Лекция 4 Геомагнитное поле и его измерение Магнитное

Лекция 4. Геомагнитное поле и его измерение Магнитное поле – это материальная среда взаимодействия электрически заряженных частиц, движение которых обусловлено этими электрическими зарядами и спин-орбиталыми моментами носителей магнетизма (электронов, протонов и др. )

Основные параметры магнитного поля: потенциал, напряжённость и магнитная индукция. Связь напряжённости магнитного поля с магнитной индукцией определяется через магнитную проницаемость природных объектов. В этом уравнении показатель магнитной проницаемости характеризует способность природных объектов к намагничению. И таким образом, все природные, т. е. материальные объекты намагничены в той или иной степени. При μ > 1 они называются парамагнетиками, а при μ < 1 –диамагнетиками.

Намагничение природных объектов, а также возникновение и существование магнитного поля происходит вследствие действия электрических токов (вихревых токов). Солнце и планеты солнечной системы и других галактик являются намагниченными объектами, а, следовательно, гигантскими магнитами. Вокруг них формируется магнитное поле. Теория происхождения магнитного поля Земли в настоящее время еще полностью не разработана, существуют гипотезы.

Существуют представления, что во внешнем ядре Земли, состоящем из расплавленного металла железо-никелево состава, имеет место циркуляция термотоков. Возникает эффект гидромагнитного динамо и регенерационный процесс длится до тех пор, пока рассеивание энергии, вследствие вязкости ядра и его электрического сопротивленя, не компенсируется добавочной энергией вихревых токов и другими причинами.

В режиме реального времени магнитное поле Земли можно считать постоянным полем, называемым геомагнитным полем. Это поле в первом приближении можно представить как поле намагниченного шара. - полный вектор напряженности, а и его вертикальная и горизонтальная составляющие. Вместе с углами J (магнитное наклонение) и D (магнитное склонение) векторы , , называют элементами геомагнитного поля.

Математическое выражение составляющих геомагнитного поля

Магнитное поле Земли с высотой убывает обратно пропорционально кубу расстояния. Взаимодействие магнитного поля с солнечным ветром имеет сложный характер: с солнечной стороны силовые линии имеют форму полусферы, а с противоположной стороны (ночь) изолинии вытянуты в виде «хвоста» , называемого геомагнитным шлейфом. В магнитосфере установлены зоны повышенной космической радиации, являющиеся своеобразным мостом между полюсами Земли, по которому мгновенно распространяются любые электромагнитные возмущения.

Форма деформации магнитосферы

Суммарное магнитное поле Земли разделяется на: постоянное; переменное. Постоянное поле вызвано внутренними источниками магнетизма и его называют геомагнитным полем Земли. Но абсолютно постоянным это поле назвать нельзя, поскольку оно обусловлено «вековыми» вариациями. Последние характеризуют медленные изменения геомагнитного поля. Изменения происходят по закону синуса-конуса. Осредненная кривая имеет период 8000 лет.

Вариации геомагнитного поля

Процесс изменения среднегодовых значений элементов земного магнетизма, называется вековым ходом Главная его особенность – различная продолжительность периодов Т. Изменения кривой 2 го порядка могут происходить в диапазоне Т от 360 до 2700 лет, а кривой 3 -го порядка в диапазоне Т от 11 до 80 лет. Различная продолжительность периодов объясняется, по-видимому, отсутствием сбалансированности движущихся частиц гидромагнитного динамо и различной их электропроводностью.

Геомагнитное поле Земли в суммарном магнитном поле является основным, его вклад более 90%. Как и у любого магнита имеются полюса. Силовые линии «выходят» из северного магнитного полюса (N) и «входят» в южный магнитный полюс (S). Полюс N находится в южном полушарии, а полюс S в северном, но в обиходе их называют по аналогии с географическими полюсами. Со временем магнитные полюса меняют свое направление, наблюдается их «плавание» .

Интересным и до сих пор не разгаданным явлением является инверсия ( «перескок» ) полюсов. Длительность примерно 5 – 10 тыс. лет. С этими эпохами совпадают существенные геологические, биологические климатические изменения на и планете. Регулярности в инверсиях не обнаружено. Частота «прыгает» от длительных к частым периодам.

