Магнитные свойства Земли | big-archive.ru
Автор admin На чтение 8 мин Просмотров 644 Опубликовано
Магнитные явления, наблюдаемые на земной поверхности, дают основание считать Землю огромным магнитом, имеющим два хорошо выраженных магнитных полюса. В настоящее время магнитный полюс в северном полушарии находится на о. Принца Уэльского вблизи полуострова Бутия (73° с. ш. и 100° з. д.), а в южном полушарии приблизительно на 6.7° ю. ш. и 147° в. .д.
Элементы земного магнетизма. Линии магнитных сил, идущих от одного полюса до другого, образуют так называемые магнитные меридианы (рис. 24). Понятно, что стрелки компасов всюду должны совпадать с направлением магнитных меридианов.
Ввиду того что магнитные полюсы не совпадают с географическими полюсами, магнитные меридианы также не могут совпадать с географическими (рис.
Склонение отсчитывают от истинного меридиана к востоку или западу. В первом случае склонение называется восточным, а во втором западным. Восточное склонение принято обозначать знаком плюс (склонение положительное), а западное — знаком минус (склонение отрицательное).
Если взять магнитную стрелку, свободно подвешенную в центре ее тяжести, то стрелка после некоторых колебаний, расположившись в плоскости магнитного меридиана, в то же самое время образует угол с горизонтальной поверхностью. Этот угол носит название магнитного наклонения или просто наклонения. Он отсчитывается от горизонтального направления вниз до 90°.
Кроме склонения и наклонения, определяют еще абсолютную величину магнитного поля. Это так называемое напряжение магнитного поля. Напряжение земного магнитного поля невелико. Для измерения его применяется особая единица, которая называется гаммой.1 гамма =1 : 100 000 эрстеда; 1 эрстед есть сила притяжения или отталкивания, равная 1 дине. По правилу параллелограмма напряжение магнитного поля может быть разложено на горизонтальную составляющую
Области западного и восточного склонения. На поверхности земного шара существуют пункты, величина склонения в которых равна 0°. Соединив эти пункты линиями, мы получим одну замкнутую кривую, проходящую через оба магнитных и оба географических полюса.
Если бы магнитные меридианы имели правильную форму окружностей, то агоническая линия делила бы Землю на два равных полушария: полушарие восточного склонения и полушарие западного склонения. На самом же деле магнитные меридианы (в силу неоднородности строения земной коры и ряда других причин являются не окружностями, а более сложными замкнутыми кривыми, приближающимися к окружностям). В силу этого и агоническая линия Земли имеет неправильную форму и делит земную поверхность на две не вполне равные, части, которые только приблизительно можно считать полушариями.
На приложенной карте видно, что область западного склонения заключает в себе Атлантический океан, Западную Европу и Африку, а также восточные части Северной и Южной Америки. Область же восточного склонения заключает в себе Тихий океан, большую часть Восточной Европы, Азии и Австралии, западные части Северной и Южной Америки.
Магнитные карты. Чтобы иметь представление о распределении магнитных элементов по земной поверхности, составляются так называемые
магнитные карты. Для составления магнитной карты, наносят на карту пункты с обозначением величины склонений, а потом пункты с одинаковыми склонениями соединяют линиями, так называемыми изогонами.
Карты изогон имеют огромное значение для мореплавателей, геодезистов и других, имеющих дело с компасом. Только по таким картам возможно в каждом пункте вносить соответствующие поправки к показаниям компаса.
Таким же точно образом наносятся на карту и другие элементы земного магнетизма. В результате мы получаем карты изоклин (карты распределения магнитных наклонений) и изодинам (карты распределения абсолютных величин напряжения магнитного поля) и т.
д.
Магнитные аномалии. Ряд закономерностей, которые существуют в распределении элементов земного магнетизма, позволяют установить некоторые «нормальные» величины этих элементов, характерные для данного пункта.
