Mburoja e Tokës: Ku ka një fushë magnetike planeti ynë?

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2023-12-16 16:16

Fusha magnetike mbron sipërfaqen e Tokës nga era diellore dhe rrezatimi i dëmshëm kozmik. Ajo funksionon si një lloj mburoje - pa ekzistencën e saj, atmosfera do të shkatërrohej. Ne do t'ju tregojmë se si u formua dhe ndryshoi fusha magnetike e Tokës.

Struktura dhe karakteristikat e fushës magnetike të Tokës

Fusha magnetike e Tokës, ose fusha gjeomagnetike, është një fushë magnetike e krijuar nga burime brendatokësore. Lënda e studimit të gjeomagnetizmit. U shfaq 4, 2 miliardë vjet më parë.

Fusha magnetike e Tokës (fusha gjeomagnetike) mund të ndahet në pjesët kryesore të mëposhtme:

• fusha kryesore,
• fushat e anomalive botërore,
• fushë magnetike e jashtme.

Fusha kryesore

Më shumë se 90% e tij përbëhet nga një fushë, burimi i së cilës është brenda Tokës, në bërthamën e jashtme të lëngshme - kjo pjesë quhet fusha kryesore, kryesore ose normale.

Është përafruar në formën e një serie në harmoni - një seri Gaussian, dhe në një përafrim të parë afër sipërfaqes së Tokës (deri në tre rrezet e saj) është afër fushës magnetike të dipolit, domethënë duket si toka. është një magnet shiritor me një bosht të drejtuar afërsisht nga veriu në jug.

Fushat e anomalive botërore

Linjat reale të forcës së fushës magnetike të Tokës, megjithëse mesatarisht afër linjave të forcës së dipolit, ndryshojnë prej tyre nga parregullsitë lokale që lidhen me praninë e shkëmbinjve të magnetizuar në koren e vendosur afër sipërfaqes.

Për shkak të kësaj, në disa vende në sipërfaqen e tokës, parametrat e fushës ndryshojnë shumë nga vlerat në zonat afër, duke formuar të ashtuquajturat anomali magnetike. Ato mund të mbivendosen me njëri-tjetrin nëse trupat e magnetizuar që i shkaktojnë ndodhen në thellësi të ndryshme.

Fusha magnetike e jashtme

Përcaktohet nga burime në formën e sistemeve aktuale të vendosura jashtë sipërfaqes së tokës, në atmosferën e saj. Në pjesën e sipërme të atmosferës (100 km dhe më lart) - jonosfera - molekulat e saj jonizohen, duke formuar një plazmë të dendur të ftohtë që ngrihet më lart, prandaj, një pjesë e magnetosferës së Tokës mbi jonosferën, duke u shtrirë në një distancë deri në tre. nga rrezet e saj, quhet plazmasferë.

Plazma mbahet nga fusha magnetike e Tokës, por gjendja e saj përcaktohet nga ndërveprimi i saj me erën diellore - rrjedha plazmatike e koronës diellore.

Kështu, në një distancë më të madhe nga sipërfaqja e Tokës, fusha magnetike është asimetrike, pasi është e shtrembëruar nën veprimin e erës diellore: nga Dielli tkurret dhe në drejtim nga Dielli fiton një "gjurmë" që zgjatet. për qindra mijëra kilometra, duke shkuar përtej orbitës së Hënës.

Kjo formë e veçantë "me bisht" lind kur plazma e erës diellore dhe rrymave trupore diellore duket se rrjedh rreth magnetosferës së tokës - rajoni i hapësirës afër tokës, ende i kontrolluar nga fusha magnetike e Tokës, dhe jo nga Dielli dhe të tjerët. burimet ndërplanetare.

Ai ndahet nga hapësira ndërplanetare nga një magnetopauzë, ku presioni dinamik i erës diellore balancohet nga presioni i fushës së tij magnetike.

