Yer qalqoni: bizning sayyoramiz qayerda magnit maydonga ega?

2024 Muallif: Seth Attwood | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2023-12-16 16:19

Magnit maydon Yer yuzasini quyosh shamoli va zararli kosmik nurlanishdan himoya qiladi. U o'ziga xos qalqon sifatida ishlaydi - uning mavjudligisiz atmosfera vayron bo'ladi. Biz sizga Yerning magnit maydoni qanday shakllangani va o'zgarganini aytib beramiz.

Yer magnit maydonining tuzilishi va xususiyatlari

Yerning magnit maydoni yoki geomagnit maydoni - bu yer ichidagi manbalar tomonidan yaratilgan magnit maydon. Geomagnetizmni o'rganish predmeti. 4,2 milliard yil oldin paydo bo'lgan.

Yerning magnit maydonini (geomagnit maydoni) quyidagi asosiy qismlarga bo'lish mumkin:

• asosiy maydon,
• dunyo anomaliyalari sohalari,
• tashqi magnit maydon.

Asosiy maydon

Uning 90% dan ortig'i maydondan iborat bo'lib, uning manbai Yerning ichida, suyuq tashqi yadroda - bu qism asosiy, asosiy yoki normal maydon deb ataladi.

U garmonikada qator ko'rinishida - Gauss qatorida yaqinlashadi va birinchi yaqinlashuvda Yer yuzasiga yaqin (uning radiusining uchtasigacha) magnit dipol maydoniga yaqin, ya'ni yerga o'xshaydi. o'qi taxminan shimoldan janubga yo'naltirilgan chiziqli magnitdir.

Dunyo anomaliyalari sohalari

Yer magnit maydonining haqiqiy kuch chiziqlari, garchi o'rtacha hisobda dipolning kuch chiziqlariga yaqin bo'lsa-da, ulardan sirtga yaqin joylashgan magnitlangan jinslarning mavjudligi bilan bog'liq mahalliy tartibsizliklar bilan farqlanadi.

Shu sababli, er yuzasining ba'zi joylarida maydon parametrlari yaqin atrofdagi qiymatlardan juda farq qiladi va magnit anomaliyalar deb ataladi. Agar ularni keltirib chiqaradigan magnitlangan jismlar turli chuqurliklarda yotsa, ular bir-birining ustiga chiqishi mumkin.

Tashqi magnit maydon

U yer yuzasidan tashqarida, uning atmosferasida joylashgan oqim tizimlari ko'rinishidagi manbalar bilan aniqlanadi. Atmosferaning yuqori qismida (100 km va undan yuqori) - ionosferada - uning molekulalari ionlanib, zich sovuq plazma hosil qiladi, u yuqoriga ko'tariladi, shuning uchun Yer magnitosferasining bir qismi ionosferadan yuqori bo'lib, uchgacha bo'lgan masofaga cho'ziladi. uning radiuslari plazmasfera deb ataladi.

Plazma Yerning magnit maydoni tomonidan ushlab turiladi, lekin uning holati quyosh shamoli - quyosh tojining plazma oqimi bilan o'zaro ta'siri bilan belgilanadi.

Shunday qilib, Yer yuzasidan kattaroq masofada magnit maydon assimetrikdir, chunki u quyosh shamoli ta'sirida buziladi: Quyoshdan u qisqaradi va Quyoshdan yo'nalishda u cho'zilgan "iz" ga ega bo'ladi. Oyning orbitasidan tashqariga chiqib, yuz minglab kilometrlar uchun.

Ushbu o'ziga xos "dumli" shakl quyosh shamoli plazmasi va quyosh korpuskulyar oqimlari er magnitosferasi - er yaqinidagi kosmos mintaqasi atrofida oqayotganday tuyulganda paydo bo'ladi, u hali ham Quyosh va boshqa emas, balki Yerning magnit maydoni tomonidan boshqariladi. sayyoralararo manbalar.

U sayyoralararo bo'shliqdan magnitopauza bilan ajratilgan, bu erda quyosh shamolining dinamik bosimi o'z magnit maydonining bosimi bilan muvozanatlanadi.