Магнитные аномалии, распространяющиеся на большие пространства (исчисляемые тысячами километров), называют геоаномалиями. Причины их более сложны и далеко не везде выяснены. Примером геоаномалий может служить самая большая Восточно-Сибирская геоаномалия, где вместо восточного склонения наблюдается западное склонение.
Изменение элементов земного магнетизма. Для одного и того же места элементы земного магнетизма не остаются одинаковыми в течение длительного времени. Например, в 1540 г. для Лондона склонение было восточное и составило 8°, в 1700 г. склонение стало западным и в 1800 г. составило около 20°, но к 1920 г. эта величина несколько уменьшилась.
Эти очень медленные изменения элементов земного магнетизма носят название вековых вариаций или векового хода. Изменение элементов земного магнетизма связано с перемещением магнитных полюсов.
Напряжение магнитного поля Земли в течение последних 100—120 лет уменьшалось, но, начиная с 40-х годов текущего столетия, отмечено его увеличение.
Удалось выявить, что изменения геомагнитного поля привязаны к определенным областям земной поверхности, которые называются фокусами вековых изменений. В последнее время они испытывают медленное перемещение на запад. Большинство центров вековых изменений геомагнетизма связано с сейсмическими районами.
Наряду с вековыми вариациями существуют суточные изменения геомагнитного поля. Они наступают в одно и то же время в любой точке поверхности Земли. Кроме того, элементы земного магнетизма меняются в течение года и обнаруживают правильный суточный ход в течение ряда лет, причем последние изменения часто охватывают периоды в одиннадцать лет.
Значительное влияние на изменения геомагнетизма оказывают процессы, происходящие на Солнце.
Магнитные возмущения. Колебания элементов земного магнетизма обычно протекают плавно и спокойно. Однако существуют моменты, когда они подвергаются неожиданным и весьма резким колебаниям, далеко выходящим за границу суточных колебаний.
При этом стрелки компасов обнаруживают как будто беспокойство и совершают неправильные и большие колебания. Явления подобного рода носят название магнитных бурь. Магнитные бури (кстати сказать, ничего общего не имеющие с атмосферными бурями) обыкновенно продолжаются недолго (несколько часов, реже несколько дней), наблюдаются одновременно на значительных участках земной поверхности. Сильнее всего магнитные бури проявляются у полюсов. По мере же приближения к экватору они ослабевают и наблюдаются реже. Магнитные бури вызывают нарушения в работе телеграфа, телефона и радиосвязи.
Магнитные бури связаны с излучением Солнца. Наряду со световым излучением Солнца имеется еще корпускулярное, представляющее собой поток электрически заряженных частиц (корпускул). Последнее бывает неравномерным. В отдельные годы оно незначительно, в другие может усиливаться. Усиление корпускулярного излучения совпадает с моментом увеличения пятен на Солнце.
Поток корпускул, попадая в магнитное поле Земли, создает вокруг себя дополнительное магнитное поле, которое возмущает магнитное поле Земли.
Магнитный компас. Магнит, свободно подвешенный, обладает свойством располагаться в направлении с севера на юг. Это свойство магнита обратило на себя внимание людей в далекой древности. Оно было использовано для ориентирования на местности. Китайцам это свойство было известно за 2 тыс. лет до н. э. В Европе магнитная стрелка стала применяться в XII в.
В конце XIII в. магнитная стрелка стала укрепляться на вертикальной оси. Эта конструкция почти без изменения сохранилась до наших дней.
Несколько иное устройство имеет морской компас. В нем сильный магнит плавает на пробке в специальной чаше, заполненной спиртом. Поверх магнита укреплен диск, разделенный на градусы или румбы (картушка). Картушка служит для определения курса корабля. Однако современные корабли строятся в основном из железа, влияние которого искажает показания компаса. Это явление называется девиацией. Чтобы уничтожить девиацию, компас устанавливается на подставку — нактоуз.
