Магнитное поле земли что такое: Что такое магнитное поле Земли

Содержание

Что такое магнитное поле Земли

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

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

Как известно, магнитные поля окружают собой электрические токи, поэтому есть все основания предполагать, что циркулирующие в расплавленном металлическом ядре токи — это и есть источник земного магнитного поля.

Форма магнитного поля Земли действительно подобна магнитному полю витка с током.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

По материалам: electrik.info.

Магнитное поле земли: как скоро откажет компас?

В 2001 г. во время международной полярной экспедиции выяснилось, что за последние 7 лет северный магнитный полюс Земли переместился почти на 300 км. Скорость его дрейфа от канадского арктического шельфа в сторону России, к архипелагу Северная Земля составляет сегодня 40 км в год. По прогнозам ученых, «Север» в свое время  может оказаться в Южной Атлантике. В пользу этого говорит обширная аномалия этого района, где напряженность магнитного поля составляет всего 60% от расчетной величины.  

Кстати, за последние 20 лет напряженность магнитного поля планеты уменьшилась примерно на 1,7%, а в южных районах Атлантики – даже на 10% Всего же за истекшие два столетия магнитное поле Земли ослабело более чем на 10%.

Чем же все это нам грозит? А, собственно, всем. Российские ученые полагают, что в случае изменения магнитного поля антирадиационная защита Земли начнет слабеть: «сначала начнутся сбои в работе энергозависимых систем, начиная с мобильных телефонов.

Будут выходить из строя спутники. Еще раньше придется прекратить полеты человека в космос. Затем космическая и солнечная  радиация начнут воздействовать на геном живущих на Земле организмов: одни будут вымирать, среди других резко возрастет количество мутаций. Принимая во внимание солнечные вспышки, которые сопровождаются чрезвычайно сильными потоками заряженных частиц, следует сделать вывод, что еще до эпохи полного исчезновения магнитного поля жизнь на Земле станет невозможной».

Ужас. Но, может быть, не все так страшно, и нам не грозят кровожадные гигантские муравьи – убийцы из голливудских ужастиков? Возможно. Ведь последние данные говорят о том, что за 90 миллионов лет направление магнитных полюсов менялось в среднем каждые 500000 лет. Также известно, что повального исчезновения живых организмов и массовых генетических мутаций не происходило. Земная атмосфера – надежный гарант для всего живого на планете.

С техникой, созданной человеческим гением, которая стала сегодня его неподкупным тюремщиком, дело сложнее.

Развитие  указанных процессов особенно опасно для компьютерных систем, без которых немыслима современная экономика. Даже сегодня человечество терпит огромные убытки о воздействия магнитных бурь, вызванных солнечной активностью. При ослабевании земного магнитного поля интенсивность магнитных бурь усилится, что приведет, скажем, к параличу авиасообщений: не будут действовать бортовые компьютеры.

Кроме того, сам полет на самолете станет для человека небезопасным. Сегодня в верхних, более разряженных слоях атмосферы все заметнее сказывается влияние радиации. Не случайно в 2000 г. в одной из директив, принятой руководством Евросоюза, летчики и стюардессы отнесены к лицам повышенного радиационного риска. Пока сила магнитного поля Земли защищает нас при полетах, а дальше?

С другой стороны, ученые пока не знают, насколько обратимы процессы, происходящие с земным магнитным полем. Ведь никто не объяснил, почему в истории земли были эпохи, в течение которых магнитные полюса не изменялись по 50 миллионов лет подряд.

Может быть, все обойдется и на этот раз?

    
Мнение автора может не совпадать с позицией редакции

Геологи выяснили, почему магнитное поле Земли меняется рывками

https://ria.ru/20190422/1552947338.html

Геологи выяснили, почему магнитное поле Земли меняется рывками

Геологи выяснили, почему магнитное поле Земли меняется рывками – РИА Новости, 22.04.2019

Геологи выяснили, почему магнитное поле Земли меняется рывками

Сила магнитного поля Земли резко меняется каждые десять лет из-за существования внутри ядра планеты особых турбулентных волн, “взбалтывающих” его материю при… РИА Новости, 22.04.2019

2019-04-22T18:42

2019-04-22T18:42

2019-04-22T18:42

наука

париж

дания

открытия – риа наука

геология

земля

/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content

/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content

https://cdnn21.img.ria.ru/images/155294/58/1552945813_0:247:1338:1000_1920x0_80_0_0_e4454bdce480df81c85c486acc354a18. jpg

МОСКВА, 22 апр – РИА Новости. Сила магнитного поля Земли резко меняется каждые десять лет из-за существования внутри ядра планеты особых турбулентных волн, “взбалтывающих” его материю при достижении границы с мантией. Об этом пишут французские и датские геологи в журнале Nature Geoscience.Ядро нашей планеты, как сегодня считают ученые, состоит из двух слоев – твердого металлического ядра в центре, и окружающего его слоя из жидкого железа и никеля. Эта металлическая “жидкость” не стоит на месте, а постоянно движется, подобно воде в кипящем чайнике, и это движение порождает магнитное поле, защищающее жизнь на Земле от космических лучей, вспышек на Солнце и других опасных космических феноменов. То, как происходит это движение, сегодня никто не знает, так как заглянуть в ядро Земли, используя сейсмические приборы, фактически невозможно, из-за чего ученым приходится изучать его тайны при помощи математических моделей и лабораторных опытов по воспроизведению условий в ядре при помощи сверхмощных прессов и наковален. Недавно ученые обнаружили, что ядро Земли крайне неоднородно по своей структуре, что заставило их подозревать, что внутри него есть не два, а три слоя. Еще две группы геологов обнаружили необычные “пузыри” из железа, которые поднимаются из ядра в мантию, а также нашли следы существования своеобразных “реактивных потоков” железа внутри него.Жульен Обер (Julien Obert) из Института физики Земли в Париже (Франция) и его коллега Кристофер Финлэй (Christopher Finlay) из Технического университета Дании в Люнгбю изучали еще одну странную черту ядра Земли, открытую в конце прошлого века.До этого времени ученые считали, что магнитное поле планеты слабеет или усиливается достаточно медленными темпами, почти незаметными для наших приборов. В 1978 году ситуация резко изменилась, когда первые точные геомагнитные приборы зафиксировали, что скорость этих изменений выросла на несколько порядков. Примерно через год этот “рывок” прекратился и магнитное поле пришло в норму, однако нечто похожее повторилось в следующем десятилетии. В общей сложности, за последние полвека ученые зафиксировали десять подобных событий, природа которых, как и их влияние на силу поля и миграции полюсов, до сих пор остается предметом споров среди геологов.Финлэй и Обер нашли объяснение их появлению, изучая данные, записанные во время последних трех геомагнитных рывков, произошедших в 2007, 2011 и 2014 годах, и анализируя выводы их недавних попыток объяснить то, как переворачиваются полюса Земли.Тогда ученые предположили, что периодические временные или постоянные смены полюсов планеты были связаны с существованием особых колебаний внутри него, так называемых “динамо-волн”. Они движутся от экватора к полюсам и перестраивают магнитную структуру ядра с определенной периодичностью.Нечто похожее, как заметили геофизики, происходит и в момент появления “геомагнитных рывков”. Сильнее всего они проявляют себя в окрестностях экватора планеты, где появляются зоны, в которых сила магнитного поля особенно сильно росла или падала. Это натолкнуло их на мысль, что подобные аномалии могут порождать какие-то глубинные волны внутри ядра, связанные с тем, что Земля вращается вокруг своей оси. Руководствуясь этой идеей, ученые создали очень детальную компьютерную модель его материи, при помощи которой они просчитали, как будут возникать и двигаться подобные колебания. Для проведения этих расчетов Оберу и Финлэю понадобился мощный суперкомпьютер и 4 миллиона часов машинного времени, однако эти затраты оправдали себя.Оказалось, что геомагнитные рывки появлялись в подобной системе сами по себе благодаря тому, что волны, возникавшие в центральных регионах ядра, постепенно замедляли движение и усиливались по мере их приближения к его границе с мантией. Когда они достигали этой зоны, эти колебания особым образом “взбалтывали” его материю, что приводило к резкому усилению или ослаблению магнитного поля.Как надеются ученые, результаты их расчетов и компьютерная модель помогут точно установить ту роль, которую геомагнитные рывки играют в эволюции магнитного поля Земли и в перевороте ее полюсов.