Parametrat e fushës

Një paraqitje vizuale e pozicionit të linjave të induksionit magnetik të fushës së Tokës sigurohet nga një gjilpërë magnetike, e fiksuar në atë mënyrë që të mund të rrotullohet lirshëm si rreth boshtit vertikal ashtu edhe rreth boshtit horizontal (për shembull, në një gjilpërë), - në çdo pikë pranë sipërfaqes së Tokës, është instaluar në një mënyrë të caktuar përgjatë këtyre vijave.

Meqenëse polet magnetike dhe gjeografike nuk përkojnë, gjilpëra magnetike tregon vetëm një drejtim të përafërt veri-jug.

Rrafshi vertikal në të cilin vendoset gjilpëra magnetike quhet rrafshi i meridianit magnetik të vendit të caktuar, kurse vija përgjatë së cilës ky rrafsh kryqëzohet me sipërfaqen e Tokës quhet meridian magnetik.

Kështu, meridianët magnetikë janë projeksionet e linjave të forcës së fushës magnetike të Tokës në sipërfaqen e saj, që konvergojnë në polet magnetike veriore dhe jugore. Këndi ndërmjet drejtimit të meridianit magnetik dhe atij gjeografik quhet deklinim magnetik.

Mund të jetë perëndimor (shpesh i treguar nga një shenjë "-") ose lindore (një shenjë "+"), në varësi të faktit nëse poli verior i gjilpërës magnetike devijon nga rrafshi vertikal i meridianit gjeografik në perëndim ose në lindje.

Më tej, vijat e fushës magnetike të Tokës, në përgjithësi, nuk janë paralele me sipërfaqen e saj. Kjo do të thotë se induksioni magnetik i fushës së Tokës nuk qëndron në rrafshin e horizontit të një vendi të caktuar, por formon një kënd të caktuar me këtë plan - quhet pjerrësi magnetike. Është afër zeros vetëm në pikat e ekuatorit magnetik - perimetri i një rrethi të madh në një plan që është pingul me boshtin magnetik.

Rezultatet e modelimit numerik të fushës magnetike të Tokës: në të majtë - normal, në të djathtë - gjatë përmbysjes

Natyra e fushës magnetike të tokës

Për herë të parë, J. Larmor u përpoq të shpjegonte ekzistencën e fushave magnetike të Tokës dhe Diellit në vitin 1919, duke propozuar konceptin e një dinamo, sipas të cilit ruajtja e fushës magnetike të një trupi qiellor ndodh nën veprim. të lëvizjes hidrodinamike të një mjedisi elektrik përçues.

Megjithatë, në vitin 1934, T. Cowling provoi teoremën mbi pamundësinë e mbajtjes së një fushe magnetike aksimetrike me anë të një mekanizmi dinamo hidrodinamik.

Dhe meqenëse shumica e trupave qiellorë të studiuar (dhe aq më tepër Toka) konsideroheshin simetrik boshtor, në bazë të kësaj ishte e mundur të supozohej se fusha e tyre do të ishte gjithashtu simetrike boshtore, dhe më pas gjenerimi i saj sipas këtij parimi do të ishte e pamundur sipas kësaj teoreme.

Edhe Albert Einstein ishte skeptik për realizueshmërinë e një dinamoje të tillë duke pasur parasysh pamundësinë e ekzistencës së zgjidhjeve të thjeshta (simetrike). Vetëm shumë më vonë u tregua se jo të gjitha ekuacionet me simetri boshtore që përshkruajnë procesin e gjenerimit të fushës magnetike do të kenë një zgjidhje boshtore simetrike, madje edhe në vitet 1950. janë gjetur zgjidhje asimetrike.

Që atëherë, teoria e dinamos është zhvilluar me sukses, dhe sot shpjegimi më i mundshëm i pranuar përgjithësisht për origjinën e fushës magnetike të Tokës dhe planetëve të tjerë është një mekanizëm dinamo i vetë-ngacmuar i bazuar në gjenerimin e një rryme elektrike në një përcjellës. kur ai lëviz në një fushë magnetike të krijuar dhe përforcuar nga vetë këto rryma.