Внутри нактоуза по специальным правилам размещаются постоянные магниты и куски мягкого железа, которые уничтожают влияние судового железа на показания компаса.
Гирокомпас. Вместо магнитного компаса на морских судах и самолетах в настоящее время применяется гирокомпас. Он показывает курс судна относительно географического, а не магнитного меридиана. Это достигается особым прибором гироскопом, который приводится в плоскость географического меридиана и показывает направление север — юг.
—Источник—
Половинкин, А.А. Основы общего землеведения/ А.А. Половинкин.- М.: Государственное учебно-педагогическое издательство министерства просвещения РСФСР, 1958.- 482 с.
Предыдущая глава ::: К содержанию ::: Следующая глава
Магнитное поле Земли: строение и свойства
Магнитное поле Земли имеет и другое название – Геомагнитное поле (гео – Земля). Представляет оно собой энергетическую силовую защиту планеты, что генерируется благодаря земному ядру, и защищает нас от солнечного излучения.
Получается, именно ядро планеты спасает всё живое от уничтожения.
Благодаря развитию науки и проведённым исследованиям удалось понять, каким именно образом энергетический щит защищает Землю. Хорошо заметно, что в том месте, где потоки солнечного ветра напрямую воздействуют на магнитосферу, она прижимается к Земле, а с противоположной стороны планеты геомагнитное поле вытягивается в такой длинный и широкий “хвост”.
Строение магнитного поля
Нашу планету пронизывает большое количество силовых линий геомагнитного поля. Эти линии называются магнитными меридианами. И представляют они собой кривые линии, огибающие планету и сходящиеся в магнитных полюсах Земли (направлены от южного к северному). Не следует путать их с обычными земными полюсами, поскольку находятся они в совершенно разных местах. Получается, наша планета обладает четырьмя полюсами: 2 магнитных и 2 географических.
Ещё интереснее тот факт, что магнитные полюса движутся! Причём со всё возрастающей скоростью.
Порядка сотни лет назад северный магнитный полюс находился в Канаде, и смещался на километр в год. Сейчас же он увеличил скорость перемещения до 40 км/год, и покинул пределы Канады. Причины такого смещения магнитных полюсов пока что остаются загадкой.
Северный и южный магнитные полюса, как бы они не перемещались, всегда размещаются на противоположных концах земного шара. И та прямая, что проходит через полюса, называется магнитной осью Земли.
Роль магнитного поля
Некоторые природные явления связаны с активностью Солнца. Оно и не удивительно, ведь наша планета вращается вокруг светила и зависит от него. Ярким примером тому является возникновение магнитных бурь, что происходит из-за потоков солнечного ветра, направленного на планету. А если быть точнее, из-за вспышек на Солнце, в результате которых возрастает солнечная активность. Но даже в такие моменты, когда энергетический щит планеты подвергается воздействию огромных потоков солнечных частиц, он справляется со своей задачей.
Сложно переоценить важность геомагнитного поля.
Магнитное поле: интересный факт
Напряжение геомагнитного поля всегда уменьшалось. Пусть незначительно, но год от года напряжение поля ослабевало. В последние столетия скорость его ослабевания увеличилась в десяток раз. Так, за прошедшую сотню лет геомагнитное поле потеряло 5% своей напряжённости. И на этом, к сожалению, процесс не остановился, и даже не замедлился, а как раз наоборот. На данный момент уменьшение напряжённости поля составляет порядка 7,7% в столетие (оцените тенденцию!). И сомнений в том, что причиной тому стала деятельность человека, сомнений практически ни у кого не вызывает. Вот только дать ответ на вопрос, что же конкретно повлияло на защитное поле планеты, никто не может. И это страшнее всего.
Исследователи показали, что гематит на основе оксида железа остается магнитным глубоко в мантии Земли — ScienceDaily
Огромное магнитное поле, которое окружает Землю, защищая ее от радиации и заряженных частиц из космоса — и которое многие животные даже используют для ориентации — постоянно меняется, поэтому ученые-геологи постоянно держат его под наблюдением.