https://ria.ru/20180521/1520996960.html

https://ria.ru/20121212/914551302.html

https://ria. ru/20161108/1480908244.html

париж

дания

земля

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

2019

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

Новости

ru-RU

https://ria.ru/docs/about/copyright.html

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

https://cdnn21.img.ria.ru/images/155294/58/1552945813_0:164:1338:1168_1920x0_80_0_0_a39c568c48dd665f5bccb2fb80039ee6.jpg

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

РИА Новости

[email protected] ru

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

париж, дания, открытия – риа наука, геология, земля

МОСКВА, 22 апр – РИА Новости. Сила магнитного поля Земли резко меняется каждые десять лет из-за существования внутри ядра планеты особых турбулентных волн, “взбалтывающих” его материю при достижении границы с мантией. Об этом пишут французские и датские геологи в журнале Nature Geoscience.

“Магнитное поле Земли не постоянно, на его силу влияют как медленные, так и быстрые колебания. К примеру, медленный круговорот расплавленных пород в ядре не только порождает это поле, но и отвечает за колебания в его силе, которые длятся столетиями. При этом существуют и очень резкие колебания, так называемые геомагнитные рывки, чья продолжительность не превышает и года”, — пишут ученые.

Ядро нашей планеты, как сегодня считают ученые, состоит из двух слоев – твердого металлического ядра в центре, и окружающего его слоя из жидкого железа и никеля. Эта металлическая “жидкость” не стоит на месте, а постоянно движется, подобно воде в кипящем чайнике, и это движение порождает магнитное поле, защищающее жизнь на Земле от космических лучей, вспышек на Солнце и других опасных космических феноменов.

То, как происходит это движение, сегодня никто не знает, так как заглянуть в ядро Земли, используя сейсмические приборы, фактически невозможно, из-за чего ученым приходится изучать его тайны при помощи математических моделей и лабораторных опытов по воспроизведению условий в ядре при помощи сверхмощных прессов и наковален.

21 мая 2018, 14:12НаукаГеолог выяснил, почему магнитное поле Земли “бежит” на запад

Недавно ученые обнаружили, что ядро Земли крайне неоднородно по своей структуре, что заставило их подозревать, что внутри него есть не два, а три слоя. Еще две группы геологов обнаружили необычные “пузыри” из железа, которые поднимаются из ядра в мантию, а также нашли следы существования своеобразных “реактивных потоков” железа внутри него.

Жульен Обер (Julien Obert) из Института физики Земли в Париже (Франция) и его коллега Кристофер Финлэй (Christopher Finlay) из Технического университета Дании в Люнгбю изучали еще одну странную черту ядра Земли, открытую в конце прошлого века.

До этого времени ученые считали, что магнитное поле планеты слабеет или усиливается достаточно медленными темпами, почти незаметными для наших приборов. В 1978 году ситуация резко изменилась, когда первые точные геомагнитные приборы зафиксировали, что скорость этих изменений выросла на несколько порядков. Примерно через год этот “рывок” прекратился и магнитное поле пришло в норму, однако нечто похожее повторилось в следующем десятилетии.

В общей сложности, за последние полвека ученые зафиксировали десять подобных событий, природа которых, как и их влияние на силу поля и миграции полюсов, до сих пор остается предметом споров среди геологов.

Финлэй и Обер нашли объяснение их появлению, изучая данные, записанные во время последних трех геомагнитных рывков, произошедших в 2007, 2011 и 2014 годах, и анализируя выводы их недавних попыток объяснить то, как переворачиваются полюса Земли.

12 декабря 2012, 22:00НаукаЯдро пускает железные “пузыри” в верхнюю мантию Земли, выяснили ученыеЛитосфера Земли состоит из трех основных слоев – земной коры, мантии и ядра. В составе мантии ученые выделяют две части – верхнюю и нижнюю. Изучение ядра и слоев мантии “напрямую” невозможно на практике из-за большой глубины, на которой залегают их породы.

Тогда ученые предположили, что периодические временные или постоянные смены полюсов планеты были связаны с существованием особых колебаний внутри него, так называемых “динамо-волн”. Они движутся от экватора к полюсам и перестраивают магнитную структуру ядра с определенной периодичностью.

Нечто похожее, как заметили геофизики, происходит и в момент появления “геомагнитных рывков”. Сильнее всего они проявляют себя в окрестностях экватора планеты, где появляются зоны, в которых сила магнитного поля особенно сильно росла или падала. Это натолкнуло их на мысль, что подобные аномалии могут порождать какие-то глубинные волны внутри ядра, связанные с тем, что Земля вращается вокруг своей оси.