Maydon parametrlari

Yer maydonining magnit induktsiya chiziqlari holatining vizual tasviri vertikal va gorizontal o'q atrofida (masalan, gimbalda) erkin aylana oladigan tarzda o'rnatilgan magnit igna bilan ta'minlanadi., - Yer yuzasiga yaqin har bir nuqtada, bu chiziqlar bo'ylab ma'lum bir tarzda o'rnatiladi.

Magnit va geografik qutblar bir-biriga to'g'ri kelmaganligi sababli, magnit igna faqat shimoliy-janubiy taxminiy yo'nalishni ko'rsatadi.

Magnit igna o'rnatilgan vertikal tekislik berilgan joyning magnit meridianining tekisligi, bu tekislik Yer yuzasi bilan kesishgan chiziq esa magnit meridian deb ataladi.

Shunday qilib, magnit meridianlar - bu shimol va janubiy magnit qutblarda birlashuvchi Yer magnit maydoni kuch chiziqlarining uning yuzasiga proyeksiyalari. Magnit va geografik meridianlarning yo'nalishlari orasidagi burchakka magnit og'ish deyiladi.

Magnit ignaning shimoliy qutbi geografik meridianning vertikal tekisligidan g'arbga yoki sharqqa og'ishiga qarab, u g'arbiy (ko'pincha "-" belgisi bilan ko'rsatilgan) yoki sharqiy ("+" belgisi) bo'lishi mumkin.

Bundan tashqari, Yerning magnit maydonining chiziqlari, umuman olganda, uning yuzasiga parallel emas. Bu shuni anglatadiki, Yer maydonining magnit induksiyasi ma'lum joy gorizonti tekisligida yotmaydi, balki bu tekislik bilan ma'lum bir burchak hosil qiladi - bu magnit moyillik deb ataladi. U faqat magnit ekvatorning nuqtalarida nolga yaqin - magnit o'qiga perpendikulyar bo'lgan tekislikdagi katta doiraning aylanasi.

Yer magnit maydonini raqamli modellashtirish natijalari: chapda - normal, o'ngda - inversiya paytida

Yer magnit maydonining tabiati

Birinchi marta J. Larmor 1919 yilda Yer va Quyoshning magnit maydonlarining mavjudligini tushuntirishga harakat qilib, dinamo tushunchasini taklif qildi, unga ko'ra samoviy jismning magnit maydonining saqlanishi harakat ostida sodir bo'ladi. elektr o'tkazuvchan muhitning gidrodinamik harakati.

Biroq 1934 yilda T. Kouling gidrodinamik dinamo mexanizmi yordamida ekssimetrik magnit maydonni ushlab turishning mumkin emasligi haqidagi teoremani isbotladi.

Va o'rganilgan samoviy jismlarning ko'pchiligi (va undan ham ko'proq Yer) eksenel simmetrik deb hisoblanganligi sababli, shu asosda ularning maydoni ham eksenel simmetrik bo'ladi, keyin esa ushbu printsip bo'yicha uning paydo bo'lishi haqida taxmin qilish mumkin edi. bu teoremaga ko'ra imkonsiz bo'lar edi.

Hatto Albert Eynshteyn ham oddiy (simmetrik) yechimlar mavjud emasligini hisobga olib, bunday dinamoning maqsadga muvofiqligiga shubha bilan qaragan. Magnit maydon hosil bo'lish jarayonini tavsiflovchi eksenel simmetriyaga ega bo'lgan barcha tenglamalar, hatto 1950-yillarda ham eksenel simmetrik yechimga ega emasligi ancha keyinroq ko'rsatildi. assimetrik yechimlar topildi.

O'shandan beri dinamo nazariyasi muvaffaqiyatli rivojlanmoqda va bugungi kunda Yer va boshqa sayyoralarning magnit maydonining kelib chiqishi uchun umumiy qabul qilingan eng ehtimol tushuntirish - bu o'tkazgichda elektr tokini yaratishga asoslangan o'z-o'zidan qo'zg'aluvchi dinamo mexanizmi. bu oqimlarning o'zlari tomonidan yaratilgan va kuchaytirilgan magnit maydonda harakat qilganda.

Yerning yadrosida zarur sharoitlar yaratilgan: suyuq tashqi yadroda, asosan, taxminan 4-6 ming Kelvin haroratdagi temirdan iborat bo'lib, u tokni mukammal o'tkazadi, qattiq ichki yadrodan issiqlikni olib tashlaydigan konvektiv oqimlar hosil bo'ladi. (sayyora asta-sekin sovib borayotganida, radioaktiv elementlarning parchalanishi yoki ichki va tashqi yadrolar o'rtasidagi chegarada moddalarning qotib qolishi paytida yashirin issiqlikning chiqishi tufayli hosil bo'ladi).

