Магниттер және заттардың магниттік қасиеттері. Дәріс: Жер магнетизмі және оның мәні Жер магнетизмі және оның сипаттамалары
Унциклопедиядан алынған материал
Жер біздің планетамызды екі полюсі бар (солтүстік және оңтүстік) магнит ретінде қарастыруға мүмкіндік беретін қасиеттерге ие. Жердің айналасында магнит өрісі бар. Оның негізгі бөлігін Жердің ішінде орналасқан көздер жасайды. Оңтүстік магниттік полюс солтүстік жарты шарда Бутия түбегінде, Канаданың солтүстігінде, ал солтүстігінде - оңтүстік жарты шарда Антарктидада, шамамен меридианда орналасқан. Тасмания.
Магнит өрісі компастың магниттік инесіне әсерінен анық көрінеді. Бір магниттік полюстен екіншісіне жер шарын айналып өтетін күш сызықтары бар. Магниттік сызықтар жатқан жазықтықтар магниттік меридиандарды құрайды.
Жер бетінің магниттік полюсіне (магниттік меридианға) компас инесінің бағыты географиялық меридианның бағытымен сәйкес келмейді. Олардың арасында бұрыш пайда болады, оны магниттік ауытқу деп атайды. Жер бетіндегі әрбір жердің өз көлбеу бұрышы болады. Магниттік ине шығысқа ауытқыған кезде қисаю шығыс (оң), батыс-батысқа қарай (теріс) ауытқумен есептеледі. Магниттік иненің берілген жердегі ауытқуын біле отырып, шынайы (географиялық) меридианның бағытын оңай анықтауға болады. Ал ендік те белгілі болса, онда географиялық координаталар немесе нүктенің орны анықталады. Магниттік полюстер Жердің ішінде болғандықтан, магниттік ине горизонталь емес, көкжиекке қарай көлбеу. Бұл еңістің бұрышы, яғни магнит өрісі сызықтарының бағыты мен горизонталь жазықтық арасындағы бұрыш магниттік еңіс деп аталады. Магниттік полюстерге жақындаған сайын көлбеу бұрышы артады. Магниттік полюсте магниттік ине тік күйді қабылдайды және магниттік еңіс полюстерде 90°-қа жетеді. Магниттік экватордың жанында ол нөлге тең.
Жердің кейбір аймақтарында магнит өрісін сипаттайтын мәндер орташа мәндерден күрт ерекшеленеді. Компас инесі аномальді ауытқуды көрсететін бұл жерлер магниттік ауытқулар деп аталады. Олардың көпшілігі темір рудалары бар тау жыныстарының пайда болуына байланысты. КСРО аумағында бірқатар магниттік аномалиялар белгілі: Курск, Кривой Рог және т.б.
Кейде магниттік иненің дұрыс емес ауытқуларын байқауға болады. Оның қалыпты жағдайынан мұндай жылдам ауытқулар Күннен шығарылатын электрлік зарядталған бөлшектердің Жер атмосферасына жоғары жылдамдықпен енуімен байланысты магниттік дауылдардан туындайды. Бұл магнит өрісінің күшеюі және көрсеткіге әсер етеді. Магниттік дауылдардың нәтижесі – полярлық сәулелер (Атмосфералық оптикалық және электрлік құбылыстарды қараңыз). Жердің магнит өрісі жер бетінен 60 000 км-ге дейін созылады; Магнит өрісімен толтырылған кеңістік Жердің магнитосферасы деп аталады. Бұл сфера Жердің радиациялық белдеулерін құрайтын Күннен ұшатын электр зарядталған бөлшектерді ұстайды.
ЖЕРЛІК МАГНЕТИЗМ (геомагнитизм), Жердің магнит өрісі және Жерге жақын ғарыш кеңістігі; геофизиканың жердің магнит өрісін және соған байланысты құбылыстарды (тау жыныстарының магнетизмі, теллурлық токтар, полярлық сәулелер, жер ионосферасындағы және магнитосферасындағы токтар) зерттейтін бөлімі.
Жердің магнит өрісінің зерттелу тарихы. Магнитизмнің бар екендігі ерте заманнан белгілі. Алғашқы компас Қытайда пайда болды деп есептеледі (пайда болған күні даулы). 15 ғасырдың аяғында Х.Колумбтың саяхаты кезінде Жер бетінің әр түрлі нүктелері үшін магниттік ауытқу әр түрлі болатыны анықталды. Бұл жаңалық жер магнетизмі туралы ғылымның дамуының бастамасы болды. 1581 жылы ағылшын зерттеушісі Р.Норман компас инесін қайнар көзі жер бетінің астында жатқан күштер белгілі бір түрде айналдырады деген болжам жасады. Келесі маңызды қадам 1600 жылы В.Гильберттің «Магнит, магниттік денелер және ұлы магнит – Жер туралы» кітабының пайда болуы болды, онда жердегі магнетизмнің себептері туралы түсінік берілді. 1785 жылы С.Кулон ұсынған айналу моменті әдісіне негізделген магнит өрісінің күшін өлшеу әдісінің дамуы басталды. 1839 жылы К.Гаусс планетаның магнит өрісі векторының горизонталь құраушысын өлшеу әдісін теориялық тұрғыдан негіздеді. 20 ғасырдың басында Жердің магнит өрісі мен оның құрылымы арасындағы байланыс анықталды.