Në bërthamën e Tokës krijohen kushtet e nevojshme: në bërthamën e jashtme të lëngshme, e përbërë kryesisht nga hekuri në një temperaturë prej rreth 4-6 mijë kelvin, e cila përçon në mënyrë të përsosur rrymën, krijohen rrjedha konvektive që largojnë nxehtësinë nga bërthama e brendshme e ngurtë. (i krijuar për shkak të prishjes së elementeve radioaktive ose lëshimit të nxehtësisë latente gjatë ngurtësimit të materies në kufirin midis bërthamës së brendshme dhe të jashtme ndërsa planeti ftohet gradualisht).

Forcat Coriolis i kthejnë këto rryma në spirale karakteristike që formojnë të ashtuquajturat shtylla Taylor. Për shkak të fërkimit të shtresave, ato fitojnë një ngarkesë elektrike, duke formuar rryma lakore. Kështu, krijohet një sistem rrymash që qarkullojnë përgjatë një qarku përçues në përçuesit që lëvizin në një fushë magnetike (fillimisht të pranishme, megjithëse shumë të dobët), si në një disk Faraday.

Krijon një fushë magnetike, e cila, me një gjeometri të favorshme të rrjedhave, rrit fushën fillestare dhe kjo, nga ana tjetër, rrit rrymën dhe procesi i amplifikimit vazhdon derisa humbjet ndaj nxehtësisë xhaul, duke u rritur me rritjen e rrymës, balancojnë hyrjet e energjisë për shkak të lëvizjeve hidrodinamike.

U sugjerua që dinamo mund të ngacmohet për shkak të precesionit ose forcave të baticës, domethënë se burimi i energjisë është rrotullimi i Tokës, megjithatë, hipoteza më e përhapur dhe më e zhvilluar është se kjo është pikërisht konveksioni termokimik.

Ndryshimet në fushën magnetike të Tokës

Përmbysja e fushës magnetike është një ndryshim në drejtimin e fushës magnetike të Tokës në historinë gjeologjike të planetit (i përcaktuar me metodën paleomagnetike).

Në një përmbysje, veriu magnetik dhe jugu magnetik përmbysen dhe gjilpëra e busullës fillon të tregojë në drejtim të kundërt. Inversioni është një fenomen relativisht i rrallë që nuk ka ndodhur kurrë gjatë ekzistencës së Homo sapiens. Me sa duket, hera e fundit që ndodhi rreth 780 mijë vjet më parë.

Kthimet e fushës magnetike ndodhën në intervale kohore nga dhjetëra mijëra vjet në intervale të mëdha të një fushe magnetike të qetë prej dhjetëra miliona vjetësh, kur kthimet nuk ndodhën.

Kështu, nuk u gjet asnjë periodicitet në përmbysjen e poleve dhe ky proces konsiderohet stokastik. Periudhat e gjata të një fushe magnetike të qetë mund të pasohen nga periudha të përmbysjeve të shumta me kohëzgjatje të ndryshme dhe anasjelltas. Studimet tregojnë se një ndryshim në polet magnetike mund të zgjasë nga disa qindra në disa qindra mijëra vjet.

Ekspertët nga Universiteti Johns Hopkins (SHBA) sugjerojnë se gjatë përmbysjeve, magnetosfera e Tokës u dobësua aq shumë sa rrezatimi kozmik mund të arrinte në sipërfaqen e Tokës, kështu që ky fenomen mund të dëmtojë organizmat e gjallë në planet dhe ndryshimi i radhës i poleve mund të çojë në edhe më shumë. pasoja të rënda për njerëzimin deri në një katastrofë globale.

Puna shkencore në vitet e fundit ka treguar (përfshirë në eksperiment) mundësinë e ndryshimeve të rastësishme në drejtimin e fushës magnetike ("kërcime") në një dinamo të palëvizshme turbulente. Sipas kreut të laboratorit të gjeomagnetizmit në Institutin e Fizikës së Tokës, Vladimir Pavlov, përmbysja është një proces mjaft i gjatë për standardet njerëzore.

Gjeofizikanët në Universitetin e Leeds Yon Mound dhe Phil Livermore besojnë se pas nja dy mijë vjetësh do të ketë një përmbysje të fushës magnetike të Tokës.