Руководствуясь этой идеей, ученые создали очень детальную компьютерную модель его материи, при помощи которой они просчитали, как будут возникать и двигаться подобные колебания. Для проведения этих расчетов Оберу и Финлэю понадобился мощный суперкомпьютер и 4 миллиона часов машинного времени, однако эти затраты оправдали себя.

Оказалось, что геомагнитные рывки появлялись в подобной системе сами по себе благодаря тому, что волны, возникавшие в центральных регионах ядра, постепенно замедляли движение и усиливались по мере их приближения к его границе с мантией. Когда они достигали этой зоны, эти колебания особым образом “взбалтывали” его материю, что приводило к резкому усилению или ослаблению магнитного поля.

Как надеются ученые, результаты их расчетов и компьютерная модель помогут точно установить ту роль, которую геомагнитные рывки играют в эволюции магнитного поля Земли и в перевороте ее полюсов.

8 ноября 2016, 18:00НаукаГеологи выяснили, что переворачивает магнитные полюса ЗемлиШвейцарские и датские геологи полагают, что магнитные полюса периодически меняются местами из-за необычных волн внутри жидкого ядра планеты, периодически перестраивающих его магнитную структуру при движении от экватора к полюсам.

Магнитное поле Земли — урок. Физика, 8 класс.

При ориентировании на местности альпинисты, туристы, путешественники пользуются компасом для определения сторон света. Действие компаса основано на ориентации магнитной стрелки вдоль линий магнитного поля Земли.

Планета Земля является большим магнитом. Южный магнитный полюс Земли находится вблизи Северного географического полюса Земли, поэтому северный полюс компаса притягивается к Южному магнитному полюсу Земли и приблизительно указывает на Северный географический полюс.

Магнитные полюса Земли перемещаются из-за внутренних геомагнитных процессов внутри ядра.

Компас (итал. compassio) — устройство для определения географических полюсов путём ориентирования вдоль линий магнитного поля Земли.

 

Рис. \(1\)

 

На рис. \(2\) изображена интенсивность линий магнитного поля Земли, которые выходят из Северного магнитного полюса, который приблизительно совпадает с Южным географическим полюсом. Линии входят в Южный магнитный полюс Земли.

Положения полюсов постоянно смещаются по причине изменения положения оси, соединяющей магнитные полюса, относительно оси, проходящей через географические полюса.

 

Рис. \(2\)

 

Географические полюсы Земли не совпадают с её магнитными полюсами.

Примерные отклонения магнитные стрелки от географического меридиана составляют \(10°\). По компасу мы определяем направление на север.

Электромагнитные возмущения на Солнце вызывают магнитные бури на Земле. Это явление отражается на показаниях приборов, в том числе, и на компасе (рис. \(3\)).

 

Рис. \(3\)

 

При нарастании солнечной активности (этот процесс цикличен и повторяется с периодичностью 11 лет) с поверхности Солнца выбрасываются потоки заряженных частиц (рис. \(4\)), что вызывает изменение в магнитном поле Земли и может вызвать магнитную бурю.

 

Рис. \(4\)

 

Надо отметить, что на земле существуют территории, в которых направление магнитной стрелки компаса не совпадает с направлением магнитных линии магнитного поля Земли.

Магнитная аномалия (от греч. ανωμαλία — ненормальность) — область поверхности, на которой значение или направление вектора магнитного поля значительно отличается от соседних областей.

Курская магнитная аномалия (КМА) — крупнейший по запасам железной руды район в мире. Впервые на отклонение магнитной стрелки под Курском обратил внимание учёный-астроном академик Пётр Борисович Иноходцев в \(1773\) году.

Магнитные аномалии есть в Бразилии, а также в Южно-Африканской Республике и других местах.

Если залежи железной руды располагаются близко к поверхности земли, то они способны вызывать отклонение магнитной стрелки компаса, что и является признаком аномалии.

 

Рис. \(5\)

 

Ученые пока не могут объяснить, почему у Земли есть магнитное поле. На данный момент выяснено, что в земной коре, а также в верхних слоях атмосферы существуют разнообразные электрические токи, которые оказывают воздействие на изменения магнитного поля Земли.

 

Магнитное поле Земли защищает все живое от воздействия космического излучения (той его части, которая состоит из заряженных частиц). Ученые установили, что Луна не имеет магнитного поля. Магнитное поле Меркурия в 100 раз слабее земного, а поле Юпитера сильнее земного в 10 раз.

Существует предположение, что у Луны могло быть магнитное поле. Такую гипотезу выдвинули планетологи после изучения намагниченности лунного грунта из кратера Дюна в районе Моря Дождей, доставленного миссией “Апполон-15” в \(1971\) году.

Магнитное поле Земли может изменяться в десять раз быстрее ожидаемого

Геофизики из Лидского университета и Калифорнийского университета в Сан-Диего показали, что изменение направления магнитного поля Земли может происходить в десять раз быстрее, чем считалось ранее. Статья с результатами исследования опубликована в журнале Nature Communications.

Наше магнитное поле генерируют и поддерживают конвективные потоки расплавленного металла, который образует внешнее ядро Земли. Движение жидкого железа создает электрические токи, которые питают магнитное поле. Оно не только позволяет работать навигационным системам, но и защищает людей от вредного космического излучения и не позволяет нашей атмосфере улетучиться в космос.

Магнитное поле постоянно меняется. Сегодня спутники позволяют измерять и отслеживать его характеристики, однако гораздо более важны долгосрочные изменения магнитного поля, которые происходили на протяжении тысяч лет — задолго до того, как люди изобрели датчики для его регистрации. Чтобы понять эволюцию этой защитной «оболочки», исследователям необходимо анализировать магнитные поля с помощью различных пород, лавовых потоков и прочих свидетельств. Однако эти методы не позволяют достаточно точно оценить скорость изменения положения магнитных полюсов и другие характеристики магнитного поля планеты.

Авторы нового исследования использовали другой подход. Они объединили компьютерное моделирование процесса генерации поля с реконструкцией изменения магнитного поля Земли за последние 100 тысяч лет. В результате исследователи показали, что на самом деле поле нашей планеты изменилось за это время в десять раз быстрее, чем считалось ранее.

Такие быстрые изменения, согласно расчетам исследователей, связаны с локальным ослаблением магнитного поля. Это означает, что эти изменения, как правило, происходили во времена, когда поле меняло полярность, или во время геомагнитных отклонений, когда ось, соответствующая силовым линиям магнитного поля, перемещалась далеко от расположения Северного и Южного географических полюсов.

Самый яркий пример этого явления — резкое изменение направления геомагнитного поля примерно на 2,5° в год 39 тысяч лет назад. Этот сдвиг был связан с локально слабой напряженностью поля в регионе недалеко от западного побережья Центральной Америки. Подобные события выявляются при компьютерном моделировании. С его помощью можно выявить гораздо больше деталей физических свойств магнитного поля, чем при традиционной палеомагнитной реконструкции.

