Yer Qalxanı: Planetimizin harada maqnit sahəsi var?

2024 Müəllif: Seth Attwood | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2023-12-16 15:57

Maqnit sahəsi Yerin səthini günəş küləyi və zərərli kosmik radiasiyadan qoruyur. O, bir növ qalxan kimi işləyir - onun mövcudluğu olmasaydı, atmosfer məhv olardı. Biz sizə Yerin maqnit sahəsinin necə əmələ gəldiyini və necə dəyişdiyini izah edəcəyik.

Yerin maqnit sahəsinin quruluşu və xüsusiyyətləri

Yerin maqnit sahəsi və ya geomaqnit sahəsi yerdaxili mənbələr tərəfindən yaradılan bir maqnit sahəsidir. Geomaqnetizmin öyrənilməsi mövzusu. 4, 2 milyard il əvvəl ortaya çıxdı.

Yerin öz maqnit sahəsini (geomaqnit sahəsi) aşağıdakı əsas hissələrə bölmək olar:

• əsas sahə,
• dünya anomaliyaları sahələri,
• xarici maqnit sahəsi.

Əsas sahə

Onun 90%-dən çoxu, mənbəyi Yerin daxilində, maye xarici nüvədə olan sahədən ibarətdir - bu hissə əsas, əsas və ya normal sahə adlanır.

O, harmoniklərdə sıra şəklində təxmin edilir - Qauss seriyası və Yer səthinə yaxın birinci yaxınlaşmada (onun radiusunun üçünə qədər) maqnit dipol sahəsinə yaxındır, yəni yerə oxşayır. təqribən şimaldan cənuba istiqamətlənmiş oxu olan zolaqlı maqnitdir.

Dünya anomaliyalarının sahələri

Yerin maqnit sahəsinin real güc xətləri orta hesabla dipolun güc xətlərinə yaxın olsa da, onlardan səthə yaxın yerləşən yer qabığında maqnitlənmiş süxurların olması ilə bağlı yerli pozuntularla fərqlənir.

Buna görə də, yer səthinin bəzi yerlərində sahə parametrləri yaxın ərazilərdəki dəyərlərdən çox fərqlidir və sözdə maqnit anomaliyaları meydana gətirir. Onlara səbəb olan maqnitlənmiş cisimlər müxtəlif dərinliklərdə yerləşirsə, onlar bir-biri ilə üst-üstə düşə bilər.

Xarici maqnit sahəsi

Yer səthindən kənarda, onun atmosferində yerləşən cərəyan sistemləri şəklində mənbələr tərəfindən müəyyən edilir. Atmosferin yuxarı hissəsində (100 km və yuxarı) - ionosferdə - onun molekulları ionlaşır, daha yüksək yüksələn sıx bir soyuq plazma meydana gətirir, buna görə də Yerin maqnitosferinin bir hissəsi ionosferdən yuxarı, üçə qədər məsafəyə qədər uzanır. radiusuna plazmasfer deyilir.

Plazma Yerin maqnit sahəsi tərəfindən tutulur, lakin onun vəziyyəti günəş küləyi ilə qarşılıqlı əlaqəsi - günəş tacının plazma axını ilə müəyyən edilir.

Beləliklə, Yer səthindən daha böyük məsafədə maqnit sahəsi asimmetrikdir, çünki günəş küləyinin təsiri altında təhrif olunur: Günəşdən büzülür və Günəşdən gələn istiqamətdə uzanan bir "iz" əldə edir. Ayın orbitindən kənara çıxan yüz minlərlə kilometr.

Bu özünəməxsus "quyruqlu" forma günəş küləyi və günəş korpuskulyar axınlarının plazması Yerin maqnitosferi ətrafında - Yerə yaxın kosmos bölgəsi ətrafında axdığı zaman yaranır, hələ də Günəş və digərləri deyil, Yerin maqnit sahəsi tərəfindən idarə olunur. planetlərarası mənbələr.

O, planetlərarası fəzadan günəş küləyinin dinamik təzyiqinin öz maqnit sahəsinin təzyiqi ilə balanslaşdırıldığı maqnitopauzla ayrılır.

