ЗЕМНОЙ МАГНЕТИЗМ История открытия l Английский ученый

ЗЕМНОЙ МАГНЕТИЗМ

История открытия l Английский ученый Уильям Гильберт, придворный врач королевы Елизаветы, в 1600 г. впервые показал, что Земля является магнитом, ось которого не совпадает с осью вращения Земли. Следовательно, вокруг Земли, как и около любого магнита, существует магнитное поле.

История открытия l l l В 1635 г. Геллибранд обнаружил, что поле земного магнита медленно меняется. В 1702 г. Эдмунд Галлей провел первую в мире магнитную съемку океанов и создал первые мировые магнитные карты. В 1835 г. Гаусс провел сферический гармонический анализ магнитного поля Земли. Он создал первую в мире магнитную обсерваторию в Гёттингене.

ЗЕМНОЙ МАГНЕТИЗМ – – магнитное поле Земли, существование которого обусловлено действием постоянных источников, расположенных внутри Земли и создающих основной компонент поля (~99%), а также переменных источников (электрических токов) в магнитосфере и ионосфере (~1%).

Магнитное поле Земли l l l Земля обладает магнитным полем дипольного типа, как будто бы в ее центре расположен гигантский полосовой магнит. Ось диполя составляет с осью вращения Земли угол 11°, не проходит через геометрический центр вращения Земли. В настоящее время Северный магнитный полюс соответствует положительному знаку (силовые линии поля направлены внутрь Земли), а Южный – отрицательному (силовые линии направлены вовне).

Магнитное поле Земли l l Северный магнитный полюс расположен на юге, в Антарктиде Южный магнитный полюс расположен на севере, в Канаде. Магнитный момент Земли M = 8, 1 * 1025 Гс*см 3. Средняя напряженность магнитного поля на поверхности Земли составляет ~ 0, 4 Гс.

Элементы земного магнетизма l l Т – вектор напряженности магнитного поля. Составляющие вектора напряженности: • • • l H – горизонтальная составляющая поля; угол D – склонение магнитное – угол между Н и плоскостью географического меридиана угол I – наклонение магнитное – угол между Т и плоскостью горизонта. Напряженность геомагнитного поля Т убывает от магнитных полюсов к магнитному экватору от 55, 7 до 33, 4 А/м.

Магнитное склонение l l Если северный конец магнитной стрелки отклоняется к востоку от направления географического меридиана, то склонение считают восточным (положительным), если к западу – западным (отрицательным). Склонение широко используют в навигации, в геодезической и маркшейдерской практике, в военном деле. Линии на картах, соединяющие точки с одинаковыми значениями D, называются изоклинами. Склонение не остаётся постоянным во времени, и его карты пересоставляют на основе повторных измерений, проводимых через 5 -6 лет.

Магнитосфера l l l Магнитосфера – область, занимаемая в межпланетном пространстве магнитным полем Земли. Объем магнитосферы намного превосходит объём Зелми, она простирается в космосе на расстояние более 64 000 км. Солнечный ветер (поток элементарных частиц от Солнца) деформирует магнитное поле Земли: на обращенной к Солнцу дневной стороне оно сжимается, а на ночной – вытягивается в т. н. магнитный хвост Земли.

Гипотезы о происхождении l l Общепризнанной теории происхождения магнитного поля Земли до сих пор нет. Среди имеющихся гипотез наиболее правдоподобны две: 1. Динамо-гипотеза: магнитное поле создаётся в результате сложного движения вещества в ядре Земли. Турбулентные движения в расплавленном железосодержащем внешнем ядре генерируют электрические токи, под действием которых возникает сильное магнитное поле. 2. Поле вызвано гигантским электрическим током, опоясывающим Землю на большом расстоянии от центра Земли.

Динамика магнитосферы. Вековые вариации l l Постоянные источники магнитного поля внутри Земли испытывают медленные вековые изменения (вариации). Магнитные полюсы перемещаются вокруг географических полюсов Земли. Геомагнитное поле дрейфует в западном направлении со скоростью 24 км/год. В настоящее время Северный магнитный полюс расположен среди островов северной Канады. На протяжении продолжительных этапов геологической истории магнитные полюсы примерно совпадали с географическими.

Динамика магнитосферы. Инверсии магнитного поля l l l В геологическом прошлом полярность время от времени менялась на противоположную – инверсии магнитного поля Земли. Причины инверсий до сих пор не выяснены. С инверсиями связывают массовые вымирания видов в истории Земли.

Обращения магнитного поля за историю Земли и в фанерозое

Динамика магнитосферы. Магнитные бури l l Магнитные бури – сильные возмущения магнитного поля Земли, резко нарушающие плавный суточный ход элементов земного магнетизма. Магнитные бури длятся от нескольких часов до нескольких суток и наблюдаются одновременно на всей Земле, но наиболее интенсивно проявляются в высоких широтах.

Динамика магнитосферы. Магнитные бури l l Магнитные бури вызываются потоками солнечной плазмы из активных областей Солнца, накладывающимися на спокойный солнечный ветер. Они чаще наблюдаются вблизи максимумов 11 -летнего цикла солнечной активности. Достигая Земли, потоки солнечной плазмы увеличивают сжатие магнитосферы и частично проникают внутрь магнитосферы Земли. Попадание частиц высоких энергий в верхнюю атмосферу Земли и их воздействие на магнитосферу приводят к генерации и усилению в ней электрических токов, достигающих наибольшей интенсивности в полярных областях ионосферы.

Динамика магнитосферы. Магнитные бури l l Попавшие в радиационный пояс Земли солнечные протоны с высокими энергиями создают на расстоянии 3 -6 радиусов Земли от её центра экваториальное токовое кольцо, магнитное поле которого ослабляет геомагнитное поле. Магнитосферные бури сопровождаются возникновением в верхней атмосфере Земли полярных сияний, ионосферных возмущений, рентгеновского и низкочастотного излучений.

Динамика магнитосферы. Магнитные бури l Во время магнитной бури • возникают значительные помехи в • l коротковолновой радиосвязи. происходит разогрев верхней атмосферы и передача теплоты вниз, в тропосферу, что способствует развитию в ней циркуляционных движений и возникновению циклонов. Магнитные бури оказывают неблагоприятное действие на здоровье людей.

Аномалии магнитного поля l Аномалии магнитного поля Земли – отклонения, которые наблюдаются на площадях с линейными размерами порядка десятков километров и менее. Аномалии выявляют по результатам аэромагнитной съёмки. Аномалии помогают изучать строения земных недр, поиска полезных ископаемых и решения ряда других задач.

Северное (полярное) сияние l l Ниже 1000 км электромагнитные частицы в тонком верхнем слое земной атмосферы сталкиваются с молекулами кислорода и азота, возбуждая их. В результате происходит свечение – полярное сияние – полностью видимое только из космоса. Самые яркие полярные сияния сопряжены с солнечными магнитными бурями. Максимумы солнечной активности, имеющими цикличность 11 лет и 22 года. В настоящее время Северное полярное сияние наилучшим образом видно из Канады и с Аляски. В Средние века, когда северный магнитный полюс располагался восточнее, полярное сияние часто было видно в Скандинавии, северной России и северном Китае.