Старыми хорошо известными источниками магнитного поля Земли являются ядро Земли — до 6000 километров вглубь Земли — и земная кора: другими словами, земля, на которой мы стоим. Мантия Земли, напротив, простирается от 35 до 2,900 километров ниже поверхности Земли, до сих пор считалось «магнитно мертвым». Международная группа исследователей из Германии, Франции, Дании и США продемонстрировала, что форма оксида железа, гематит, может сохранять свои магнитные свойства даже глубоко в мантии Земли. Это происходит в относительно холодных тектонических плитах, называемых плитами, которые находятся особенно под западной частью Тихого океана.
«Эти новые знания о мантии Земли и сильномагнитной области в западной части Тихого океана могут пролить новый свет на любые наблюдения за магнитным полем Земли», — говорит физик-минералог и первый автор доктор Илья Купенко из Университета Мюнстера (Германия). ). Новые результаты могут, например, иметь отношение к любым будущим наблюдениям за магнитными аномалиями на Земле и на других планетах, таких как Марс.
Это связано с тем, что на Марсе больше нет динамо-машины и, следовательно, нет источника, позволяющего создавать сильное магнитное поле, исходящее из ядра, такое как на Земле. Поэтому, возможно, теперь стоит более подробно взглянуть на его мантию. Исследование опубликовано в журнале « Nature Журнал.
Предыстория и использованные методы:
Глубоко в металлическом ядре Земли жидкий сплав железа запускает электрические потоки. В самой внешней коре Земли горные породы вызывают магнитный сигнал. Однако в более глубоких областях недр Земли считалось, что породы теряют свои магнитные свойства из-за очень высоких температур и давлений.
Теперь исследователи более внимательно изучили основные потенциальные источники магнетизма в мантии Земли: оксиды железа, которые имеют высокую критическую температуру, т. е. температуру, выше которой материал перестает быть магнитным.В мантии Земли оксиды железа встречаются в плитах, которые погребены от земной коры глубже в мантию в результате тектонических сдвигов.
, процесс, называемый субдукцией.Они могут достигать глубины недр Земли от 410 до 660 километров – так называемая переходная зона между верхней и нижней мантией. Земля. Однако ранее никому не удавалось измерить магнитные свойства оксидов железа при экстремальных условиях давления и температуры, существующих в этой области.
Теперь ученые объединили два метода. Используя так называемую ячейку с алмазными наковальнями, они зажали микрометровые образцы гематита оксида железа между двумя алмазами и нагрели их с помощью лазеров до давления до 90 гигапаскалей и температуры более 1000 ° C (1300 K). Исследователи объединили этот метод с так называемой мессбауэровской спектроскопией для исследования магнитного состояния образцов с помощью синхротронного излучения. Эта часть исследования проводилась на синхротронной установке ESRF в Гренобле, Франция, что позволило наблюдать изменения магнитного порядка в оксиде железа.
Удивительным результатом было то, что гематит оставался магнитным до температуры около 925 °C (1200 K) — температуры, преобладающей в субдуцированных плитах под западной частью Тихого океана на глубине переходной зоны Земли.
«В результате мы можем продемонстрировать, что мантия Земли не настолько магнитно «мертвая», как предполагалось до сих пор», — говорит профессор Кармен Санчес-Валле из Института минералогии Мюнстерского университета. «Эти результаты могут оправдать другие выводы, касающиеся всего магнитного поля Земли», — добавляет она.
Актуальность для исследований магнитного поля Земли и движения полюсов
Используя спутники и изучая горные породы, исследователи наблюдают за магнитным полем Земли, а также за локальными и региональными изменениями магнитной силы. Справочная информация: геомагнитные полюса Земли — не путать с географическими полюсами — постоянно движутся. В результате этого движения они фактически меняли положение друг с другом каждые 200 000–300 000 лет в новейшей истории Земли. Последний переворот полюсов произошел 780 000 лет назад, а в последние десятилетия ученые отмечают ускорение движения магнитных полюсов Земли. Смена магнитных полюсов оказала бы глубокое влияние на современную человеческую цивилизацию.
