Як виникає люмінесценція? Деякі речовини здатні до світіння під впливом будь-якого джерела енергії. Якщо таким джерелом є електророзряд, це електролюмінесценція. Люмінесцентні трубки використовуються для освітлення будинків та для світлової.

Як виникає сміх? Напевно, немає людей, які не люблять сміятися. Відомо багато, щоправда, не дуже достовірних свідчень про користь сміху здоров'ю. Але звідки він береться? Наука серйозно займається цим питанням. Існує навіть міжнародне суспільство з вивчення

Магнітне поле Землі – це освіта, що породжується джерелами всередині планети. Воно є об'єктом дослідження відповідного розділу геофізики. Далі розглянемо докладніше, що являє собою магнітне поле Землі, як воно утворюється.

Загальна інформація

Недалеко від Землі, приблизно з відривом трьох її радіусів, силові лінії від магнітного поля розташовуються за системою " двох полярних зарядів " . Тут знаходиться область, звана "плазмовою сферою". З віддаленням від поверхні планети зростає вплив потоку іонізованих частинок із сонячної корони. Це веде до стиску магнітосфери з боку Сонця, і навпаки, магнітне поле Землі витягується зі зворотного, тіньового боку.

Плазмова сфера

Відчутний вплив на поверхневе магнітне поле Землі робить спрямований рух заряджених частинок у верхніх шарах атмосфери (іоносфери). Місце розташування останньої - від ста кілометрів і від поверхні планети. Магнітне поле Землі утримує плазмосферу. Однак її структура сильно залежить від активності сонячного вітру та взаємодії його з утримуючим шаром. І частота магнітних бур на нашій планеті обумовлена ​​спалахами на Сонці.

Термінологія

Існує поняття "магнітна вісь Землі". Це пряма, яка проходить через відповідні полюси планети. "Магнітним екватором" називається велике коло площини, перпендикулярне цій осі. Вектор має наближений до горизонтального напрямок. Усереднена напруженість магнітного поля Землі значно залежить від географічне розташування. Приблизно вона дорівнює 05 Е, тобто 40 А/м. На магнітному екваторі цей показник дорівнює приблизно 0,34 Е, а поблизу полюсів він близький до 0,66 Е. У деяких аномаліях планети, наприклад, в межах Курської аномалії, показник збільшений і становить 2 Е. Силові лінії магнітосфери Землі зі складною будовою , Спроектовані на її поверхню і сходяться на її ж полюсах, звуться "магнітних меридіанів".

природа виникнення. Припущення та припущення

Нещодавно отримало право на існування припущення про зв'язок виникнення магнітосфери Землі з течією струму в рідкометалевому ядрі, що знаходиться на відстані чверті-третини радіусу нашої планети. У вчених є припущення і про так звані "телуричні струми", що протікають поблизу земної кори. Слід сказати, що з часом відбувається трансформація формування. Магнітне поле Землі неодноразово змінювалося останні сто вісімдесят років. Це зафіксовано в океанічній корі і про це свідчать дослідження залишкової намагніченості. Шляхом зіставлення ділянок з обох боків хребтів океану визначають час розбіжності цих ділянок.

Зсув магнітних полюсів Землі

Розташування цих ділянок планети є непостійним. Реєструється факт їх зміщень вже з кінця ХІХ століття. У Південній півкулі магнітний полюс змістився за цей час на 900 км і опинився в акваторії Індійського океану. У Північній частині відбуваються аналогічні процеси. Тут полюс зміщується у напрямку магнітної аномалії в Східному Сибіру. З 1973 по 1994 роки відстань, на яку зрушила тут ділянку, становила 270 км. Ці заздалегідь розраховані дані підтвердилися пізніше замірами. За останніми даними, швидкість руху магнітного полюса Північної півкулі значно збільшилася. Вона зросла з 10 км/рік у сімдесятих роках минулого століття до 60 км/рік на початку нинішнього. У цьому напруженість у земного магнітного поля нерівномірно зменшується. Так, за останні 22 роки вона в окремих місцях знизилася на 1.7%, а десь на 10%, хоча є й ділянки, де вона навпаки зросла. Прискорення у зміщенні магнітних полюсів (приблизно на 3 км на рік) дає привід припустити, що їхнє переміщення, що спостерігається сьогодні, не є екскурс, це чергова інверсія.

Це опосередковано підтверджується і збільшенням про " полярних щілин " Півдні і півночі магнітосфери. У розширення, що утворилися, стрімко проникає іонізований матеріал сонячної корони і космосу. Від цього в приполярних областях Землі збирається все більша кількість енергії, що саме по собі загрожує додатковим розігрівом полярних крижаних шапок.