Бақылаулар нәтижесінде глобустың магниттелуі азды-көпті біркелкі, ал Жердің магниттік осі оның айналу осіне жақын екені анықталды. Эксперименттік деректердің салыстырмалы түрде үлкен көлеміне және көптеген теориялық зерттеулерге қарамастан, жердегі магнетизмнің пайда болуы туралы мәселе түпкілікті шешілген жоқ. 21 ғасырдың басына қарай Жердің магнит өрісінің байқалатын қасиеттері гидромагниттік динамоның физикалық механизмімен байланысты бола бастады (Магниттік гидродинамика қараңыз), оған сәйкес планетааралық кеңістіктен Жердің ядросына енген бастапқы магнит өрісі планетаның сұйық ядросындағы материяның қозғалысы нәтижесінде күшейіп, әлсіреуі мүмкін. Өрісті күшейту үшін мұндай қозғалыстың белгілі бір асимметриясы болуы жеткілікті. Күшейту процесі ағындар күшінің артуына байланысты пайда болатын ортаны қыздыру шығындарының өсуі оның гидродинамикалық қозғалысынан келетін энергия ағынын теңестіргенше жалғасады. Өздігінен қозғалатын динамода электр тогы мен магнит өрісін генерациялау кезінде де осындай әсер байқалады.
Жердің магнит өрісінің қарқындылығы.Кез келген магнит өрісінің сипаттамасы оның күшінің векторы Н – ортаға тәуелді емес және сан жағынан вакуумдағы магнит индукциясына тең шама. Жердің меншікті магнит өрісі (геомагниттік өріс) – әртүрлі көздерден пайда болған өрістердің қосындысы. Ғаламшар бетіндегі H T магнит өрісі мыналардан тұрады деп жалпы қабылданған: глобустың біркелкі магниттелуінен пайда болатын өріс (диполь өрісі, Н 0); жер шарының терең қабаттарының гетерогенділігімен байланысты өріс (әлемдік аномалиялар өрісі, H a); жер қыртысының жоғарғы бөліктерінің магниттелуіне байланысты өріс (Н-дан); сыртқы себептерден туындаған өріс (H B); вариация өрісі (δH), сонымен қатар жер шарынан тыс орналасқан көздермен байланысты: H T = H o + H c + H a + H c + δH. H 0 + H k өрістерінің қосындысы Жердің негізгі магнит өрісін құрайды. Оның планета бетінде байқалатын өріске қосқан үлесі 95%-дан астам. H a аномальді өріс (H a-ның H t үлесі шамамен 4%) үлкен аумақтарға таралатын аймақтық сипаттағы өріске (аймақтық аномалия) және жергілікті сипаттағы өріске (жергілікті аномалия) бөлінеді. . H 0 + H k + H өрістерінің қосындысы және жиі қалыпты өріс (H n) деп аталады. H o және H k (H t шамамен 1%) салыстырғанда H аз болғандықтан, қалыпты өріс іс жүзінде негізгі магнит өрісімен сәйкес келеді. Іс жүзінде байқалатын өріс (δH вариация өрісін алып тастағанда) қалыпты және аномальды магнит өрістерінің қосындысы: Ht = Hn + Ha. Жер бетіндегі өрісті осы екі бөлікке бөлу міндеті белгісіз, өйткені бөлуді шексіз көптеген жолдармен жасауға болады. Бұл мәселені бір мағыналы шешу үшін Жердің магнит өрісінің құрамдастарының әрқайсысының көздері туралы ақпарат қажет. 21 ғасырдың басына қарай аномальді магнит өрісінің көздері Жердің радиусымен салыстырғанда шағын тереңдікте жатқан магниттелген тау жыныстары екені анықталды. Негізгі магнит өрісінің көзі Жер радиусының жартысынан астам тереңдігінде орналасқан. Көптеген тәжірибелік деректер оның құрылымын формальды зерттеу негізінде Жердің магнит өрісінің математикалық моделін құруға мүмкіндік береді.
