمین می‌شوند. گرانش اتمسفر، هیدروسفر، مردم و حیوانات روی زمین را نگه می دارد. هنگام مطالعه فرآیندها در پوشش جغرافیایی باید گرانش را در نظر گرفت. عبارت " ژئوتروپیسم"حرکات رشد اندام های گیاهی است که تحت تأثیر نیروی گرانش، همیشه جهت عمودی رشد ریشه اولیه را عمود بر سطح زمین تضمین می کند. زیست شناسی جاذبه از گیاهان به عنوان موضوعات آزمایشی استفاده می کند.

اگر گرانش در نظر گرفته نشود، محاسبه داده های اولیه برای پرتاب موشک و سفینه های فضایی، اکتشاف وزن سنجی کانی های معدنی را غیرممکن می کند پیشرفتهای بعدینجوم، فیزیک و سایر علوم.

محتوای مقاله

میدان مغناطیسی زمینبیشتر سیارات منظومه شمسی تا یک درجه دارای میدان مغناطیسی هستند. به ترتیب نزولی گشتاور مغناطیسی دوقطبی، مشتری و زحل در رتبه اول و پس از آن زمین، عطارد و مریخ قرار دارند و نسبت به گشتاور مغناطیسی زمین مقدار گشتاورهای آنها 20000، 500، 1، 3 است. /5000 3/10000. گشتاور مغناطیسی دوقطبی زمین در سال 1970 7.98 10 25 G/cm 3 (یا 8.3 10 22 A.m 2) بود که در طول دهه 0.04 10 25 G/cm 3 کاهش یافت. میانگین قدرت میدان در سطح حدود 0.5 Oe (5·10-5 T) است. شکل میدان مغناطیسی اصلی زمین تا فواصل کمتر از سه شعاع نزدیک به میدان یک دوقطبی مغناطیسی معادل است. مرکز آن نسبت به مرکز زمین در جهت 18 درجه شمالی جابجا شده است. و 147.8 درجه شرقی. د) محور این دوقطبی 11.5 درجه به محور چرخش زمین متمایل است. قطب های ژئومغناطیسی با همان زاویه از قطب های جغرافیایی مربوطه جدا می شوند. علاوه بر این، قطب ژئومغناطیسی جنوبی در نیمکره شمالی قرار دارد. در حال حاضر در نزدیکی شمال واقع شده است قطب جغرافیاییزمین در گرینلند شمالی. مختصات آن j = 78.6 + 0.04 ° T N، l است = 70.1 + 0.07 درجه T W، که در آن T تعداد دهه های از سال 1970 است. در قطب مغناطیسی شمال j = 75 درجه S، l = 120.4 درجه شرقی (در قطب جنوب). خطوط میدان مغناطیسی واقعی میدان مغناطیسی زمین به طور متوسط نزدیک به خطوط میدان این دوقطبی هستند و در بی نظمی های موضعی مرتبط با حضور سنگ های مغناطیسی در پوسته با آنها تفاوت دارند. در نتیجه تغییرات سکولار، قطب ژئومغناطیسی نسبت به قطب جغرافیایی با دوره ای حدود 1200 سال پیشروی می کند. در فواصل زیاد، میدان مغناطیسی زمین نامتقارن است. تحت تأثیر جریان پلاسمای خورشیدی (باد خورشیدی)، میدان مغناطیسی زمین منحرف می‌شود و «ردی» در جهت خورشید به دست می‌آورد که صدها هزار کیلومتر طول می‌کشد و از مدار زمین فراتر می‌رود. ماه.

شاخه خاصی از ژئوفیزیک که به مطالعه منشأ و ماهیت میدان مغناطیسی زمین می پردازد، ژئومغناطیس نام دارد. ژئومغناطیس مشکلات پیدایش و تکامل جزء اصلی و دائمی را در نظر می گیرد میدان ژئومغناطیسی، ماهیت جزء متغیر (حدود 1٪ از میدان اصلی)، و همچنین ساختار مغناطیس کره - بالاترین لایه های پلاسمای مغناطیسی جو زمین که با باد خورشیدی در تعامل هستند و از زمین در برابر تشعشعات کیهانی نافذ محافظت می کند. یک کار مهم مطالعه الگوهای تغییرات میدان ژئومغناطیسی است، زیرا آنها توسط تأثیرات خارجی مرتبط با فعالیت خورشیدی ایجاد می شوند. .