Изменение магнитного поля в историческом прошлом оценивается палеомагнитным методом. Суть его в так называемом «эффекте замораживания» : магнитные составляющие горных пород и других природных объектов в момент их образования ориентируются вдоль магнитных силовых линий.

Магнитные и географические полюсы по топографическим координатам не совпадают. Магнитная ось наклонена к оси вращения Земли на 11, 50. На примере поведения животных прогнозируется связь магнитного поля Земли с биополем.

В магнитном поле различают региональные и разновидности последних магниторазведки месторождений локальные с целью полезных – материковые, аномалии. предмет поисков и Две изучения разведки ископаемых. В подавляющем большинстве случаев интенсивность магнитных аномалий не превышает 10% главного магнитного поля Земли.

Переменное поле – вызвано внешними источниками магнетизма за счет индукции от вихревых токов космического происхождения. В этот поток магнитное поле Земли (когда его солнечный ветер «достигает» ) проникнуть не может. Единственными «щелями» являются воронки у полюсов, где вихревые токи сложным образом поверхности Земли. концентрируются по

Переменное поле накладывается на постоянные и вызывает различные вариации суммарного поля во времени. Вариации носят квазипериодический и непериодический характер. Вариации (возмущения) происходят постоянно. Дней без вариаций не бывает. Наблюдения за изменениями геомагнитного поля производят с помощью специальных приборов. Это обычные микровольтметры с непрерывной цифровой или магнитной записью.

К квазипериодическим колебаниям относят годовые, солнечно-суточные, лунно-суточные и короткопериодные. Под годовыми вариациями понимают изменения среднемесячных значений напряженности магнитного поля Земли (до нескольких сотых долей А/м). Солнечно-суточные вариации имеют период (Т) равный 24 часам. Токи солнечного излучения и инициируются ветрами, дующими от экватора к полюсам. Обозначаются магнитные вариации буквой греческого алфавита - δ.

Суточный ход составляющих геомагнитного поля

Солнечно-суточные вариации (Sd) зависят от времени года и географической широты. Амплитуды летом в 3 -4 раза больше чем зимой. Sd влияют на положение магнитных полюсов Земли, которые в течение суток смещаются примерно на 100 км. Лунно-суточные вариации (L) имеют полусуточный характер (Т = 12 ч. 25 мин. 14 сек. ). Кривые характеризуются двумя максимумами и двумя минимумами. . Амплитуды колебаний составляют 10 -15% от Sd. Короткопериодные вариации (КПК) имеют период Т 0, 1 – 102 сек. Это магнитные пульсации в виде затухающих синусоид. Наиболее частый период Т = 60– 180 с. КПК индуцируют в земной коре токи, получившие название магнито-теллурических.

К непериодическим колебаниям относят магнитные бури. Характерная их особенность – внезапность появления притом, что все элементы земного магнетизма претерпевают очень быстрые и непрерывные изменения. Амплитуды Н и Z , бывают очень большие 2 – 4 до 16 А/м. В годы максимальной солнечной активности наблюдается до 30 – 50 бурь в год. Природа бурь до конца не ясна. Известно, что магнитные бури оказывают влияние на состояние здоровья.

Изменения элементов земного магнетизма под влиянием магнитных бурь (непериодические колебания)

Наземная полевая магнитная съемка проводится с помощью пешеходных магнитометров весом 5 -6 кг. На каждой точке измеряются или абсолютные значения полного вектора геомагнитного поля (Т)

Аэромагнитная съемка проводится по системе профилей при непрерывной записи Т или Т на каждом профиле (маршруте). Направления профилей выбираются вкрест предполагаемого простирания структур или тектонических нарушений. Гидромагнитная съемка в океанах, морях и на озерах ведется как на специальных судах. Датчик поля буксируется на кабеле длиной свыше 100 м в специальной немагнитной гондоле либо вблизи дна, либо на некоторой глубине. Профили (галсы) привязываются по штурманским картам. Съемки бывают профильными, реже площадными. В результате строятся графики, карты графиков и карты Т или Т.