Жер магнетизмінің элементтері. H t векторын құрамдас бөліктерге ыдырату үшін әдетте О өрісінің өлшеу нүктесінде координаталар координаттарының тік бұрышты жүйесі қолданылады (сурет). Бұл жүйеде Ox осі географиялық меридиан бағыты бойынша солтүстікке, Oy осі шығысқа параллель бағытқа, Oz осі жоғарыдан төменге қарай глобустың ортасына бағытталған. . Ox осіне H T проекциясы өрістің солтүстік компоненті, Ой осіне проекциясы шығыс компонент, Oz осіне проекциясы вертикаль құраушы деп аталады; олар сәйкесінше X, Y, Z деп белгіленеді. H t-тің xy жазықтығына проекциясы Н деп белгіленеді және өрістің горизонталь компоненті деп аталады. H t векторы мен Oz осі арқылы өтетін тік жазықтықты магниттік меридиан жазықтығы деп атайды, ал географиялық және магниттік меридиандар арасындағы бұрышты магниттік ауытқу деп атайды, оны D деп белгілейді.Егер H векторы бағыттан ауытқыса. Ох осінің шығысқа қарай ауытқуы оң (шығыс ауытқуы), ал батысқа қарай болса теріс (батыс ауытқуы) болады. Магниттік меридиан жазықтығындағы H және H t векторларының арасындағы бұрыш магниттік көлбеу деп аталады және I арқылы белгіленеді. H t векторы жер бетінен төмен бағытталған кезде I көлбеу оң болады, ол жер бетінде орын алады. Жердің солтүстік жарты шары, ал H t жоғары бағытталған кезде теріс, яғни оңтүстік жарты шарда. Әртүрлі координаталар жүйесінде (тік бұрышты, цилиндрлік және сфералық) H t векторының соңының координаталары ретінде қарастыруға болатын көлбеу, көлбеу, көлденең, тік, солтүстік, шығыс компоненттер жер магнетизмінің элементтері деп аталады.
Жердегі магнетизм элементтерінің ешқайсысы уақыт бойынша тұрақты болып қалмайды: олардың шамасы сағаттан сағатқа және жылдан жылға өзгеріп отырады. Мұндай өзгерістер жердегі магнетизм элементтерінің вариациялары деп аталады (Магниттік өзгерістерді қараңыз). Қысқа уақыт кезеңінде (шамамен бір тәулікте) болатын өзгерістер кезеңді болып табылады; олардың периодтары, амплитудалары мен фазалары өте әртүрлі. Элементтердің орташа жылдық мәндерінің өзгеруі монотонды; олардың кезеңділігі бақылаулардың өте ұзақ уақытында ғана (көп ондаған және жүздеген жылдар ретімен) анықталады. Магниттік индукцияның баяу вариациялары секулярлық деп аталады; олардың құны шамамен 10 -8 Т/жыл. Элементтердің зайырлы вариациялары жер шарының ішінде жатқан өріс көздерімен байланысты және Жердің магнит өрісінің өзі сияқты себептерден туындайды. Периодтық сипаттағы жылдам өзгерулер Жерге жақын ортадағы (Ионосфераны, Магнитосфераны қараңыз) электр тогының әсерінен болады және амплитудасы бойынша айтарлықтай өзгереді.
Жердің магнит өрісінің қазіргі заманғы зерттеулері. 21 ғасырдың басына қарай жердегі магнетизмді тудыратын келесі себептерді бөліп көрсету әдеттегідей. Негізгі магнит өрісінің және оның зайырлы вариациясының көзі планетаның өзегінде орналасқан. Аномальді өріс Жердің магниттік белсенді қабығы деп аталатын жұқа жоғарғы қабаттағы көздердің қосындысынан туындайды. Сыртқы өріс Жерге жақын кеңістіктегі көздермен байланысты. Сыртқы шығу өрісі Жердің айнымалы электромагниттік өрісі деп аталады, өйткені ол тек магниттік емес, сонымен қатар электрлік. Негізгі және аномальді өрістер көбінесе «тұрақты геомагниттік өріс» жалпы шартты терминімен біріктіріледі.
Геомагниттік өрісті зерттеудің негізгі әдісі магнит өрісінің кеңістікте таралуын және оның Жер бетіндегі және Жерге жақын кеңістіктегі өзгерістерін тікелей бақылау болып табылады. Бақылаулар ғарыштың әр түрлі нүктелеріндегі жер магнетизмінің элементтерін өлшеуге дейін қысқартылады және магниттік түсірулер деп аталады. Түсірілім орнына қарай жердегі, теңіздік (гидромагниттік), ауалық (аэромагниттік) және спутниктік болып бөлінеді. Зерттеулермен қамтылған аумақтың көлеміне байланысты ғаламдық, аймақтық және жергілікті зерттеулер бөлінеді. Өлшенетін элементтер бойынша түсірулер модульдік (Т-түсірілімдер, онда өріс векторының модулі өлшенеді) және құрамдас (осы вектордың тек бір немесе бірнеше құрамдас бөліктері өлшенеді) болып бөлінеді.