منشا میدان مغناطیسی

خواص مشاهده شده میدان مغناطیسی زمین با این ایده که به دلیل مکانیسم یک دینام هیدرومغناطیسی به وجود می آید مطابقت دارد. در این فرآیند، میدان مغناطیسی اصلی در نتیجه حرکات (معمولاً همرفتی یا متلاطم) مواد رسانای الکتریکی در هسته مایع سیاره یا در پلاسمای ستاره تقویت می‌شود. در دمای یک ماده چند هزار کلوین، رسانایی آن به اندازه کافی بالا است به طوری که حرکات همرفتی که حتی در یک محیط ضعیف مغناطیسی اتفاق می‌افتد می‌تواند جریان‌های الکتریکی متغیری را برانگیزد که مطابق با قوانین قابل تغییر است. القای الکترومغناطیسی، میدان های مغناطیسی جدید ایجاد کنید. فروپاشی این میدان ها یا انرژی حرارتی ایجاد می کند (طبق قانون ژول) یا منجر به پیدایش میدان های مغناطیسی جدید می شود. بسته به ماهیت حرکات، این میدان ها می توانند زمینه های اصلی را ضعیف یا تقویت کنند. برای تقویت میدان، عدم تقارن مشخصی از حرکات کافی است. بنابراین، شرط لازم برای دینام هیدرومغناطیسی، وجود حرکات در یک محیط رسانا است و شرط کافی، وجود عدم تقارن (مارپیچی) مشخص در جریان های داخلی محیط است. هنگامی که این شرایط برآورده می شود، فرآیند تقویت تا زمانی ادامه می یابد که تلفات ناشی از گرمای ژول که با افزایش قدرت جریان افزایش می یابد، هجوم انرژی وارد شده در اثر حرکات هیدرودینامیکی را متعادل می کند.

اثر دینامو برانگیختگی و نگهداری میدان های مغناطیسی در حالت ساکن به دلیل حرکت پلاسمای مایع یا گاز رسانا است. مکانیسم آن شبیه به نسل است جریان الکتریسیتهو میدان مغناطیسی در یک دینام خود برانگیخته. منشأ میدان‌های مغناطیسی خود زمین از خورشید و سیارات، و همچنین میدان‌های محلی آنها، به عنوان مثال، میدان‌های لکه‌های خورشیدی و مناطق فعال، با اثر دینام مرتبط است.

اجزای میدان ژئومغناطیسی

میدان مغناطیسی خود زمین (میدان ژئومغناطیسی) را می توان به سه بخش اصلی زیر تقسیم کرد.

1. میدان مغناطیسی اصلی زمین که در طول زمان تغییرات آهسته ای را تجربه می کند (تغییرات سکولار) با دوره هایی از 10 تا 10000 سال، متمرکز در فواصل 10-20، 60-100، 600-1200 و 8000 سال. دومی با تغییر در گشتاور مغناطیسی دوقطبی با ضریب 1.5-2 همراه است.

2. ناهنجاری های جهانی - انحراف از دوقطبی معادل تا 20٪ از شدت مناطق جداگانه با ابعاد مشخصه تا 10000 کیلومتر. این میدان‌های غیرعادی تغییرات سکولار را تجربه می‌کنند که در طول زمان در طول سال‌ها و قرن‌ها تغییر می‌کند. نمونه هایی از ناهنجاری ها: برزیلی، کانادایی، سیبری، کورسک. در جریان تغییرات سکولار، ناهنجاری‌های جهانی تغییر می‌کنند، از هم می‌پاشند و دوباره ظهور می‌کنند. در عرض‌های جغرافیایی پایین، یک رانش غربی در طول جغرافیایی به میزان 0.2 درجه در سال وجود دارد.