Koriolis kuchlari bu oqimlarni Teylor ustunlari deb ataladigan xarakterli spirallarga aylantiradi. Qatlamlarning ishqalanishi tufayli ular halqa oqimlarini hosil qilib, elektr zaryadini oladi. Shunday qilib, Faraday diskida bo'lgani kabi (dastlab mavjud bo'lsa-da, juda zaif) magnit maydonda harakatlanadigan o'tkazgichlarda o'tkazuvchanlik zanjiri bo'ylab aylanadigan oqimlar tizimi yaratiladi.

U magnit maydon hosil qiladi, bu oqimlarning qulay geometriyasi bilan boshlang'ich maydonni kuchaytiradi va bu, o'z navbatida, oqimni kuchaytiradi va kuchaytirish jarayoni Joule issiqlik yo'qotishlari, oqim kuchayishi bilan kuchayib, muvozanatlashguncha davom etadi. gidrodinamik harakatlar tufayli energiya oqimi.

Dinamoni pretsessiya yoki to'lqin kuchlari tufayli qo'zg'atishi mumkinligi, ya'ni energiya manbai Yerning aylanishi ekanligi taklif qilindi, ammo eng keng tarqalgan va rivojlangan gipoteza bu aniq termokimyoviy konvektsiyadir.

Yer magnit maydonidagi o'zgarishlar

Magnit maydon inversiyasi - sayyoraning geologik tarixida Yer magnit maydonining yo'nalishining o'zgarishi (paleomagnit usuli bilan aniqlanadi).

Inversiyada magnit shimol va magnit janub teskari bo'lib, kompas ignasi teskari yo'nalishni ko'rsata boshlaydi. Inversiya nisbatan kam uchraydigan hodisa bo'lib, u homo sapiens mavjud bo'lgan davrda hech qachon sodir bo'lmagan. Taxminlarga ko'ra, oxirgi marta bu taxminan 780 ming yil oldin sodir bo'lgan.

Magnit maydonning teskari o'zgarishi o'n minglab yillar oralig'ida, o'n millionlab yillar davomida sokin magnit maydonning ulkan oraliqlarigacha bo'lgan vaqt oralig'ida sodir bo'lgan, bunda teskari aylanishlar sodir bo'lmagan.

Shunday qilib, qutbning burilishida davriylik topilmadi va bu jarayon stokastik hisoblanadi. Jim magnit maydonning uzoq muddatlari turli muddatlarga ega bo'lgan bir nechta teskari aylanish davrlari bilan kuzatilishi mumkin va aksincha. Tadqiqotlar shuni ko'rsatadiki, magnit qutblarning o'zgarishi bir necha yuz yildan bir necha yuz ming yilgacha davom etishi mumkin.

Jon Xopkins universiteti (AQSh) mutaxassislari teskari aylanishlar paytida Yer magnitosferasi shunchalik zaiflashganki, kosmik nurlanish Yer yuzasiga etib borishi mumkin, shuning uchun bu hodisa sayyoradagi tirik organizmlarga zarar etkazishi va qutblarning navbatdagi o'zgarishi bundan ham ko'proq narsani keltirib chiqarishi mumkinligini taxmin qilmoqda. global falokatgacha insoniyat uchun jiddiy oqibatlarga olib keladi.

So'nggi yillarda olib borilgan ilmiy ishlar (shu jumladan tajribada) statsionar turbulent dinamoda magnit maydon yo'nalishidagi tasodifiy o'zgarishlar ("sakrashlar") imkoniyatini ko'rsatdi. Yer fizikasi institutining geomagnetizm laboratoriyasi rahbari Vladimir Pavlovning so'zlariga ko'ra, inversiya inson me'yorlari bo'yicha ancha uzoq jarayondir.

Lids universiteti geofiziklari Yon Mound va Fil Livermorning fikricha, bir necha ming yildan keyin Yer magnit maydonining inversiyasi yuz beradi.