Факторы, управляющие движением и переворотом магнитных полюсов, а также направления, которым они следуют при переворачивании, еще не изучены.
Один из маршрутов полюсов, наблюдаемых во время переворотов, проходит над западной частью Тихого океана, что весьма заметно соответствует предполагаемым источникам электромагнитного излучения в мантии Земли. Поэтому исследователи рассматривают возможность того, что магнитные поля, наблюдаемые в Тихом океане с помощью горных пород, не представляют собой маршрут миграции полюсов, измеренный на поверхности Земли, а происходят от неизвестного до сих пор электромагнитного источника гематитсодержащих пород в мантии Земли под западной частью Тихого океана.
«То, что мы теперь знаем — что там, в мантии Земли, есть магнитоупорядоченные материалы, — следует учитывать при любом будущем анализе магнитного поля Земли и движения полюсов», — говорит соавтор. Проф. Леонид Дубровинский из Баварского научно-исследовательского института экспериментальной геохимии и геофизики Байройтского университета.
Источник истории:
Материалы предоставлены Мюнстерским университетом . Примечание. Содержимое можно редактировать по стилю и длине.
электромагнетизм – Почему Земля не теряет свой магнетизм?
$\begingroup$
Магнит теряет свои магнитные свойства при нагревании, ядро Земли тоже горячее, но все же обладает магнитными свойствами. Почему?
- электромагнетизм
- магнитные поля
- земля
- геомагнетизм
$\endgroup$
2
$\begingroup$
Магниты, о которых вы узнали в младших классах, принципиально отличаются от ионной жидкости, создающей магнитное поле Земли.
Обычные магниты получают свой магнетизм от наличия большого количества магнитных «доменов», выровненных в одном направлении внутри (твердого) материала.
Эти домены представляют собой по существу большие области, где кристаллическая структура указывает в определенном направлении, что означает, что отдельные магнитные моменты электронов и атомов также указывают в определенном направлении. Ненамагниченный кусок железа будет иметь свои домены, направленные в случайных направлениях, поэтому их магнитные поля по существу компенсируются; домены намагниченного куска железа выровнены, поэтому их магнитные поля складываются.
Для изменения направления, в котором указывает домен, требуется энергия, которая может быть обеспечена несколькими различными способами (здесь они сильно упрощены). Эта энергия может быть получена, например, за счет механической силы, поэтому падение магнита или удар по нему молотком приводит к его некоторому размагничиванию. В магните также существуют тепловые флуктуации, которые ниже температуры Кюри обычно не обладают достаточной энергией, чтобы изменить ориентацию доменов. Это меняется с приложением внешнего магнитного поля, которое увеличивает разницу энергий между доменами, направленными в разные стороны, настолько, что домен самопроизвольно меняет направление из-за нормальных тепловых флуктуаций.
Вот почему кусок железа может сохранять постоянный магнетизм после воздействия внешнего поля. Выше температуры Кюри тепловые флуктуации в магните достаточно энергичны, чтобы изменить ориентацию доменов. При этой температуре ориентация доменов хаотично флуктуирует, размагничивая твердое тело.
В противоположность этому, считается, что магнитное поле Земли создается ионной жидкостью во внешнем ядре Земли. Эта жидкость состоит из движущихся положительных и отрицательных зарядов. Движущиеся заряды генерируют магнитное поле, и считается, что токи в этой жидкости генерируют магнитное поле Земли. Это все еще область активных исследований, поскольку полная динамика таких жидкостей чрезвычайно сложна.
Подводя итог, твердые магниты, о которых вы узнали в младших классах средней школы, получают свой магнетизм от выравнивания магнитных диполей. Земля получает свое магнитное поле от движения зарядов.