Жердің магнит өрісіне күн плазмасының ағыны – күн желі әсер етеді. Күн желінің Жердің магнит өрісімен әрекеттесуі нәтижесінде Жердің магнитосферасын шектейтін жерге жақын магнит өрісінің сыртқы шекарасы (магнитопаузасы) пайда болады. Магнитосфераның пішіні күн желінің әсерінен үнемі өзгеріп отырады, оның энергиясының бір бөлігі оған еніп, Жерге жақын кеңістікте бар ағымдағы жүйелерге беріледі. Осы ток жүйелерінің әрекетінен болатын уақыт бойынша Жердің магнит өрісінің өзгеруі геомагниттік вариациялар деп аталады және олардың ұзақтығымен де, локализациясымен де ерекшеленеді. Уақытша вариацияның көптеген түрлері бар, олардың әрқайсысының өзіндік морфологиясы бар. Күн желінің әсерінен Жердің магнит өрісі бұрмаланып, Айдың орбитасынан шығып, жүздеген мың километрге созылатын Күннен бағыт бойынша «құйрық» алады.
Жердің дипольдік магниттік моменті шамамен 8·10 22 Ам·м 2 және үнемі азаяды. Ғаламшар бетіндегі геомагниттік өрістің орташа индукциясы шамамен 5·10 -5 Т. Жердің негізгі магнит өрісі (оның центрінен Жердің үш радиусынан кем қашықтықта) центрі Жердің центріне қатысты ығысқан эквивалентті магниттік диполь өрісіне пішіні бойынша жақын. координаталары солтүстік ендік 18 ° және шығыс бойлық 147,8 ° болатын нүкте бағытында шамамен 500 км. Бұл дипольдің осі Жердің айналу осіне 11,5° көлбеу. Бір бұрышта геомагниттік полюстер сәйкес географиялық полюстерден бөлінген. Сонымен бірге оңтүстік геомагниттік полюс Солтүстік жарты шарда орналасқан.
Жердегі магнетизм элементтерінің өзгерістерін ауқымды бақылаулар дүниежүзілік желіні құрайтын магниттік обсерваторияларда жүргізіледі. Геомагниттік өрістің вариациялары арнайы аспаптармен жазылады, өлшеу деректері өңделеді және әлемдік мәліметтерді жинау орталықтарына жіберіледі. Жер магнетизмі элементтерінің кеңістікте таралуының суретін көрнекі түрде бейнелеу үшін контурлық карталар, яғни жер магнетизмінің сол немесе басқа элементтерінің бірдей мәндері бар картадағы нүктелерді қосатын қисық сызықтар құрастырылады (карталарды қараңыз) . Магниттік бейімділіктері бірдей нүктелерді қосатын қисықтар изогондар деп аталады, бірдей магниттік бейімділіктегі қисықтар изоклиндер, Ht векторының бірдей көлденең немесе тік, солтүстік немесе шығыс құраушылары сәйкес компоненттердің изодинамикасы деп аталады. Бірдей өріс өзгерістерінің сызықтары әдетте изокеуектер деп аталады; тең өріс мәндерінің сызықтары (аномальды өріс карталарында) - изоаномалиялар.
Жердегі магнетизмді зерттеу нәтижелері Жерді және Жерге жақын кеңістікті зерттеу үшін қолданылады. Тау жыныстарының магниттелу қарқындылығы мен бағытын өлшеу геомагниттік өрістің уақыт бойынша өзгеруін бағалауға мүмкіндік береді, бұл олардың жасын анықтау және литосфералық плиталар теориясын дамыту үшін негізгі ақпарат болып табылады. Геомагниттік ауытқулар туралы мәліметтер пайдалы қазбаларды магниттік барлауда қолданылады. Жерге жақын кеңістікте, жер бетінен мың немесе одан да көп шақырым қашықтықта оның магнит өрісі ғарыштық сәулелерді бұрып жібереді, планетадағы барлық тіршілікті қатты сәулеленуден қорғайды.
Лит.: Яновский B. M. Жердегі магнетизм. Л., 1978; Калинин Ю.Д. Зайырлы геомагниттік вариациялар. Новосиб., 1984; Колесова В.И.Магниттік картографияның аналитикалық әдістері. М., 1985; Паркинсон В. Геомагнитизмге кіріспе. М., 1986 ж.
Алдыңғы жұлдыздық магнетизм тақырыбын жалғастыра отырып, мен планеталық туралы бірдеңе айтқым келеді. Жердің магнит өрісінің пайда болуы мен табиғатын зерттейтін геофизиканың ерекше саласы геомагнетизм деп аталады. Ол планеталардың магнит өрісінің пайда болуын былай түсіндіреді:
"бастапқы магнит өрісі планетаның сұйық ядросындағы немесе жұлдыздың плазмасындағы электр өткізгіш заттардың қозғалысы (әдетте конвективті немесе турбулентті) нәтижесінде күшейеді".
Бұл « магниттік динамо". Анықтамадан көріп отырғаныңыздай, біз қайтадан электромагнетизмнің қоздырғышы болып табылатын мистикалық бастапқы магнит өрісінің қандай да бір түрі туралы айтып отырмыз. Бірақ бұл бастапқы өрістің қайдан шыққаны туралы еш жерде сөз жоқ. Және бұл түсініктеме қарастырылады. ең дұрысы.