Zhvendosja e poleve magnetike të Tokës

Për herë të parë, koordinatat e polit magnetik në hemisferën veriore u përcaktuan në 1831, përsëri - në 1904, pastaj në 1948 dhe 1962, 1973, 1984, 1994; në hemisferën jugore - në 1841, përsëri - në 1908. Zhvendosja e poleve magnetike është regjistruar që nga viti 1885. Gjatë 100 viteve të fundit, poli magnetik në hemisferën jugore ka lëvizur pothuajse 900 km dhe ka hyrë në Oqeanin Jugor.

Të dhënat më të fundit mbi gjendjen e polit magnetik të Arktikut (duke lëvizur drejt anomalisë magnetike të botës së Siberisë Lindore nëpër Oqeanin Arktik) treguan se nga viti 1973 deri në 1984 kilometrazhi i tij ishte 120 km, nga 1984 deri në 1994 - më shumë se 150 km. Edhe pse këto shifra janë të llogaritura, ato konfirmohen nga matjet e polit magnetik të veriut.

Pas vitit 1831, kur pozicioni i polit u fiksua për herë të parë, deri në vitin 2019 poli tashmë ishte zhvendosur me më shumë se 2300 km drejt Siberisë dhe vazhdon të lëvizë me përshpejtim.

Shpejtësia e tij e udhëtimit u rrit nga 15 km në vit në 2000 në 55 km në vit në 2019. Kjo lëvizje e shpejtë kërkon rregullime më të shpeshta të sistemeve të navigimit që përdorin fushën magnetike të Tokës, si busullat në telefonat inteligjentë ose sistemet rezervë të navigimit për anijet dhe avionët.

Fuqia e fushës magnetike të tokës bie, dhe në mënyrë të pabarabartë. Gjatë 22 viteve të fundit, ajo është ulur me një mesatare prej 1.7%, dhe në disa rajone, si Oqeani Atlantik Jugor, me 10%. Në disa vende, forca e fushës magnetike, në kundërshtim me tendencën e përgjithshme, madje u rrit.

Përshpejtimi i lëvizjes së poleve (mesatarisht 3 km / vit) dhe lëvizja e tyre përgjatë korridoreve të përmbysjeve të poleve magnetike (këto korridore bënë të mundur zbulimin e më shumë se 400 paleoinversioneve) sugjeron që në këtë lëvizje të poleve një nuk duhet të shihet një ekskursion, por një përmbysje tjetër e fushës magnetike të Tokës.

Si lindi fusha magnetike e tokës?

Ekspertët në Institutin e Oqeanografisë Scripps dhe Universitetin e Kalifornisë kanë sugjeruar se fusha magnetike e planetit është formuar nga manteli. Shkencëtarët amerikanë kanë zhvilluar një hipotezë të propozuar 13 vjet më parë nga një grup studiuesish nga Franca.

Dihet se për një kohë të gjatë, profesionistët argumentuan se ishte bërthama e jashtme e Tokës që gjeneroi fushën e saj magnetike. Por më pas ekspertët nga Franca sugjeruan që manteli i planetit ishte gjithmonë i fortë (që nga momenti i lindjes së tij).

Ky përfundim i bëri shkencëtarët të mendojnë se nuk ishte bërthama që mund të formonte fushën magnetike, por pjesa e lëngshme e mantelit të poshtëm. Përbërja e mantelit është një material silikat që konsiderohet një përcjellës i dobët.

Por meqenëse manteli i poshtëm duhej të qëndronte i lëngshëm për miliarda vjet, lëvizja e lëngut brenda tij nuk prodhoi rrymë elektrike dhe në fakt ishte thjesht e nevojshme të gjenerohej një fushë magnetike.

Profesionistët sot besojnë se manteli mund të kishte qenë një kanal më i fuqishëm sesa mendohej më parë. Ky përfundim i specialistëve justifikon plotësisht gjendjen e Tokës së hershme. Një dinamo silikate është e mundur vetëm nëse përçueshmëria elektrike e pjesës së saj të lëngshme ishte shumë më e lartë dhe kishte presion dhe temperaturë të ulët.