Тюменский индустриальный университет » Профессор Аркадий Дмитриев о природе магнитного поля Земли

Профессор Аркадий Дмитриев о природе магнитного поля Земли

26.04.2021

В Год науки и технологий мы продолжаем рассказывать об известных профессорах и молодых учёных ТИУ, чьи имена прославляют университет на весь мир, об их уникальных разработках.

Согласно плану научных мероприятий и заявленной темой апреля «Освоение космоса», мы публикуем в рубрике «Интеллектуальный марафон «Люди, посвятившие себя науке» статью о профессоре Аркадии Дмитриеве и его исследованиях по созданию термоэлектрической модели магнитного поля Земли.

В научных кругах Аркадий Дмитриев известен как специалист в области наук о Земле. В середине восьмидесятых годов ХХ века он разработал технологию поиска месторождений нефти и газа геофизическим методом. Эта технология ему помогла открыть северо-восточную часть нефтяного Приобского месторождения. Также он предложил  элементы теории электрохимического образования сульфидных руд, повысив тем самым эффективность поисков и расшифровку генезиса гидротермальных месторождений. Метод Дмитриева стал основополагающим и был рекомендован для распространения по всему Советскому Союзу.

Последние пять лет доктор геолого-минералогических наук, профессор кафедры Прикладной геофизики ТИУ Аркадий Дмитриев работает над научно-экспериментальными исследованиями по созданию термоэлектрической модели магнитного поля Земли и других планет Солнечной системы.

Термоэлектрическая модель магнитного поля Земли Дмитриева

В 1915 году Альберт Энштейн выделил пять вопросов, важных для учёных всего мира, один из них – изучение магнитного поля Земли. Если кто-то изучит, освоит, поймёт это явление – это будет невероятное событие в науке, говорил он.

Впервые объяснить существование магнитных полей Земли и Солнца попытался Дж. Лармор в 1919 году, предложив концепцию динамо, согласно которой поддержание магнитного поля небесного тела происходит под действием гидродинамического движения электропроводящей среды.

Сорок с лишним лет Аркадий Дмитриев изучал все модели, предложенные американскими, европейскими, японскими специалистами в области магнитного поля. Термоэлектрическая модель Дмитриева, по его словам, достаточно проста, теория базируется на эффекте Зеебека и предусматривает направленное движение электрических токов в металлическом ядре Земли.

«Я взял в проработку все физические процессы, которые присутствуют в космосе. Наткнулся на эффект Зеебека, который заключается в том, что если к металлу (пруту) приложить с одной стороны свечку, с другой холод, то по нему побежит электрический ток, — рассказывает Аркадий Николаевич. — Я начал размышлять. Необходимые условия создаются в ядре Земли, состоящем в основном из железа и никеля при температуре порядка 4-6 тысяч кельвинов. Прикладываем эффект Зеебека – раз металл есть, значит, при разности температур электроны должны двигаться направленно от горячо нагретой части ядра к его  более холодной, вследствие чего возникает электрический ток, который и приводит к возникновению магнитного поля».

Совмещение Закона термодинамики и эффекта Зеебека позволило учёному вывести и предложить первоначальную модель, на разработку механизма которой  было потрачено еще много лет. Многие промежуточные достижения он подтверждал открытиями других учёных.

 Откуда у Земли магнит

Магнитное поле защищает поверхность Земли от солнечного ветра и вредного космического излучения. При отсутствии магнитного поля наша атмосфера разрушилась бы. Как формируется магнитное поле и откуда в Земле магнит, профессор Дмитриев поясняет: «Меня всегда интересовали физические поля нашей планеты, тем более я как геофизик обязан применять гравитационное,  магнитное, тепловое поля на практике с помощью приборов. В 70-е годы прошлого столетия меня заинтересовала книга японского астрофизика по электромагнитному полю Земли. Итальянский учёный Анзелини открыл интересное явление – теоретически рассчитал и обнаружил, что внутреннее ядро, состоящее из двух частей: внешнего – расплавленного и внутреннего – твёрдого, постепенно остывает. Другие учёные подтвердили динамику температуры. Ядро находится в динамическом температурном режиме, следовательно, обязательно должны появиться термоэлектрические токи в ядре, причем направленные».

Почему на Земле меняются полюса магнитного поля

Земля меняет свои магнитные полюса местами – северный становится южным, и наоборот. Инверсии магнитного поля происходили через интервалы времени от десятков тысяч лет до огромных промежутков спокойного магнитного поля в десятки миллионов лет, когда инверсии не происходили. В настоящее время северный полюс, по словам профессора Дмитриева, стремительно движется от Канады в сторону России, в то время как южный остаётся малоподвижным.

«Эти процессы циклические и неуправляемые. Всё зависит от внутренних свойств планеты. В представлении обывателя ось жёсткая, следовательно, полюсы должны стоять на месте, — говорит Аркадий Николаевич. — Я доказал обратное. Магнитная ось не является жёсткой, она гибкая и связана с неоднородным распределением электронов за счёт асимметрии центробежной силы. Наша Земля наклонена к орбите, и если посмотреть на ее разрезы, параллельные эклиптике, то можно заметить, что западная часть северного полушария и восточная часть южного полушария более подвержены влиянию центробежной силы. Таким образом,  происходит оттягивание электронов от оси вращения планеты, в результате чего образуется смещенная примерно на 110 «пустота» — некоторое разреженное от электронов пространство. Этот канал обеспечивает более легкий выход наружу планеты полоидальному (внешнему, дипольному) магнитному полю, порождаемому тороидальным магнитным полем (внутренним), создаваемым внутри ядра термоэлектрическими токами Земли. Следовательно, полоидальное поле и есть магнитное поле нашей Земли.

Проблему смены полюсов Дмитриев объяснил через реверс токов, который происходит от холодной части ядра к более нагретой и, наоборот, за счет их поочередного перегрева джоулевым теплом. Тем самым, он нашёл ответы на вопросы, на которые теория магнитогидродинамо, разрабатываемая на протяжении ста лет, не может доказательно ответить. Также за счет гибкости магнитной оси удается объяснить и ее другие механизмы – экскурсы, джерки.

Материалы на тему научно-экспериментальных исследований по созданию термоэлектрической модели магнитного поля Земли и других планет Солнечной системы Аркадий Дмитриев начал публиковать с 2016 года, больше в зарубежных изданиях. Обоснованность этой модели привлекает ученых, в связи с чем к нему поступают запросы на публикацию статей от редакций ряда журналов Японии, Швейцарии, Швеции, Испании, Финляндии.