3. میدان های مغناطیسی مناطق محلی پوسته های بیرونی به طول چند تا صدها کیلومتر. آنها در اثر مغناطیس شدن سنگ های لایه بالایی زمین ایجاد می شوند که پوسته زمین را تشکیل می دهند و نزدیک به سطح قرار دارند. یکی از قدرتمندترین آنها ناهنجاری مغناطیسی کورسک است.

4. میدان مغناطیسی متناوب زمین (که خارجی نیز نامیده می شود) توسط منابعی به شکل سیستم های جریانی که در خارج از سطح زمین و در جو آن قرار دارند تعیین می شود. منابع اصلی چنین میدان‌هایی و تغییرات آن‌ها، جریان‌های پلاسمای مغناطیسی شده از خورشید است که همراه با باد خورشیدی از خورشید می‌آیند و ساختار و شکل مگنتوسفر زمین را تشکیل می‌دهند.

ساختار میدان مغناطیسی جو زمین.

میدان مغناطیسی زمین تحت تأثیر جریان پلاسمای خورشیدی مغناطیسی شده است. در نتیجه برهمکنش با میدان زمین، مرز بیرونی میدان مغناطیسی نزدیک زمین به نام مگنتوپاوز تشکیل می شود. مگنتوسفر زمین را محدود می کند. به دلیل تأثیر جریان های جسمی خورشیدی، اندازه و شکل مگنتوسفر دائماً در حال تغییر است و یک میدان مغناطیسی متناوب ایجاد می شود که توسط منابع خارجی تعیین می شود. تغییرپذیری آن منشأ آن را مدیون سیستم‌های فعلی است که در ارتفاعات مختلف از لایه‌های پایین‌تر یونوسفر تا مگنتوپوز در حال توسعه هستند. تغییرات میدان مغناطیسی زمین در طول زمان، که به دلایل مختلف ایجاد می شود، تغییرات ژئومغناطیسی نامیده می شود که هم از نظر مدت زمان و هم در موقعیت خود در زمین و جو آن متفاوت است.

دم مغناطیسی تشکیل می شود خطوط نیروی میدان مغناطیسی زمین که از نواحی قطبی بیرون می‌آیند و تحت تأثیر باد خورشیدی به صدها شعاع زمین از خورشید تا سمت شب زمین گسترش می‌یابند. در نتیجه، به نظر می‌رسد که پلاسمای باد خورشیدی و جریان‌های هسته‌ای خورشیدی در اطراف مگنتوسفر زمین جریان دارد و شکل دمی عجیبی به آن می‌دهد. در دم مگنتوسفر، در فواصل زیاد از زمین، قدرت میدان مغناطیسی زمین و در نتیجه خاصیت حفاظتی آنها ضعیف شده و برخی از ذرات پلاسمای خورشیدی قادر به نفوذ و ورود به داخل مگنتوسفر زمین و تله های مغناطیسی تسمه های تشعشعی نفوذ به سر مگنتوسفر در ناحیه بیضی شفق تحت تأثیر تغییر فشار باد خورشیدی و میدان بین سیاره ای، دم به عنوان مکانی برای تشکیل جریان های ذرات رسوب کننده عمل می کند که باعث ایجاد شفق ها و جریان های شفق می شود. مگنتوسفر توسط مگنتوپوز از فضای بین سیاره ای جدا می شود. در طول مگنتوپوز، ذرات جریان های جسمی در اطراف مگنتوسفر جریان دارند. تأثیر باد خورشیدی بر میدان مغناطیسی زمین گاهی بسیار قوی است. مگنتوپوز – مرز بیرونی مگنتوسفر زمین (یا سیاره)، که در آن فشار دینامیکی باد خورشیدی با فشار میدان مغناطیسی خود متعادل می شود. با پارامترهای معمول باد خورشیدی، نقطه زیر خورشیدی 9 تا 11 شعاع زمین از مرکز زمین فاصله دارد. در طول دوره‌های اختلالات مغناطیسی روی زمین، مگنتوپاوز می‌تواند از مدار زمین ثابت (6.6 شعاع زمین) فراتر رود. با باد ضعیف خورشیدی، نقطه زیر خورشیدی در فاصله 15 تا 20 شعاع زمین قرار دارد.