Sahə parametrləri

Yer sahəsinin maqnit induksiyası xətlərinin vəziyyətinin vizual təsviri həm şaquli, həm də üfüqi oxun ətrafında sərbəst dönə bilən bir şəkildə sabitlənmiş bir maqnit iynəsi ilə təmin edilir (məsələn, gimbalda), - Yer səthinə yaxın olan hər bir nöqtədə bu xətlər boyunca müəyyən bir şəkildə quraşdırılır.

Maqnit və coğrafi qütblər üst-üstə düşmədiyi üçün maqnit iynəsi yalnız təxmini şimal-cənub istiqamətini göstərir.

Maqnit iynəsinin quraşdırıldığı şaquli müstəviyə verilən yerin maqnit meridianının müstəvisi, bu müstəvinin Yer səthi ilə kəsişdiyi xətt isə maqnit meridianı adlanır.

Beləliklə, maqnit meridianları şimal və cənub maqnit qütblərində birləşən Yerin maqnit sahəsinin güc xətlərinin onun səthinə proyeksiyalarıdır. Maqnit və coğrafi meridianların istiqamətləri arasındakı bucaq maqnit meyli adlanır.

Maqnit iynəsinin şimal qütbünün coğrafi meridianın şaquli müstəvisindən qərbə və ya şərqə doğru kənara çıxmasından asılı olaraq qərb (çox vaxt “-” işarəsi ilə göstərilir) və ya şərq (“+” işarəsi) ola bilər.

Bundan əlavə, Yerin maqnit sahəsinin xətləri, ümumiyyətlə, onun səthinə paralel deyil. Bu o deməkdir ki, Yer sahəsinin maqnit induksiyası verilmiş yerin üfüqünün müstəvisində deyil, bu müstəvi ilə müəyyən bucaq əmələ gətirir - buna maqnit meyli deyilir. Yalnız maqnit ekvatorunun nöqtələrində sıfıra yaxındır - maqnit oxuna perpendikulyar olan bir müstəvidə böyük bir dairənin ətrafı.

Yerin maqnit sahəsinin ədədi modelləşdirilməsinin nəticələri: solda - normal, sağda - inversiya zamanı

Yerin maqnit sahəsinin təbiəti

İlk dəfə olaraq J. Larmor 1919-cu ildə Yerin və Günəşin maqnit sahələrinin mövcudluğunu izah etməyə çalışaraq dinamo konsepsiyasını irəli sürdü, ona görə göy cisminin maqnit sahəsinin saxlanması hərəkətin təsiri altında baş verir. elektrik keçirici mühitin hidrodinamik hərəkətinin.

Lakin 1934-cü ildə T. Koulinq hidrodinamik dinamo mexanizmi vasitəsi ilə oxsimmetrik maqnit sahəsinin saxlanmasının qeyri-mümkünlüyü haqqında teoremi sübut etdi.

Və tədqiq edilən göy cisimlərinin əksəriyyəti (və daha çox Yer) eksenel simmetrik hesab olunduğundan, bunun əsasında onların sahəsinin də eksenel simmetrik olacağını və sonra onun bu prinsipə uyğun olaraq nəslinin olacağını fərz etmək mümkün idi. bu teoremə görə qeyri-mümkün olardı.

Hətta Albert Eynşteyn sadə (simmetrik) həllərin mövcudluğunun qeyri-mümkünlüyünü nəzərə alaraq belə bir dinamonun mümkünlüyünə şübhə ilə yanaşırdı. Yalnız çox sonra göstərildi ki, maqnit sahəsinin yaranması prosesini təsvir edən eksenel simmetriyaya malik tənliklərin heç də hamısı, hətta 1950-ci illərdə də eksenel simmetrik həllə malik olmayacaq. asimmetrik həllər tapıldı.

O vaxtdan bəri dinamo nəzəriyyəsi uğurla inkişaf edir və bu gün Yerin və digər planetlərin maqnit sahəsinin mənşəyi üçün ümumi qəbul edilmiş ən çox ehtimal olunan izahat, bir keçiricidə elektrik cərəyanının yaranmasına əsaslanan öz-özünə həyəcanlanan dinamo mexanizmidir. bu cərəyanların özləri tərəfindən yaradılan və gücləndirilən bir maqnit sahəsində hərəkət etdikdə.