Біртүрлі, өйткені магниттік динамо туралы мақалада тікелей былай делінген: « нақты жағдайда магниттік динамо алынған жоқ". Оны жасау үшін өте күрделі жағдайлар мен қондырғылар қажет. Сонда мұндай қондырғы Күн мен планеталардың ішінен қайдан пайда болуы мүмкін? Оның үстіне планеталардың барлығы дерлік белгілі бір дәрежеде магнетизмге ие, яғни оның шығу тегі табиғаттан тыс ештеңе жоқ дегенді білдіреді. және оның пайда болу шарттары өте қарапайым болуы керек.
Содан кейін жеке планеталарды қарастырайық:
"Дипольді магниттік моменттің кемуінде бірінші орында Юпитер мен Сатурн, одан кейін Жер, Меркурий және Марс, ал Жердің магниттік моментіне қатысты олардың моменттерінің мәні 20 000, 500, 1, 3/5000, 3/10000.".
Көзге түсетін бірінші нәрсе - тізімде Венера жоқ. Венера мен Жердің өлшемдері, орташа тығыздығы және тіпті ішкі құрылымы ұқсас, дегенмен Жердің жеткілікті күшті магнит өрісі бар, ал Венера жоқ. Венераның әлсіз магнит өрісі туралы қазіргі болжамдар Венераның темір өзегінде конвективтік токтар жоқ дегенді білдіреді. Бірақ неге? Егер құрылымы Жердікімен бірдей болса және температурасы жоғары болса, онда ядро да сұйық және бірдей ағынмен болуы керек.
Әрі қарай, Меркурийдің магнит өрісі Марстың магнит өрісінен 2 есе үлкен екені белгілі болды, бірақ ол әлдеқайда аз және сонымен бірге ол Жерден 2000 есе әлсіз. Ғаламшардың температурасы да, көлемі де маңызды емес екен. Мүмкін ядролардағы айырмашылық бар ма?
Жер, Марс, Венера және Меркурий - металл ядросы бар жартасты планеталар. Марстың өзегі салқындап, қатып қалуы мүмкін деген болжам бар. Онда жанартау жоқ, конвекция жоқ, сондықтан магнит өрісі әлсіреген. Дегенмен, қандай да бір себептермен ол осы уақыт бойы магнитсізденген жоқ. Венера жағдайында керісінше. Мұнда сізде температура да, вулканизм де бар, бірақ өріс жоқ.
Уран мен Нептунның магнит өрістері, Күн жүйесінің барлық басқа планеталарынан айырмашылығы, диполь емес, төрт полюсті, яғни. олардың 2 солтүстік және 2 оңтүстік полюстері бар. Бұл конвекция теориясына мүлдем сәйкес келмейді.
Сонымен қатар, газ алыптарының планеталарында металл өзегі мүлде жоқ деген пікір бар. Сонымен, магнит өрісі қайдан пайда болады? Ал пропорциялар қайтадан жауап бермейді. Юпитер мен Сатурн мөлшері мен құрамы бірдей, бірақ олардың магнит өрістері 40 есе ерекшеленеді!
Күнге дейінгі қашықтықты және оның ықтимал әсерін де алып тастау керек. Сонда не қалады? Ал көп нәрсе қалған жоқ. Бізде тікелей анықтама бар - жұлдыздық және планеталық магнетизмді түсіндіру арасындағы байланыс. олардың ортақ табиғаты. Және бұл табиғат әлі анық емес және нақты ғылыми түсіндірмесі болмаса да, процестердің жалпылығы бір мәнді.
Шамасы, біз әлі күнге дейін планеталардың шаңнан пайда болуы туралы теорияның қателігін мойындауымыз керек. Процестердің мұндай ортақтығы менің тұжырымдарымды растай алады: планеталар жұлдыздардың сәулеленуі және олармен көп ортақ нәрсе бар, атап айтқанда, олардың тереңдігінде олар өздерін тудырған жұлдыздың бір бөлігін алып жүреді, оның өзі Ақ тесіктің бөлігі болып табылады. . Ұқсас планеталардың магнит өрісінің күшіндегі мұндай сәйкессіздік олардың жас айырмашылығына байланысты болуы мүмкін, бұл туралы мен бірнеше рет жазғанмын. Эжекциядан кейін әртүрлі планеталар жанбаған жұлдыздық заттардың әртүрлі мөлшерін алды, бір жерде ол бұрын қолданылған, сондықтан магнит өрісі әлсіреген, бірақ бір жерде әлі жоқ. Салқындатылған металл ядросы жұлдызды бөлшек жануды тоқтатқан сұйық ядро сияқты өзінің магниттелуін тез жоғалтады. Магниттік динамо жоқ - табиғи құбылыс болу өте қиын және магнетизм зарядсыз тез жоғалады.