«На ближайшее будущее планирую провести лабораторные исследования этого планетарного события. Надеюсь на  содружество с научными коллективами, занимающимися подобными задачами и имеющими техническую базу для реализации лабораторного проекта», — отметил Аркадий Дмитриев.

1 мая Аркадий Дмитриев отметит свой 83 день рождения. Он полон сил и идей. Пожелаем же ему крепкого здоровья, долгих лет жизни и новых достижений на благо отечественной науки!

 

Отдел медиа и внешних коммуникаций

Вконтакте

Facebook

Twitter

Google+

Магнитный полюс Земли быстро движется в сторону России. Что происходит?

  • Николай Воронин
  • Корреспондент по вопросам науки

Автор фото, NOAA NCEI

Северный магнитный полюс нашей планеты движется от арктического побережья Канады в сторону российского архипелага Северная Земля.

Причем происходит это настолько быстро, что ученым пришлось в экстренном порядке выпускать новую версию Всемирной магнитной модели (WMM), на которой основана вся современная навигация – от систем управления морскими судами до карт Google в вашем смартфоне.

Обычно WMM обновляется раз в пять лет, и в последний раз это происходило три с половиной года назад. Однако в конце 2018 года магнитный полюс пересек международную Линию перемены дат и “официально” переместился в Восточное полушарие.

Почему это важно?

Дело в том, что географический Северный полюс – ничем не примечательная точка нашей планеты (с точки зрения физики), и навигационные системы определяют его местонахождение относительно магнитного полюса, который легко находится с помощью компаса.

Таким образом, смещение магнитного полюса приводит к искажениям при построении маршрутов. И если для жителя Москвы, Лондона или Новосибирска это не имеет особого значения, то для навигации в Заполярье такая ошибка может оказаться крайне опасной.

Например, Всемирная магнитная модель является основным ориентиром для военных кораблей и самолетов, которые из-за ошибки могут случайно зайти в чужое водное или воздушное пространство и спровоцировать дипломатический скандал.

Торговые и пассажирские суда также строят маршруты на основе WMM, но последствия их отклонения от заданного курса обычно не столь драматичны.

Автор фото, NOAA NCEI

Подпись к фото,

Текущее положение магнитного полюса отмечено звездочкой

Кроме того, “официальная” магнитная модель задает координаты для подлодок, коммерческих авиалиний, а также космических спутников, поисково-спасательных операций и так далее.

Например, на ее основе присваиваются номера взлетно-посадочным полосам. С момента постройки аэропорта в Денвере – крупнейшего в Северной Америке – магнитный полюс сместился относительно географического уже на 2,5 градуса.

Что происходит?

По всей видимости, изменения происходят во внешнем ядре нашей планеты, однако ученые знают о нем довольно мало. Предположительно, оно состоит из железо-никелевого сплава, который находится в жидком состоянии и движется, образуя магнитное поле.

О том, что магнитный полюс непрерывно движется, нам было известно и раньше – с тех пор как в 1831 году его впервые замерил британский моряк и исследователь Джеймс Кларк Росс, на острове Бутия в Канадском архипелаге.

В 2001 году он “покинул территорию” Канады и стал двигаться дальше в северном направлении – но не напрямую к географическому полюсу, а немного отклоняясь на запад.

В 2018 году, как уже было сказано, он пересек Линию перемены дат, переместившись в Восточное полушарие, и теперь продолжает движение в сторону России.

“Похоже, что местонахождение северного магнитного полюса определяется двумя весьма масштабными участками магнитного поля – одно находится под Канадой, а другое под Сибирью”, – цитирует журнал Nature британского профессора-геомагнетика Фила Ливермора.

“И сибирский участок в этом соревновании выигрывает”, – заключает профессор.

Что такое магнитное поле Земли?

Вы не можете его увидеть, но вокруг Земли есть невидимое силовое поле. Ладно, не именно силовое поле, а гигантское магнитное поле, окружающее Землю, и оно действует как силовое поле, защищая планету – и все живое – от космического излучения. Давайте посмотрим на магнитное поле Земли.

Земля подобна огромному большому магниту. Северный полюс магнита находится около вершины планеты, около географического северного полюса, а южный полюс – около географического южного полюса.Силовые линии магнитного поля простираются от этих полюсов на десятки тысяч километров в космос; это магнитосфера Земли.

Географические полюса и магнитные полюса находятся настолько далеко друг от друга, что ученые различают их по-разному. Если бы вы могли провести линию между северным и южным магнитными полюсами, вы бы получили магнитную ось, наклоненную на 11,3 градуса от оси вращения Земли. И эти магнитные полюса, как известно, перемещаются по поверхности, перемещаясь на целых 15 км каждый год.

Ученые считают, что магнитное поле Земли создается электрическими токами, протекающими в жидком внешнем ядре глубоко внутри Земли. Хотя это жидкий металл, он движется за счет процесса, называемого конвекцией. А движение металла в сердечнике создает токи и магнитное поле.

Как я уже упоминал в начале этой статьи, магнитное поле Земли защищает планету от космического излучения. Самый большой виновник – солнечный ветер Солнца. Это сильно заряженные частицы, выброшенные из Солнца постоянным ветром.Магнитосфера Земли направляет солнечный ветер вокруг планеты, так что он не влияет на нас. Без магнитного поля солнечный ветер разделил бы нашу атмосферу – вероятно, именно это и произошло с Марсом. Солнце также выделяет огромное количество энергии и материала в корональных выбросах массы. Эти КВМ отправляют в космос град радиоактивных частиц. И снова магнитное поле Земли защищает нас, уводя частицы от планеты и уберегая нас от облучения.

Магнитное поле Земли меняет свое направление на противоположное примерно каждые 250 000 лет. Северный магнитный полюс становится южным, и наоборот. У ученых нет четкой теории о том, почему происходят развороты. Одно интересное замечание заключается в том, что нам давно пора изменить ситуацию. Последнее произошло около 780 000 лет назад.

Мы написали много статей о Земле для Вселенной сегодня. Вот статья о том, что инверсия геомагнитного поля не означает конец света в 2012 году, а также статья о том, как солнечная буря сжала атмосферу Земли.

Хотите больше ресурсов на Земле? Вот ссылка на страницу НАСА “Полеты человека в космос”, а здесь – “Видимая Земля” НАСА.

Мы также записали эпизод Astronomy Cast о Земле в рамках нашего тура по Солнечной системе – Эпизод 51: Земля.