باد آفتابی -

خروج پلاسما از تاج خورشیدی به فضای بین سیاره ای در سطح مدار زمین سرعت متوسطذرات باد خورشیدی (پروتون ها و الکترون ها) حدود 400 کیلومتر بر ثانیه هستند، تعداد ذرات چند ده در هر 1 سانتی متر مکعب است.

طوفان مغناطیسی

ویژگی های محلی میدان مغناطیسی تغییر می کند و گاهی اوقات برای چندین ساعت در نوسان است و سپس به سطح قبلی خود باز می گردد. این پدیده نامیده می شود طوفان مغناطیسی. طوفان های مغناطیسی اغلب به طور ناگهانی و همزمان در سراسر جهان شروع می شوند.

تغییرات ژئومغناطیسی

تغییرات روزانه. تغییرات روزانه در میدان ژئومغناطیسی به طور منظم رخ می دهد که عمدتاً به دلیل جریانات در یونوسفر زمین ناشی از تغییر در روشنایی یونوسفر زمین توسط خورشید در طول روز است.

تغییرات نامنظم. تغییرات نامنظم در میدان مغناطیسی به دلیل تأثیر جریان پلاسمای خورشیدی (خورشیدی باد) روی مگنتوسفر زمین، و همچنین تغییرات درون مگنتوسفر و برهمکنش مگنتوسفر با یونوسفر.

تغییرات 27 روزه. تغییرات 27 روزه به عنوان تمایل برای افزایش فعالیت ژئومغناطیسی وجود دارد که هر 27 روز تکرار می شود، که مربوط به دوره چرخش خورشید نسبت به یک ناظر زمینی است. این الگو با وجود مناطق فعال با عمر طولانی در خورشید مرتبط است که در طی چندین انقلاب خورشیدی مشاهده شده است. این الگو به صورت تکرارپذیری 27 روزه فعالیت مغناطیسی و طوفان های مغناطیسی خود را نشان می دهد.

تغییرات فصلی. تغییرات فصلی در فعالیت مغناطیسی با اطمینان بر اساس داده‌های میانگین ماهانه فعالیت مغناطیسی به‌دست‌آمده از پردازش مشاهدات در طول چندین سال شناسایی می‌شود. دامنه آنها با افزایش فعالیت مغناطیسی کلی افزایش می یابد. مشخص شد که تغییرات فصلی در فعالیت مغناطیسی دارای دو حداکثر، مربوط به دوره های اعتدال، و دو حداقل، مربوط به دوره های انقلاب است. دلیل این تغییرات، تشکیل مناطق فعال روی خورشید است که در مناطقی از 10 تا 30 درجه عرض های جغرافیایی هلیوگرافی شمالی و جنوبی گروه بندی می شوند. بنابراین، در طول دوره های اعتدال، زمانی که سطوح زمین و استوای خورشیدی بر هم منطبق می شوند، زمین بیشترین آسیب را نسبت به عملکرد مناطق فعال روی خورشید دارد.

تغییرات 11 ساله. ارتباط بین فعالیت خورشیدی و فعالیت مغناطیسی به وضوح در مقایسه با سری طولانی مشاهدات، مضرب دوره های 11 ساله فعالیت خورشیدی آشکار می شود. شناخته شده ترین معیار فعالیت خورشیدی تعداد لکه های خورشیدی است. مشخص شد که در سال‌های حداکثر تعداد لکه‌های خورشیدی، فعالیت مغناطیسی نیز به بیشترین مقدار خود می‌رسد، اما افزایش فعالیت مغناطیسی نسبت به افزایش فعالیت خورشیدی تا حدودی با تأخیر مواجه می‌شود، به طوری که به طور متوسط این تأخیر یک سال است.