Yerin nüvəsində lazımi şərait yaradılır: əsasən dəmirdən ibarət təxminən 4-6 min Kelvin temperaturda cərəyanı mükəmməl keçirən maye xarici nüvədə bərk daxili nüvədən istiliyi çıxaran konvektiv axınlar yaranır. (planetin tədricən soyuması nəticəsində daxili və xarici nüvələr arasındakı sərhəddə maddənin bərkiməsi zamanı radioaktiv elementlərin parçalanması və ya gizli istiliyin ayrılması nəticəsində yaranır).

Koriolis qüvvələri bu cərəyanları Taylor sütunları adlanan xarakterik spirallərə çevirir. Qatların sürtünməsi səbəbindən onlar döngə cərəyanlarını meydana gətirərək elektrik yükü əldə edirlər. Beləliklə, Faraday diskində olduğu kimi (əvvəlcə mövcud, çox zəif olsa da) maqnit sahəsində hərəkət edən keçiricilərdə keçirici dövrə boyunca dövr edən cərəyanlar sistemi yaradılır.

O, əlverişli axın həndəsəsi ilə ilkin sahəni gücləndirən bir maqnit sahəsi yaradır və bu, öz növbəsində, cərəyanı artırır və gücləndirmə prosesi Joule istiliyinə itkilər, artan cərəyanla artan, tarazlaşana qədər davam edir. hidrodinamik hərəkətlər nəticəsində enerji axını.

Dinamonun presessiya və ya gelgit qüvvələri səbəbindən həyəcanlana biləcəyi, yəni enerji mənbəyinin Yerin fırlanması olduğu təklif edildi, lakin ən geniş yayılmış və inkişaf etdirilən fərziyyə bunun dəqiq termokimyəvi konveksiya olmasıdır.

Yerin maqnit sahəsindəki dəyişikliklər

Maqnit sahəsinin inversiyası planetin geoloji tarixində Yerin maqnit sahəsinin istiqamətinin dəyişməsidir (paleomaqnit üsulu ilə müəyyən edilir).

İnversiyada maqnit şimal və maqnit cənub tərsinə çevrilir və kompas iynəsi əks istiqamətə işarə etməyə başlayır. İnversiya nisbətən nadir bir hadisədir və Homo sapiensin mövcudluğu zamanı heç vaxt baş verməmişdir. Ehtimallara görə, sonuncu dəfə təxminən 780 min il əvvəl baş verib.

Maqnit sahəsinin dəyişməsi on minlərlə ildən on milyonlarla illik sakit bir maqnit sahəsinin nəhəng intervallarına qədər vaxt intervalında baş verdi, əksinə dönüşlər baş vermədi.

Beləliklə, qütbün tərsinə çevrilməsində heç bir dövrilik tapılmadı və bu proses stoxastik hesab olunur. Sakit bir maqnit sahəsinin uzun müddətlərini müxtəlif müddətlərə malik çoxsaylı geri çevrilmə dövrləri və əksinə izləyə bilər. Tədqiqatlar göstərir ki, maqnit qütblərində dəyişiklik bir neçə yüz ildən bir neçə yüz min ilə qədər davam edə bilər.

Cons Hopkins Universitetinin (ABŞ) mütəxəssisləri təklif edirlər ki, dönüşlər zamanı Yerin maqnitosferi o qədər zəifləyib ki, kosmik radiasiya Yerin səthinə çata bilsin, ona görə də bu fenomen planetdəki canlı orqanizmlərə zərər verə bilər, qütblərin növbəti dəyişməsi isə daha da böyük fəsadlara səbəb ola bilər. qlobal fəlakətə qədər bəşəriyyət üçün ciddi nəticələr.

Son illərdə aparılan elmi işlər (o cümlədən eksperimentdə) stasionar turbulent dinamoda maqnit sahəsinin istiqamətində təsadüfi dəyişikliklərin (“sıçrayışlar”) mümkünlüyünü göstərmişdir. Yerin Fizika İnstitutunun geomaqnetizm laboratoriyasının rəhbəri Vladimir Pavlovun sözlərinə görə, inversiya insan standartlarına görə kifayət qədər uzun prosesdir.

Lids Universitetinin geofizikləri Yon Mound və Phil Livermore bir neçə min ildən sonra Yerin maqnit sahəsinin inversiyasının olacağına inanırlar.