Ссылка:
НАСА: Меняется ли магнитное поле Земли?

Как это:

Нравится Загрузка …

Что создает магнитное поле Земли?

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

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

Напротив, магнитное поле Земли вызвано динамо-эффектом.

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

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

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

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

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

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

.

Получайте свежие научные рассказы прямо на свой почтовый ящик.

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

Вишну Варма Р.

Веджаян

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

Читайте научные факты, а не беллетристику …

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

Магнитное поле Земли

Магнитное поле Земли похоже на что из стержневого магнита наклонен на 11 градусов от ось вращения Земной шар. Проблема с этой картинкой заключается в том, что температура Кюри железо около 770 С. Ядро Земли горячее, чем это, и, следовательно, не магнитный. Так как же Земля получила свое магнитное поле?

Магнитные поля окружают электрические токи, поэтому мы предполагаем, что циркулирующие электрические токи в расплавленном металлическом ядре Земли являются источником магнитного поля.Токовая петля дает поле, подобное земному. Величина магнитного поля, измеренная на поверхности Земли, составляет примерно половину Гаусса и падает в сторону Земли в северном полушарии. Величина колеблется на поверхности Земли в пределах от 0,3 до 0,6 Гаусс.

Магнитное поле Земли объясняется динамо-эффектом циркулирующего электрического тока, но оно не является постоянным по направлению.Образцы горных пород разного возраста в одинаковых местах имеют разное направление постоянной намагниченности. Сообщалось о 171 инверсии магнитного поля за последние 71 миллион лет.

Хотя детали динамо-эффекта подробно не известны, вращение Земли играет роль в генерировании токов, которые, как предполагается, являются источником магнитного поля. Маринер-2 обнаружил, что Венера не имеет такого магнитного поля, хотя содержание железа в ее ядре должно быть таким же, как и на Земле.Период вращения Венеры в 243 земных дня слишком медленный, чтобы вызвать эффект динамо.

Взаимодействие магнитного поля Земли с частицами солнечного ветра создает условия для явлений полярных сияний вблизи полюсов.

Северный полюс стрелки компаса – это северный магнитный полюс. Его привлекает географический Северный полюс, который является южным магнитным полюсом (притягиваются противоположные магнитные полюса).

Магнитное поле Земли: что произойдет, если полюса перевернутся?

Что вызывает магнитное поле Земли?

Магнитные поля создаются движущимися электрическими зарядами.В стержневом магните движущиеся заряды – это электроны, вращающиеся вокруг атомов. На Земле это электроны, переносимые циркулирующими токами расплавленного железа.

Детали не совсем понятны. Но, по сути, горячий материал во внешнем ядре Земли из жидкого железа расширяется, становясь менее плотным, чем его окружение, и поэтому поднимается вверх. Остывая и становясь менее плотным, он должен снова опуститься. Но вращение Земли препятствует этому.

Следовательно, жидкость циркулирует вокруг сердцевины, и трение между ее различными слоями заряжает их – точно так же, как пластиковая гребенка трется о нейлоновый свитер.Именно эти движущиеся заряды создают магнитное поле Земли.

Таким образом, для планетарного магнетизма необходимы два требования: жидкое ядро ​​и вращение. Мы знаем это, потому что Венера, хотя и размером примерно с Землю, практически не имеет магнитного поля. Планета имеет жидкое ядро, но вращается медленно – всего раз в 243 земных дня.

Почему движутся магнитные полюса Земли?

© Алами

Хотя магнитное поле Земли очень похоже на магнитное поле стержневого магнита с северным и южным полюсами, оно не так стабильно, поскольку создается сложными процессами внутри Земли. Это заставляет магнитные полюса блуждать.

Исторически Северный полюс перемещался примерно на 15 километров в год. Но с 1990-х годов он ускорился и теперь движется со скоростью около 55 километров в год в сторону Сибири. Это предположение, но это может предвещать «инверсию магнитного поля», при которой северный и южный магнитные полюса меняют свое положение. Это произошло 171 раз за последние 71 миллион лет – и нам уже давно пора сделать переворот.

Модели магнитного поля Земли, основанные на спутниковых наблюдениях, показали, что нынешнее блуждание является результатом битвы между «каплями» необычно интенсивных магнитных полей глубоко внутри планеты.Что касается переворота магнитного поля Земли, никто не знает на 100 процентов, почему это происходит.

Что произойдет, если магнитное поле исчезнет?

© Getty Images

Ученые обнаружили инверсию магнитного поля, измерив магнитное поле по обе стороны среднеатлантических хребтов, из которых расплавленная порода вырывается, как зубная паста из тюбика. По мере того, как он затвердевает, его кристаллы выравниваются по направлению магнитного поля Земли в то время, оставляя «магнитную запись» инверсий.

Считается, что инверсии происходят от 1000 до 10 000 лет, в течение которых поле сжимается до нуля, прежде чем снова расти с противоположной полярностью. Поэтому были времена – может быть, даже столетия – когда у Земли практически не было магнитного поля.

Это опасно для жизни, поскольку магнитное поле планеты простирается далеко в космос и создает защитный пузырь вокруг Земли, защищая поверхность планеты от урагана частиц солнечного ветра и частиц космических лучей более высокой энергии из глубокого космоса. .

Обычно они безопасно спускаются вниз на полюсах, создавая полярные сияния. Без защитного поля такое смертоносное излучение увеличило бы скорость мутаций живых клеток, что привело бы к раку у животных. Тем не менее, жизнь пережила большое количество таких событий и прежде не была уничтожена.

Насколько стабильно магнитное поле Земли?

© Getty Images

Тот факт, что магнитное поле Земли зависит от электрических токов, переносимых расплавленным материалом, циркулирующим в турбулентных недрах планеты, означает, что оно по своей природе изменчиво, как демонстрирует нынешнее блуждание северного магнитного полюса (южный магнитный полюс, к удивлению, не блуждающий настолько быстро).

Но что примечательно, так это то, что магнитное поле, создаваемое такими сильными внутренними конвульсиями, относительно стабильно в 99,9% случаев. Именно стабильность магнитного поля Земли и надежность обеспечиваемой им защиты позволили жизни на Земле существовать как минимум 3,8 миллиарда лет.

Как животные используют магнитное поле для навигации?

© Getty Images

Многие существа демонстрируют замечательные навыки мореплавания.Поэтому возникло подозрение, что они обладают каким-то магнитным чутьем, что позволяет им обнаруживать силовые линии магнитного поля между полюсами. Однако точно определить механизм оказалось непросто. Но в 2021 году японские ученые добились прогресса, исследуя процесс, открытый много лет назад.