$\endgroup$
$\begingroup$
Магнитное поле Земли возникает не из-за того же эффекта, что и магнитное поле постоянного магнита.
Магнитное поле постоянного магнита в основном возникло из-за того, что в какой-то момент в прошлом этого магнита все его внутренние магнитные диполи (от составляющих его атомов) были выровнены (он был намагничен), а затем выравнивание его внутренних магнитных диполей было «заморожено» на месте, поэтому говорить. Таким образом, магнитное поле постоянного магнита в основном представляет собой «остаточное поле». Если вы нагреете постоянный магнит выше его температуры Карри, магнитные диполи получат достаточно энергии, чтобы перестать быть выровненными, и материал потеряет свою намагниченность. Магнитное поле Земли возникает из-за движения электропроводящей жидкости в ее ядре посредством так называемого «динамо-эффекта», см. здесь. В основном макроскопическое движение, конвекция и т. д. ядра Земли порождают магнитное поле. Магнитное поле создается движением, а не остаточным полем, которое заботится о температуре Кюри.
Одно предостережение: динамо-теория магнитных полей в астрофизических телах — лучшая на данный момент теория, которая у нас есть, но, на самом деле, она еще не до конца изучена во всех ее деталях.
Магнитные поля в небесных телах (в том числе и на Земле) — трудноразрешимая задача.
$\endgroup$
1
$\begingroup$
Потому что Земля — это электромагнит, а не постоянный магнит.
Магниты бывают двух типов: постоянные магниты и электромагниты.
Постоянные магниты теряют свои магнитные свойства при плавлении. электромагнитов нет.
Магнитное поле Земли (теоретически) формируется электрическим током, протекающим через различные слои ее ядра. Частью механизма, его создающего, на самом деле является экстремальная жара.
https://en.wikipedia.org/wiki/Dynamo_theory
$\endgroup$
1
$\begingroup$
Это связано с тем, что магнитное поле внутри Земли создается циркулирующим движением ее расплавленного (в основном железного) ядра.
Эта схема циркуляции создается тепловой конвекцией, где источником тепла в активной зоне является радиоактивный распад содержащегося в ней урана.
Почему это принятый ответ? Вот причина этого: во-первых, мы не можем напрямую исследовать эту часть земных недр путем бурения. Но акустические свойства земного ядра тщательно изучались путем измерения прохождения через него землетрясений, что позволяет установить размеры жидкого ядра.
Тот факт, что ядро в основном состоит из железа, подтверждается измерениями, проведенными на астероидах, которые являются репрезентативными для материала, из которого первоначально была сформирована Земля. тот факт, что железо сконцентрировано там внизу, является следствием того факта, что земля изначально находилась в расплавленном состоянии и, следовательно, раскололась до состояния, когда плотное вещество оседало во внутреннем ядре, а более легкое вещество поднималось вверх, образуя внешнюю кору. .
Измерения градиента температуры земной коры позволяют оценить скорость тепловыделения в ядре, а зная, сколько урана в среднем содержится в земной коре, можно оценить, сколько его в ядре.
Оценки содержания урана в активной зоне и известная скорость его распада обеспечивают удовлетворительную проверку измеренного теплового потока из активной зоны.
Эти расчеты позволяют оценить температуру ядра. Поскольку жидкое железо расширяется при нагревании, мы тогда знаем его плотность по отношению к более холодным областям, расположенным дальше от ядра, и, зная его вероятную вязкость и насколько сильна гравитация, мы можем установить, что там будет происходить конвективный перенос тепла. Поскольку движущееся железо является хорошим электрическим проводником, и мы знаем, какой должна быть скорость конвективного движения, чтобы правильно измерить скорость теплопередачи, мы можем затем оценить величину результирующего динамо-эффекта
, который генерирует магнитное поле известной силы.
В пределах всех известных границ погрешности для каждого шага анализа, они согласуются друг с другом в разумных пределах. Это трудная задача, для которой доступны только приближения.