Менің ойымша, жақын арада ғылым планеталар мен жұлдыздардың эволюциялық процестерін түсінуде үлкен революцияға тап болады. өмір сүрер еді.
Жердің айналасында әртүрлі өрістер бар, GO-ға ең маңызды әсер гравитациялық және магниттік болып табылады.
Гравитация өрісіЖерде бұл гравитация өрісі. Гравитация - жердің айналуы нәтижесінде пайда болатын ауырлық күші мен орталықтан тепкіш күш арасындағы нәтиже күші. Центрден тепкіш күш экваторда өзінің максимумына жетеді, бірақ бұл жерде де ол аз және ауырлық күшінің 1/288 бөлігін құрайды. Жердегі ауырлық күші негізінен жердің ішіндегі және бетіндегі массалардың таралуы әсер ететін тартылыс күшіне тәуелді. Ауырлық күші жердің барлық жерінде әрекет етеді және геоидтың бетіне штурман сызығы бойынша бағытталған. Гравитациялық өрістің қарқындылығы полюстерден экваторға қарай (орталықтан тепкіш күш экваторда үлкен), бетінен жоғарыға (36000 км биіктікте ол нөлге тең) және бетінен төменге (орталықта) біркелкі төмендейді. Жер, тартылыс күші нөлге тең).
қалыпты гравитациялық өрісЖер массаларының біркелкі таралуы бар эллипсоид пішініне ие болатындай Жер деп аталады. Белгілі бір нүктедегі нақты өрістің қарқындылығы қалыптыдан ерекшеленеді және гравитациялық өрістің аномалиясы пайда болады. Аномалиялар оң және теріс болуы мүмкін: тау жоталары қосымша масса жасайды және оң аномалияларды, мұхиттық ойыстарды, керісінше, теріс әсер ету керек. Бірақ іс жүзінде жер қыртысы изостатикалық тепе-теңдікте.
изостазия(грек тілінен isostasios – салмағы бойынша тең) – қатты, салыстырмалы түрде жеңіл жер қыртысын неғұрлым ауыр мантиямен теңестіру. Тепе-теңдік теориясын 1855 жылы ағылшын ғалымы Г.Б. Әуе. Изостазияға байланысты тепе-теңдіктің теориялық деңгейінен жоғары массалардың артық болуы олардың төменірек жетіспеушілігіне сәйкес келеді. Бұл астеносфера қабатындағы белгілі бір тереңдікте (100-150 км) заттың бетінде масса жетіспейтін жерлерге ағуынан көрінеді. Өтемі әлі толық орындалмаған жас таулардың астында ғана әлсіз оң ауытқулар байқалады. Бірақ тепе-теңдік үздіксіз бұзылады: шөгінділер мұхиттарға шөгеді, ал олардың салмағынан мұхиттардың түбі шөгеді. Екінші жағынан, таулар бұзылады, олардың биіктігі төмендейді, яғни олардың массасы да азаяды.
Жердің гравитациялық өрісі табиғаты үшін өте маңызды:
1. Гравитация Жер фигурасын жасайды, ол жетекші эндогендік күштердің бірі. Оның арқасында атмосфералық жауын-шашын түседі, өзендер ағады, жер асты суларының горизонттары қалыптасады, еңіс процестері байқалады. Төменгі мантиядағы гравитациялық дифференциация процесінде жүзеге асырылатын зат массаларының қысымы радиоактивті ыдыраумен бірге жылу энергиясын тудырады - литосфераны қалпына келтіретін ішкі (эндогендік) процестердің көзі.
2. Жердің тартылыс күші жердің ішкі затын конденсациялады және оның химиялық құрамына қарамастан тығыз ядро түзді.
3. Ауырлық күші планетаның газ және су қабықшаларын ұстап тұрады. Ғаламшар атмосферасынан ең жеңіл молекулалар, сутегі мен гелий ғана шығады.
4. Ауырлық күші жер қыртысының изостатикалық тепе-теңдікке бейімділігін анықтайды. Гравитация таулардың максималды биіктігін құрайды; Біздің Жерде 9 км-ден биік таулар болмайды деп есептеледі.
5. Астеносфера – литосфераның қозғалуына мүмкіндік беретін жылумен жұмсартылған қабат – бұл да ауырлық күшінің функциясы, өйткені заттың балқуы жылу мөлшері мен сығылу мөлшерінің – қысымның қолайлы қатынасында жүреді.
6. Гравитациялық өрістің сфералық фигурасы жер бетіндегі жер бедерінің екі негізгі түрін анықтайды – конустық және жазық, олар симметрияның екі әмбебап формасына – конустық және екі жақты сәйкес келеді.
7. Жердің ортасына қарай төмен қарай тартылу күші жануарлардың тік күйін сақтауға көмектеседі.