В 1970-х Ричард Блейкмор, аспирант из США, наблюдал одноклеточные организмы, текущие в фиксированном направлении в илистом пруду, и показал, что они реагируют на магнитное поле.Позже биологи обнаружили, что такие одноклеточные организмы содержат крошечные мешочки с магнитным оксидом железа или сульфидом железа.

Нобору Икея и Джонатан Вудворд из Токийского университета показали, что магнитное поле вызывает химические изменения, которые могут влиять на поведение клеток. Они достигли этого с помощью клеточного химического вещества, которое флуоресцирует в зависимости от внешнего магнитного поля. Когда они размахивали магнитом возле клеток, химическое вещество тускнело до 3,5%.

Подробнее:

Открытие магнитного поля Земли / Магнитное поле Земли / Земля и морские науки о Земле / Наша наука / На главную

Тенденция магнита выстраиваться в направлении север-юг, давая магнитный компас, была открыта китайцами около 2000 лет назад.Несколько сотен лет спустя они обнаружили, что магнитный север, на который указывает компас, не обязательно совпадал с истинным севером. Горизонтальный угол между ними известен как склонение, и китайцы также обнаружили, что этот угол меняется со временем.

Магнитный компас прибыл в Европу в двенадцатом веке и оказался ценным помощником в океанской навигации. К шестнадцатому веку склонение измерялось в разных местах, так что направление компаса можно было корректировать для более точной навигации.Также в этом столетии Георг Хартманн и Роберт Норман независимо друг от друга открыли магнитное наклонение, угол между магнитным полем и горизонталью. Затем в 1600 году Уильям Гилберт опубликовал книгу «Де Магнет», в которой пришел к выводу, что Земля ведет себя как гигантский магнит.

Как создается магнитное поле?

С тех пор прошло почти четыреста лет, чтобы создать убедительную теорию того, как создается это магнитное поле. Постепенно стало очевидно, что очевидная теория о том, что Земля состоит из магнитных горных пород, неверна, поскольку горные породы теряют свой магнетизм при температурах, обнаруживаемых на любой значительной глубине Земли.Фурье-анализ показывает, что магнитные вариации на поверхности Земли состоят в основном из коротковолновых вариаций (<200 км), вызванных поверхностными породами, и длинноволновых вариаций (> 5000 км), обусловленных основным полем Земли.

Лармор предположил в 1919 году, что самовозбуждающее динамо может объяснить магнитное поле Земли, а также Солнца и других звезд, но именно Эльзассер и Буллард в 1940-х годах показали, как движение в жидком ядре Земля может создавать самоподдерживающееся магнитное поле.К этому времени сейсмология и другие исследования дали более четкое представление о Земле, имеющей твердое внутреннее ядро, жидкое внешнее ядро, причем оба они состоят из металла (в основном железа), чем скальной породы, и скалистой мантии, все ниже тонкая корка, это все, что мы можем непосредственно увидеть. Энергия радиоактивности распространяется наружу в виде тепла, вызывая тепловую конвекцию в активной зоне. Кажется, что эта конвекция является причиной магнитного поля Земли, хотя наши знания о ядре и его динамике отрывочны.Наши знания ограничиваются утверждением, что режимы потока, подобные тем, которые могут возникать в ядре, могут создавать самоподдерживающиеся динамо с характеристиками, аналогичными тем, которые необходимы для создания магнитного поля Земли.

Динамо Земли нестабильно, как показывают перемагничивание, когда полярность всего магнитного поля меняется. Они были постоянной чертой истории Земли, последние около 500 000 лет назад. Фактически, некоторые изменения магнитного поля, наблюдаемые на поверхности Земли с периодом в год или два (магнитные рывки), могут быть вызваны изменениями в динамо-машине, хотя это все еще обсуждается.

Можем ли мы предсказать магнитные значения?

Важность этого состоит в том, что мы не можем точно предсказать магнитные значения. Мы можем описать текущее поле на основе обсерваторий и спутниковых измерений и то, как оно изменилось по сравнению с предыдущим значением, которое рассчитывается на международном уровне на 5-летней основе, но, возможно, через 5 или 10 лет могут произойти изменения, которые мы не можем предвидеть. Таким образом, наши прогнозы несколько ненадежны.

Новое исследование открывает ключи к разгадке магнитного поля Земли: NewsCenter

22 января 2020 г.

Джон Тардуно и другие сотрудники его лаборатории собрали кристаллы циркона – самый старый из известных земных материалов – на объектах в Джек-Хиллз, Австралия.Цирконы содержат магнитные частицы, которые фиксируют намагниченность Земли в то время, когда они были сформированы, что позволяет исследователям построить временную шкалу магнитного поля Земли. Здесь Тардуно позирует на точном обнажении скал с самыми старыми цирконами. (Фото Рочестерского университета / Джон Тардуно)

Глубоко внутри Земли кружащееся жидкое железо создает защитное магнитное поле нашей планеты. Это магнитное поле невидимо, но жизненно важно для жизни на поверхности Земли: оно защищает планету от вредного солнечного ветра и космических лучей от солнца.

Учитывая важность магнитного поля, ученые пытались выяснить, как поле менялось на протяжении всей истории Земли. Эти знания могут дать ключ к пониманию будущей эволюции Земли, а также эволюции других планет Солнечной системы.

Новое исследование Университета Рочестера свидетельствует о том, что магнитное поле, которое сначала сформировалось вокруг Земли, было даже сильнее, чем считали ранее ученые. Исследование, опубликованное в журнале PNAS , поможет ученым сделать выводы об устойчивости магнитного щита Земли и о том, есть ли в Солнечной системе другие планеты с условиями, необходимыми для жизни.

«Это исследование кое-что говорит нам о формировании пригодной для жизни планеты», – говорит Джон Тардуно, Уильям Р. Кенан-младший, профессор Земли и наук об окружающей среде и декан отдела исследований в области искусства, науки и техники в Рочестере. «Один из вопросов, на который мы хотим ответить, заключается в том, почему Земля эволюционировала именно так, и это дает нам еще больше доказательств того, что магнитное экранирование было зарегистрировано очень рано на планете».

Магнитное поле Земли сегодня

Сегодняшний магнитный экран создается во внешнем ядре Земли. Сильный жар в плотном внутреннем ядре Земли заставляет внешнее ядро, состоящее из жидкого железа, вращаться и перемешиваться, генерируя электрические токи и вызывая явление, называемое геодинамо, которое питает магнитное поле Земли. На токи в жидком внешнем сердечнике сильно влияет тепло, исходящее из твердого внутреннего сердечника.