Координати

У науці, що вивчає космічні промені, використовують координати геомагнітного поля, названі на честь вченого Мак-Ілвайна. Він першим запропонував використовувати їх, оскільки вони ґрунтуються на змінених варіантах активності заряджених елементів у магнітному полі. Для точки використовуються дві координати (L, B). Вони характеризують магнітну оболонку (параметр Мак-Ілвайна) та індукцію поля L. Останній - параметр, що дорівнює співвідношенню середнього видалення сфери від центру планети до його радіусу.

"Магнітний спосіб"

Кілька тисячоліть тому китайці зробили дивовижне відкриття. Вони з'ясували, що намагнічені предмети здатні розташовуватись у певному напрямку. А в середині шістнадцятого століття Георг Картманн – німецький вчений – зробив чергове відкриття у цій галузі. Так виникло поняття "магнітний спосіб". Під цією назвою мається на увазі кут відхилення стрілки вгору або вниз від горизонтальної поверхні під впливом магнітосфери планети.

З історії досліджень

В області північного магнітного екватора, відмінного від географічного, північний кінець відходить вниз, а в південному, навпаки, – вгору. В 1600 англійським лікарем Вільямом Гільбертом вперше були зроблені припущення про наявність магнітного поля Землі, що викликає певну поведінку предметів, попередньо намагнічених. У своїй книзі він описав досвід із кулею, забезпеченою залізною стрілкою. В результаті досліджень він дійшов висновку про те, що Земля є великим магнітом. Експерименти проводив і англійський астроном Генрі Геллібрант. В результаті своїх спостережень він дійшов висновку про те, що магнітне поле Землі схильне до повільних змін.

Хосе де Акоста описав можливість використання компасу. Він також встановив, чим відрізняються Магнітний та Північний полюси, а в його знаменитій Історії (1590 р.) була обґрунтована теорія про лінії без магнітного відхилення. Значний внесок у вивчення питання вніс і Христофор Колумб. Йому належить відкриття мінливості магнітного відмінювання. Трансформації поставлені у залежність від зміни географічних координат. Магнітне відмінювання - це кут відхилення стрілки від напрямку Північ-Південь. У зв'язку з відкриттям Колумба активізувалося дослідження. Відомості про те, що являє собою магнітне поле Землі, вкрай необхідні були мореплавцям. Працював над цією проблемою і М. В. Ломоносов. Він вивчення земного магнетизму рекомендував вести системні спостереження, використовуючи при цьому постійні пункти (подібність обсерваторій). Також дуже важливо було, на думку Ломоносова, здійснювати і на море. Ця думка великого вченого була реалізована в Росії через шістдесят років. Відкриття Магнітного полюса на Канадському архіпелазі належить полярному досліднику англійцю Джону Россу (1831). А в 1841 році він відкрив інший полюс планети, але вже в Антарктиді. Гіпотезу про походження магнітного поля Землі висунув Карл Гаус. Незабаром він довів, що більшість його живиться з джерела всередині планети, але причина його незначних відхилень перебуває у зовнішньому середовищі.

Більшість планет Сонячної системи тією чи іншою мірою мають магнітні поля.
Спеціальний розділ геофізики, що вивчає походження та природу магнітного поля Землі, називається геомагнетизмом. Геомагнетизм розглядає проблеми виникнення та еволюції основної, постійної складової геомагнітного поля, природа змінної складової (приблизно 1% від основного поля), а так само структура магнітосфери – найвищих намагнічених плазмових шарів земної атмосфери, що взаємодіють із сонячним вітром і захищають Землю . Важливим завданням є вивчення закономірностей варіацій геомагнітного поля, оскільки вони зумовлені зовнішніми впливами, пов'язаними насамперед із сонячною активністю.

Це може бути дивно, але сьогодні немає єдиної точки зору на механізм виникнення магнітного поля планет, хоча майже загальновизнаною є гіпотеза магнітного гідродинамо, заснована на визнанні існування струмопровідного рідкого зовнішнього ядра. Теплова конвекція, тобто перемішування речовини у зовнішньому ядрі, сприяє утворенню кільцевих електричних струмів. Швидкість переміщення речовини у верхній частині рідкого ядра буде дещо меншою, а нижніх шарів – більше щодо мантії у першому випадку та твердого ядра – у другому. Подібні повільні течії викликають формування кільцеподібних (тороїдальних) замкнутих за формою електричних полів, що не виходять за межі ядра. Завдяки взаємодії тороїдальних електричних полів із конвективними течіями у зовнішньому ядрі виникає сумарне магнітне поле дипольного характеру, вісь якого приблизно збігається з віссю обертання Землі. Для "запуску" подібного процесу необхідне початкове, хоча б дуже слабке, магнітне поле, яке може генеруватися гіромагнітним ефектом, коли тіло, що обертається, намагнічується в напрямку осі його обертання.