Жер қыртысының беткі қабатының жылу режимі (орта есеппен 30 м-ге дейін) күн жылуымен анықталатын температураға ие. ол гелиометриялық қабатмаусымдық температура ауытқуларын бастан кешіреді. Төменде бақылау орнының орташа жылдық температурасына сәйкес келетін тұрақты температураның (шамамен 20 м) одан да жіңішке көкжиегі орналасқан. Тұрақты қабаттың астында температура тереңдеген сайын артады геотермиялық қабат. Бір-бірімен байланысты екі концепцияда бұл өсудің шамасын сандық түрде анықтау. Жерге 100 метр тереңдеген кезде температураның өзгеруі деп аталады геотермиялық градиент(0,1-ден 0,01 0 С/м-ге дейін ауытқиды және тау жыныстарының құрамына, олардың пайда болу жағдайларына байланысты) және температураның 1 0 жоғарылауын алу үшін тереңдету қажет плюб сызығының бойындағы қашықтық, аталады геотермиялық кезең(10-нан 100 м / 0 С-ге дейінгі диапазондар).
Жердегі магнетизм- ядро мен мантия шекарасында жүретін процестерден туындаған оның айналасында магнит өрісінің болуын анықтайтын Жердің қасиеті. Адамзат алғаш рет Жердің магнит екенін В.Гильберттің еңбектерінің арқасында білді.
Магнитосфера- Жердің магнит өрісінде қозғалатын зарядталған бөлшектермен толтырылған Жерге жақын кеңістік аймағы. Ол планетааралық кеңістіктен магнитопауза арқылы бөлінген. Бұл магнитосфераның сыртқы шекарасы.
Магнит өрісінің пайда болуы ішкі және сыртқы себептерге негізделген. Тұрақты магнит өрісі планетаның сыртқы ядросында пайда болатын электр тогының әсерінен пайда болады. Күн корпускулярлық ағындары Жердің ауыспалы магнит өрісін құрайды. Жердің магнит өрісінің күйін көрнекі түрде бейнелеу магниттік карталармен қамтамасыз етіледі. Магниттік карталар бес жылдық кезеңге – магниттік дәуірге жасалады.
Жер біркелкі магниттелген шар болса, оның қалыпты магнит өрісі болар еді. Бірінші жуықтаудағы жер магниттік диполь – ол ұштарында қарама-қарсы магниттік полюстері бар таяқша. Дипольдің магнит осінің жер бетімен қиылысу орындары деп аталады геомагниттік полюстер. Геомагниттік полюстер географиялық полюстермен сәйкес келмейді және 7-8 км/жыл жылдамдықпен баяу қозғалады. Нақты магнит өрісінің қалыптыдан (теориялық есептелген) ауытқуы магниттік аномалиялар деп аталады. Олар магниттік жыныстардың жер бетіне жақын орналасуымен байланысты ғаламдық (Шығыс Сібір сопақ), аймақтық (КМА) және жергілікті болуы мүмкін.
Магнит өрісі үш шамамен сипатталады: магниттік ауытқу, магниттік бейімділік және қарқындылық. Магниттік ауытқу- географиялық меридиан мен магниттік иненің бағыты арасындағы бұрыш. Егер компас инесінің солтүстік шеті географиялық бағыттан шығысқа қарай ауытқыса, көлбеу шығыс (+), ал ине батысқа ауытқыған кезде батыс (-) болады. Магниттік бейімділік- горизонталь жазықтық пен көлденең осьте ілінген магниттік иненің бағыты арасындағы бұрыш. Көрсеткінің солтүстік шеті төмен қараған кезде көлбеу оң, ал солтүстік шеті жоғары қараған кезде теріс болады. Магниттік бейімділік 0-ден 90 0-ге дейін өзгереді. Магнит өрісінің күші сипатталады кернеу.Магнит өрісінің кернеулігі экваторда аз 20-28 А/м, полюсте - 48-56 А/м.
Магнитосфера көз жасы тәрізді пішінге ие. Күнге қараған жағында оның радиусы Жердің 10 радиусына тең, түн жағында «күн желінің» әсерінен 100 радиусқа дейін артады. Пішін Жердің магнитосферасына соғылып, оны айналып өтетін күн желінің әсерінен пайда болады. Магнитосфераға жеткен зарядталған бөлшектер магнит өрісінің сызықтары бойымен қозғалып, қалыптаса бастайды радиациялық белдеулер.Ішкі радиациялық белдеу протондардан тұрады және экватордан 3500 км биіктікте максималды концентрацияға ие. Сыртқы белдеу электрондар арқылы қалыптасады және 10 радиусқа дейін созылады. Магниттік полюстерде радиациялық белдеулердің биіктігі төмендейді, мұнда зарядталған бөлшектер атмосфераға еніп, атмосфералық газдарды иондайтын және полярлық сәулелерді тудыратын аймақтар пайда болады.