Yerin maqnit qütblərinin yerdəyişməsi

İlk dəfə olaraq Şimal yarımkürəsində maqnit qütbünün koordinatları 1831-ci ildə, yenidən 1904-cü ildə, daha sonra 1948 və 1962, 1973, 1984, 1994-cü illərdə müəyyən edilmişdir; Cənub yarımkürəsində - 1841-ci ildə, yenidən - 1908-ci ildə. Maqnit qütblərinin yerdəyişməsi 1885-ci ildən qeydə alınır. Son 100 ildə Cənub Yarımkürəsindəki maqnit qütbü demək olar ki, 900 km irəliləyərək Cənub Okeanına daxil olub.

Arktika maqnit qütbünün vəziyyəti haqqında son məlumatlar (Şimal Buzlu Okeanı boyunca Şərqi Sibir dünyasına doğru hərəkət edən maqnit anomaliyaları) göstərdi ki, 1973-1984-cü illərdə onun yürüşü 120 km, 1984-cü ildən 1994-cü ilə qədər - 150 km-dən çox olmuşdur. Bu rəqəmlər hesablansa da, şimal maqnit qütbünün ölçmələri ilə təsdiqlənir.

1831-ci ildən sonra, qütbün mövqeyi ilk dəfə müəyyən edildikdə, 2019-cu ilə qədər dirək artıq 2300 km-dən çox Sibirə doğru dəyişdi və sürətlənmə ilə hərəkət etməyə davam edir.

Onun səyahət sürəti 2000-ci ildə ildə 15 km-dən 2019-cu ildə ildə 55 km-ə yüksəlib. Bu sürətli sürüşmə smartfonlardakı kompaslar və ya gəmilər və təyyarələr üçün ehtiyat naviqasiya sistemləri kimi Yerin maqnit sahəsindən istifadə edən naviqasiya sistemlərinə daha tez-tez düzəlişlər edilməsini tələb edir.

Yerin maqnit sahəsinin gücü düşür və qeyri-bərabərdir. Son 22 ildə orta hesabla 1,7%, bəzi regionlarda, məsələn, Cənubi Atlantik okeanında isə 10% azalıb. Bəzi yerlərdə maqnit sahəsinin gücü ümumi tendensiyanın əksinə olaraq hətta artıb.

Qütblərin hərəkətinin sürətlənməsi (orta hesabla 3 km/il) və onların maqnit qütbünün inversiyalarının dəhlizləri boyunca hərəkəti (bu dəhlizlər 400-dən çox paleoinversiyanı aşkar etməyə imkan verdi) qütblərin bu hərəkətində bir ekskursiya deyil, Yerin maqnit sahəsinin başqa bir inversiyasını görməlidir.

Yerin maqnit sahəsi necə yaranıb?

Skripps Okeanoqrafiya İnstitutunun və Kaliforniya Universitetinin mütəxəssisləri planetin maqnit sahəsinin mantiya tərəfindən əmələ gəldiyini irəli sürüblər. Amerikalı alimlər Fransadan olan bir qrup tədqiqatçının 13 il əvvəl irəli sürdüyü fərziyyə hazırlayıblar.

Məlumdur ki, uzun müddət peşəkarlar onun maqnit sahəsini yaradan Yerin xarici nüvəsi olduğunu iddia edirdilər. Lakin sonra Fransadan olan mütəxəssislər planetin mantiyasının həmişə möhkəm olduğunu (doğulduğu andan) irəli sürdülər.

Bu nəticə alimləri düşünməyə vadar edib ki, maqnit sahəsini əmələ gətirə bilən nüvə deyil, alt mantiyanın maye hissəsidir. Mantiyanın tərkibi zəif keçirici hesab edilən silikat materialdır.

Lakin alt mantiya milyardlarla il maye olaraq qalmalı olduğundan onun içindəki mayenin hərəkəti elektrik cərəyanı yaratmadı və əslində sadəcə olaraq maqnit sahəsi yaratmaq lazım idi.

Peşəkarlar bu gün inanırlar ki, mantiya əvvəllər düşünüldüyündən daha güclü bir kanal ola bilərdi. Mütəxəssislərin bu qənaəti erkən Yerin vəziyyətini tam əsaslandırır. Silikat dinamo yalnız maye hissəsinin elektrik keçiriciliyi daha yüksək və aşağı təzyiq və temperatura malik olduqda mümkündür.