Не останню роль грає і сонячний вітер – потік заряджених частинок, переважно протонів та електронів, що йдуть від Сонця. Для Землі сонячний вітер є потік заряджених частинок постійного напрямку, а це не що інше, як електричний струм.

Відповідно до визначення напрями струму він спрямований у бік, протилежну руху негативно заряджених частинок (електронів), тобто. від Землі до Сонця. Частинки, що утворюють сонячний вітер, що володіють масою та зарядом, захоплюються верхніми шарами атмосфери у бік обертання Землі. У 1958 році було відкрито радіаційний пояс Землі. Це величезна зона в космосі, що охоплює Землю у сфері екватора. У радіаційному поясі основними носіями зарядів є електрони. Їхня щільність на 2 – 3 порядку перевищує щільність інших носіїв зарядів. І таким чином існує електричний струм, викликаний спрямованим круговим рухом частинок сонячного вітру, що захоплюються круговим рухом Землі, що породжує електромагнітне "вихрове" поле.

Слід зазначити, що магнітний потік, викликаний струмом сонячного вітру, пронизує і потік розжареної лави, що обертається разом із Землею всередині неї. В результаті цієї взаємодії в ній наводиться електрорушійна сила, під дією якої тече струм, який створює магнітне поле. Внаслідок цього магнітне поле Землі є результуючим полем від взаємодії струму іоносфери та струму лави.

Реально існуюча картина магнітного поля Землі залежить тільки від зміни струмового шару, а й від магнітних властивостей земної кори, а як і від відносного розташування магнітних аномалій. Тут можна провести аналогію з контуром зі струмом за наявності феромагнітного сердечника і без нього. Відомо, що феромагнітний сердечник як змінює конфігурацію магнітного поля, а й значно посилює його.

Достовірно встановлено, що магнітне поле Землі реагує на сонячну активність, проте якщо пов'язувати виникнення магнітного поля планет тільки з струмовими шарами в рідкому ядрі, що взаємодіють із сонячним вітром, то можна зробити висновок, що планети сонячної системи, що мають однаковий напрямок обертання, повинні мати однаковий напрямок. магнітних полів Однак, наприклад, Юпітер спростовує це твердження.

Цікаво, що при взаємодії сонячного вітру зі збудженим магнітним полем Землі, на Землю діє крутний момент, спрямований у бік обертання Землі. Таким чином, Земля щодо сонячного вітру поводиться аналогічно двигуну постійного струму з самозбудженням. Джерелом енергії (генератором) у разі є Сонце. Оскільки і магнітне поле, і момент, що обертає, що діє на землю, залежать від струму Сонця, а останній від ступеня сонячної активності, то при збільшенні сонячної активності повинен збільшуватися момент, що діє на Землю і збільшуватися швидкість її обертання.

Складові геомагнітного поля

Власне магнітне поле Землі (геомагнітне поле) можна розділити на наступні три основні частини – основне (внутрішнє) магнітне поле Землі, включаючи світові аномалії, магнітні поля локальних областей зовнішніх оболонок; змінне (зовнішнє) магнітне поле Землі.

1. ОСНОВНЕ МАГНІТНЕ ПОЛЕ ЗЕМЛІ (внутрішнє) , що зазнає повільних змін у часі (вікові варіації) з періодами від 10 до 10 000 років, зосередженими в інтервалах 10-20, 60-100, 600-1200 і 8000 років. Останній пов'язаний із зміною дипольного магнітного моменту у 1,5–2 рази.

Магнітні силові лінії, створені на комп'ютерній моделі геодинамо, показують, наскільки структура магнітного поля Землі простіше її межами, ніж усередині ядра (сплутані трубочки у центрі). На поверхні Землі більшість ліній магнітного поля виходить зсередини (довгі жовті трубочки) біля Південного полюса і входить всередину (довгі блакитні трубочки) біля Північного.

Більшість людей зазвичай не замислюються, чому стрілка компаса показує північ чи південь. Але магнітні полюси планети не завжди розташовувалися так, як сьогодні.

Дослідження мінералів показують, що магнітне поле Землі за 4-5 млрд. років існування планети змінювало свою орієнтацію з півночі на південь та назад сотні разів. Однак протягом останніх 780 тис. років нічого подібного не відбувалося, незважаючи на те, що середній період зміни магнітних полюсів – 250 тис. років. Крім того, геомагнітне поле ослабло майже на 10% з того часу, як воно вперше було виміряно в 30-х роках. ХІХ ст. (Тобто майже в 20 разів швидше, ніж якби, втративши джерело енергії, воно знизило свою силу природним шляхом). Чи наступна зміна полюсів?