Магнитосфераның географиялық маңызы өте зор: ол Жерді корпускулярлық күн және ғарыштық радиациядан қорғайды. Пайдалы қазбаларды іздеу магниттік аномалиялармен байланысты. Магниттік күш сызықтары туристер мен кемелердің ғарышта жүруіне көмектеседі.
Сонау он тоғызыншы ғасырда Англиядан келген Шустер есімді ғалым Жердің магнетизмі неден тұратынын түсініп, түсіндіргісі келді. Ол оның өз осінің айналасында айналуынан туындады деп есептеді. Ресейде бұл мәселеге физик П.Лебедев үлкен көңіл бөлді. Оның теориясына сәйкес, орталықтан тепкіш күштердің әсерінен атомдардағы электрондар біздің планетаға қарай ығысады. Осыған байланысты бет міндетті түрде теріс зарядқа ие болуы керек және бұл өз кезегінде магнетизмнің пайда болуына әкеледі.
Алайда бұл теория дұрыс емес болып шықты. Дөңгелектің орасан зор жылдамдықпен айналуымен тәжірибелер жүргізгеннен кейін одан магнетизм табылмады. Зерттеуші Гельберт біздің планетаның магниттік табиғаты бар толығымен тастан жасалғанын мәлімдеді. Күннің әсерінен Жер магниттелді деген көзқарастар да болды. Дегенмен, бұл теориялардың барлығы тиісті зерттеулер жүргізілгеннен кейін олардың өміршеңдігінің толық жоқтығын көрсетті.
Жердің магнит өрісінің теориясы
Көптеген зерттеушілер планетаның сұйық ядросы бар деп есептеді, бұл магнетизмді тудырады және бұл көзқарас ғылымда әлі де бар. Зерттеуші Блэкетт ХХ ғасырдың ортасында планеталардың магнит өрісі ғылымға әлі белгісіз қандай да бір заңдылықпен байланысты деген болжам жасады.
Ол магнетизмнің табиғатындағы көптеген нүктелерді түсіндіруге көмектесетін теорияны жасады. Дәл сол кезде ғалымдар біздің планетамыздың, Күннің, сондай-ақ E78 кодтық белгісіндегі жұлдыздың айналу жылдамдығының және қандай магниттік өрістерге ие екенін дәл анықтай алды.
Физикадан белгілі болғандай, мысалы, Жер мен Күннің магнит өрістері олардың бұрыштық импульсі сияқты байланысты. Ғалымдар аспан денелерінің айналуы мен олардың магнетизмі арасында қандай да бір байланыс бар деген болжам жасады. Содан кейін зерттеушілер денелердің айналуы магнетизмнің пайда болуына әкеледі деген пікірде болды.
Сол кездегі ғалымдардың эксперименттеріне қарамастан, олар бұл сұраққа нақты жауап бере алмады және магнетизмнің табиғатын түсіндіруге тырысқан көптеген ғылыми тәжірибелер тек қосымша сұрақтарды қосты. Сайып келгенде, физика мен астрономия дамығаннан кейін ғана зерттеушілер бұл жұмбақ құбылыстың табиғатын жақсырақ түсіне бастады. Дегенмен, сұрақтар әлі де қалды.
Сұрақ туындайды, біздің планетамыздың айналуы магнит өрісінің бұзылуына әкеледі ме, әлде магниттік планетаның айналуына әкеледі ме? Мүмкін біздің планетамыз өз осінің айналасында үнемі айналатын шығар, өйткені ол жоғары зарядталған бөлшектер ағынындағы алып магнит.
Магнитизм және планетаның өзегі
Физика саласындағы жаңа білімдердің арқасында планетаның өзегі мен магнетизм арасындағы айқын байланысты дәлелдеу мүмкін болды. Ғалымдардың зерттеулері, мысалы, біздің жер серігіміз Айдың өз магнит өрісінің жоқтығын және ғарыш аппараттарының өлшемдерінің арқасында оның бұл өрістің жоқтығын нақты анықтауға болатынын көрсетті. Ғалымдар Арктика мен Антарктидадағы планетаның ағындарын зерттеу барысында қызықты деректерді тапты. Кәдімгі ендіктердегі олардың қарқындылығынан бірнеше есе жоғары электр тогының белсенділігі өте жоғары екені анықталды. Бұл электрондардың полярлық қалпақшаларда орналасқан магниттік полюстердің аймақтары арқылы планетаға көп мөлшерде енетінін көрсетеді.
Күннің белсенділігі күрт артқанда, біздің планетамыздың электр тогының өсуі байқалады. Қазіргі уақытта ғалымдар планетадағы электр тогының пайда болуы Жер ядросының массасының ағыны мен ғарыштан электрондардың тұрақты ағынынан туындайды деп есептейді. Жаңа зерттеулер, әрине, Жердің магнетизмінің табиғатын нақтылауды жалғастырады және біз әлі де осы құбылыс туралы көптеген қызықты фактілерді білетін боламыз.