Из-за расположения и экстремальных температур материалов в сердечнике ученые не могут напрямую измерить магнитное поле. К счастью, минералы, которые поднимаются на поверхность Земли, содержат крошечные магнитные частицы, которые фиксируют направление и интенсивность магнитного поля в то время, когда минералы остывают из своего расплавленного состояния.

Используя новые палеомагнитные данные, данные электронного микроскопа, геохимические данные и данные о палеонапряженности, исследователи датировали и проанализировали кристаллы циркона – самые старые известные земные материалы, собранные в местах в Австралии. Цирконы, которые составляют около двух десятых миллиметра, содержат еще более мелкие магнитные частицы, которые фиксируют намагниченность земли в то время, когда формировались цирконы.

Кристаллы циркона имеют размер всего около двух десятых миллиметра и содержат еще более мелкие магнитные частицы.Здесь для масштабирования кристалл циркона изображен внутри буквы «О», напечатанной на десятицентовой монете. (Изображение Рочестерского университета / Джон Тардуно)

Магнитное поле Земли 4 миллиарда лет назад

Предыдущее исследование Тардуно показало, что магнитному полю Земли не менее 4,2 миллиарда лет, и оно существует почти столько же, сколько и сама планета. С другой стороны, внутреннее ядро ​​Земли появилось сравнительно недавно: согласно исследованию, опубликованному Тардуно и его коллегами ранее в этом году, оно сформировалось всего около 565 миллионов лет назад.

В то время как исследователи первоначально полагали, что магнитное поле Земли на раннем этапе было слабым, новые данные по циркону предполагают более сильное поле. Но поскольку внутреннее ядро ​​еще не сформировалось, сильное поле, которое первоначально возникло 4 миллиарда лет назад, должно быть, было задействовано другим механизмом.

«Мы думаем, что механизм – это химическое осаждение оксида магния внутри Земли», – говорит Тардуно.

Оксид магния, вероятно, был растворен из-за сильной жары, связанной с гигантским ударом, сформировавшим Землю.По мере охлаждения внутренней части Земли оксид магния может выпадать в осадок, вызывая конвекцию и геодинамо. Исследователи полагают, что внутренняя Земля в конечном итоге исчерпала источник оксида магния до такой степени, что магнитное поле почти полностью исчезло 565 миллионов лет назад.

Но формирование внутреннего ядра дало новый источник энергии для геодинамо и планетарного магнитного щита, который сегодня есть у Земли.

Магнитное поле на Марсе

«Это раннее магнитное поле было чрезвычайно важным, потому что оно экранировало атмосферу и удаление воды с ранней Земли, когда солнечные ветры были наиболее интенсивными», – говорит Тардуно.«Механизм генерации поля почти наверняка важен для других тел, таких как другие планеты и экзопланеты».

Например, ведущая теория гласит, что Марс, как и Земля, на раннем этапе своей истории обладал магнитным полем. Однако на Марсе поле коллапсировало и, в отличие от Земли, Марс не генерировал нового.

«Когда Марс потерял магнитную защиту, он потерял воду», – говорит Тардуно. «Но мы до сих пор не знаем, почему рухнула магнитная защита. Раннее магнитное экранирование действительно важно, но мы также заинтересованы в устойчивости магнитного поля.Это исследование дает нам больше данных в попытке выяснить набор процессов, которые поддерживают магнитный экран на Земле ».


Подробнее

Теги: Искусство и наука, Департамент наук о Земле и окружающей среде, Джон Тардуно, планеты, исследовательская находка

Категория : Наука и технологии

Weird Science: Магнитное поле Земли

Weird Science: Магнитное поле Земли | Маноа.hawaii.edu/ExploringOurFluidEarth Версия для печати

Пересекающиеся концепции NGSS:

Основные дисциплинарные идеи NGSS:

Магнитное поле – это трехмерная область вокруг магнита, в которой магнит действует на другие объекты. Невидимое магнитное поле простого стержневого магнита можно визуализировать, поместив вокруг него железные опилки (SF Рис. 7.5). Магнит воздействует на железные опилки, заставляя их двигаться и выравниваться с линиями магнитного поля магнита. У каждого магнита есть северный полюс (часто окрашенный в красный цвет и помеченный буквой «N») и южный полюс (часто окрашенный в синий цвет и помеченный буквой «S»). Противоположные магнитные полюса притягиваются друг к другу. Например, северный полюс одного магнита будет притягиваться к южному полюсу второго магнита.

Земля имеет сильное магнитное поле (SF Рис. 7.6) с магнитными полюсами. Магнитное поле Земли порождает ее ядро, которое в основном состоит из магнитного материала – железа. Магнитное поле Земли создается и поддерживается жидким внешним ядром, движущимся вокруг твердого внутреннего ядра, чтобы индуцировать электрические токи. Эти электрические токи создают магнитные поля, перпендикулярные потоку электрического заряда. Этот процесс описывается теорией динамо и применим ко многим другим небесным телам.


Путешественники уже давно могут перемещаться с места на место с помощью простых магнитных компасов. Стрелки компаса ориентируются на магнитные полюса Земли. Так называемый «Северный полюс» за Полярным кругом на самом деле является южным полюсом магнитного поля Земли. Он называется Северным полюсом, потому что на него указывает северный полюс стрелок компаса. Точно так же южный полюс стрелки магнитного компаса притягивается к северному полюсу магнитного поля Земли, находящемуся у побережья Антарктиды.Магнитные полюса Земли не совпадают с географическими полюсами Земли.


Набор вопросов:

  1. Используйте свои слова, чтобы определить следующие термины:
    1. магнитное поле
    2. магнитный полюс
  2. Если бы вы стояли в Канаде, красный кончик стрелки вашего магнитного компаса (с надписью «N») указывал бы на Полярный круг. Как это повлияет на вашу навигацию по компасу в этой части мира?
  3. Если бы вы стояли в Австралии, в каком направлении указывала бы красная буква «N» стрелки вашего компаса? Объясните свои рассуждения, используя термины «магнитное поле» и «магнитный полюс».”
  4. Магнитное поле Земли находится не совсем на географическом северном полюсе. Как вы думаете, почему люди до сих пор пользуются простым магнитным компасом?
  5. Изучите, как магнитное поле Земли меняется в разных точках на поверхности планеты.

Exploring Our Fluid Earth, продукт Группы исследований и разработок учебных программ (CRDG) Педагогического колледжа. Гавайский университет, 2011 г.Этот документ можно свободно воспроизводить и распространять в некоммерческих образовательных целях.

.

Оставить комментарий