تغییرات قرن ها- تغییرات آهسته در عناصر مغناطیس زمینی با دوره های چند ساله یا بیشتر. برخلاف تغییرات روزانه، فصلی و سایر تغییرات منشأ خارجی، تغییرات سکولار با منابعی در هسته زمین مرتبط است. دامنه تغییرات سکولار به ده‌ها nT در سال می‌رسد؛ تغییرات در مقادیر متوسط سالانه چنین عناصری را تغییر سکولار می‌گویند. ایزوله های تغییرات سکولار در اطراف چندین نقطه متمرکز شده اند - مراکز یا کانون های تغییرات سکولار؛ در این مراکز بزرگی تنوع سکولار به حداکثر مقادیر خود می رسد.

کمربندهای تشعشعی و پرتوهای کیهانی.

کمربندهای تشعشعی زمین دو ناحیه از نزدیکترین فضای نزدیک به زمین هستند که به شکل تله های مغناطیسی بسته زمین را احاطه کرده اند.

آنها حاوی جریان های عظیمی از پروتون ها و الکترون های گرفته شده توسط میدان مغناطیسی دوقطبی زمین هستند. میدان مغناطیسی زمین تأثیر زیادی بر ذرات باردار الکتریکی دارد که در محیط نزدیک به زمین حرکت می کنند. فضای بیرونی. دو منبع اصلی این ذرات وجود دارد: پرتوهای کیهانی، به عنوان مثال. الکترون ها، پروتون ها و هسته های پرانرژی (از 1 تا 12 گیگا الکترون ولت). عناصر سنگین، با سرعت تقریباً سبک، عمدتاً از سایر نقاط کهکشان. و جریان‌های جسمی ذرات باردار کم‌انرژی (105-106eV) که توسط خورشید به بیرون پرتاب می‌شوند. در یک میدان مغناطیسی، ذرات الکتریکی به صورت مارپیچی حرکت می کنند. به نظر می رسد مسیر حرکت ذره به دور استوانه ای پیچیده شده است که در امتداد محوری که از آن عبور می کند خط قدرت. شعاع این استوانه خیالی به شدت میدان و انرژی ذره بستگی دارد. هر چه انرژی ذره بیشتر باشد، شعاع بزرگتر (به نام شعاع لارمور) برای یک قدرت میدان معین بیشتر است. اگر شعاع لارمور بسیار کوچکتر از شعاع زمین باشد، ذره به سطح آن نمی رسد، بلکه توسط میدان مغناطیسی زمین گرفته می شود. اگر شعاع لارمور بسیار بزرگتر از شعاع زمین باشد، ذره به گونه‌ای حرکت می‌کند که گویی میدان مغناطیسی وجود ندارد؛ ذراتی در مناطق استوایی به میدان مغناطیسی زمین نفوذ می‌کنند که انرژی آنها از 109 eV بیشتر باشد. چنین ذرات به اتمسفر حمله می کنند و هنگام برخورد با اتم های آن، دگرگونی های هسته ای ایجاد می کنند که مقادیر مشخصی از پرتوهای ثانویه کیهانی را تولید می کنند. این پرتوهای کیهانی ثانویه در حال حاضر در سطح زمین شناسایی شده اند. برای مطالعه پرتوهای کیهانی در شکل اصلی آنها (پرتوهای کیهانی اولیه)، تجهیزات بر روی موشک ها و ماهواره های مصنوعی زمین بلند می شوند. تقریباً 99 درصد از ذرات پرانرژی که سپر مغناطیسی زمین را سوراخ می‌کنند، پرتوهای کیهانی با منشأ کهکشانی هستند و تنها حدود 1 درصد در خورشید تشکیل می‌شوند. میدان مغناطیسی زمین تعداد زیادی ذرات پرانرژی، هم الکترون و هم پروتون را در خود جای می دهد. انرژی و غلظت آنها به فاصله تا زمین و عرض جغرافیایی ژئومغناطیسی بستگی دارد. ذرات، حلقه ها یا کمربندهای عظیمی را پر می کنند که زمین را در اطراف استوای ژئومغناطیسی احاطه کرده اند.