Yer magnit qutblarining siljishi

Birinchi marta Shimoliy yarim sharda magnit qutbning koordinatalari 1831 yilda, yana 1904 yilda, keyin 1948 va 1962, 1973, 1984, 1994 yillarda aniqlangan; Janubiy yarimsharda - 1841 yilda, yana - 1908 yilda. Magnit qutblarning siljishi 1885 yildan beri qayd etilgan. Oxirgi 100 yil ichida Janubiy yarimshardagi magnit qutb deyarli 900 km masofaga siljigan va Janubiy okeanga kirib kelgan.

Arktika magnit qutbining holati to'g'risidagi so'nggi ma'lumotlar (Shimoliy Muz okeani bo'ylab Sharqiy Sibir dunyosi magnit anomaliyasiga qarab harakatlanish) 1973 yildan 1984 yilgacha uning yurishi 120 km, 1984 yildan 1994 yilgacha - 150 km dan ortiq ekanligini ko'rsatdi. Bu raqamlar hisoblangan bo'lsa-da, ular shimoliy magnit qutbning o'lchovlari bilan tasdiqlangan.

1831 yildan keyin, qutbning pozitsiyasi birinchi marta o'rnatilgandan so'ng, 2019 yilga kelib qutb Sibir tomon 2300 km dan ko'proqqa siljigan va tezlashuv bilan harakat qilishda davom etmoqda.

Uning harakatlanish tezligi 2000 yildagi yiliga 15 km dan 2019 yilda yiliga 55 km ga oshdi. Ushbu tez surilish Yer magnit maydonidan foydalanadigan navigatsiya tizimlarini, masalan, smartfonlardagi kompaslar yoki kemalar va samolyotlar uchun zaxira navigatsiya tizimlarini tez-tez o'zgartirishni talab qiladi.

Yerning magnit maydonining kuchi pasayadi va notekis. Oxirgi 22 yil ichida u o'rtacha 1,7% ga, ayrim mintaqalarda, masalan, Janubiy Atlantika okeanida 10% ga kamaydi. Ba'zi joylarda magnit maydonning kuchi, umumiy tendentsiyadan farqli o'laroq, hatto oshdi.

Qutblar harakatining tezlashishi (yiliga o'rtacha 3 km) va ularning magnit qutb inversiyalari yo'laklari bo'ylab harakatlanishi (bu yo'laklar 400 dan ortiq paleoinversiyalarni aniqlashga imkon berdi) qutblarning bu harakatida bitta ekanligini ko'rsatadi. ekskursiyani emas, balki Yer magnit maydonining yana bir inversiyasini ko'rish kerak.

Yerning magnit maydoni qanday paydo bo'lgan?

Skripps nomidagi Okeanografiya instituti va Kaliforniya universiteti mutaxassislari sayyoramizning magnit maydonini mantiya qatlami hosil qilgan, degan taxminni ilgari surdi. Amerikalik olimlar 13 yil avval Fransiyalik bir guruh tadqiqotchilar tomonidan taklif qilingan farazni ishlab chiqdi.

Ma'lumki, uzoq vaqt davomida mutaxassislar Yerning magnit maydonini yaratgan tashqi yadro ekanligini ta'kidlab kelishgan. Ammo keyin frantsuz mutaxassislari sayyoraning mantiyasi har doim qattiq (tug'ilgan paytdan boshlab) ekanligini taxmin qilishdi.

Bu xulosa olimlarni magnit maydonni yadro emas, balki quyi mantiyaning suyuq qismi hosil qilishi mumkin, deb o‘ylashga majbur qildi. Mantiyaning tarkibi silikat materiali bo'lib, yomon o'tkazuvchi hisoblanadi.

Ammo pastki mantiya milliardlab yillar davomida suyuq holatda qolishi kerak bo'lganligi sababli, uning ichidagi suyuqlikning harakati elektr tokini hosil qilmadi va aslida magnit maydon hosil qilish kerak edi.

Bugungi kunda mutaxassislar mantiya ilgari o'ylangandan ko'ra kuchliroq kanal bo'lishi mumkinligiga ishonishadi. Mutaxassislarning bu xulosasi Erning dastlabki holatini to'liq oqlaydi. Silikat dinamo faqat uning suyuq qismining elektr o'tkazuvchanligi ancha yuqori bo'lgan va past bosim va haroratga ega bo'lgan taqdirdagina mumkin.