Джерело коливань магнітного поля заховано у центрі Землі. Наша планета, подібно до інших тіл Сонячної системи, створює своє магнітне поле за допомогою внутрішнього генератора, принцип роботи якого такий же, як і звичайного електричного, що перетворює кінетичну енергію своїх частинок, що рухаються в електромагнітне поле. У електрогенераторі рух відбувається у витках котушки, а всередині планети чи зірки – у провідній рідкій субстанції. Величезна маса розплавленого заліза об'ємом у 5 разів більше Місяця циркулює у серцевині Землі, утворюючи так зване геодинамо.

За останні десять років вчені розробили нові підходи до дослідження роботи геодінамо та його магнітних властивостей. Супутники передають чіткі моментальні фото геомагнітного поля на поверхні Землі, а сучасні методи комп'ютерного моделювання та створені в лабораторіях фізичні моделі допомагають інтерпретувати дані орбітальних спостережень. Проведені експерименти наштовхнули вчених на нове пояснення того, як відбувалася переполяризація у минулому та як вона може розпочатись у майбутньому.

У внутрішній будівлі Землі виділяється розплавлене зовнішнє ядро, де складна турбулентна конвекція генерує геомагнітне поле.

Енергія геодинамо

Що ж приводить у дію геодинамо. До 40-х років. минулого століття фізики визнавали три необхідні умови утворення магнітного поля планети, і подальші наукові побудови виходили з цих положень. Перша умова – великий обсяг електропровідної рідкої маси, насиченої залізом, що утворює зовнішнє ядро ​​Землі. Під ним розташоване внутрішнє ядро ​​Землі, що складається майже із чистого заліза, а над ним – 2900 км твердих порід щільної мантії та тонкої земної кори, що утворює континенти та ложе океану. Тиск на ядро, створюване земною корою та мантією, у 2 млн. разів вище, ніж на Землі. Температура ядра також дуже висока – близько 5000о за Цельсієм, як і температура поверхні Сонця.

Вищеописані параметри екстремального середовища визначають другу вимогу до роботи геодинамо: необхідність джерела енергії для приведення в рух рідкої маси. Внутрішня енергія термального, хімічного походження створює всередині ядра умови виштовхування. Ядро більше розігрівається унизу, ніж нагорі. (Високі температури "замуровані" всередині нього з часів утворення Землі.) Це означає, що більш розігріта, менш щільна металева складова ядра прагне вгору. Коли рідка маса досягає верхніх шарів, вона втрачає частину свого тепла, віддаючи його мантії. Потім рідке залізо остигає, стаючи щільнішим, ніж навколишня маса, і опускається. Процес переміщення тепла шляхом підняття та опускання рідкої маси отримав назву теплової конвекції.

Третя необхідна умова підтримки магнітного поля – обертання Землі. Виникаюча при цьому сила Коріоліса відхиляє рух рідкої маси, що піднімається всередині Землі так само, як вона повертає океанічні течії і тропічні циклони, вихори переміщення яких видно на космічних знімках. У центрі Землі сила Коріоліса закручує рідку масу, що піднімається, у штопор або спіраль, подібно до відірваної пружини.

Земля має насичену залізом рідку масу, зосереджену в її центрі, енергію, достатню для підтримки конвекції, і силу Коріоліса, що закручує конвекційні потоки. Цей чинник украй важливий підтримки роботи геодинамо протягом мільйонів років. Але потрібні нові знання, щоб відповісти на питання про те, як утворюється магнітне поле і чому час від часу полюси міняються місцями.

Переполяризація

Вчені давно задавалися питанням, чому магнітні полюси Землі іноді міняються місцями. Останні дослідження вихрових переміщень розплавлених мас усередині Землі дозволяють зрозуміти, як відбувається переполяризація.

Магнітне поле, значно інтенсивніше і складніше поля ядра, всередині якого і утворюються магнітні коливання, було виявлено на межі мантії та ядра. Виникають у серцевині електроструми перешкоджають безпосереднім вимірюванням його магнітного поля.

Важливо, що більшість геомагнітного поля утворюється лише чотирьох великих областях межі ядра і мантії. Хоча геодинамо продукує дуже сильне магнітне поле, лише 1% його енергії поширюється поза ядра. Загальна конфігурація магнітного поля, виміряного на поверхні, зветься диполя, який більшу частину часу орієнтований по земній осі обертання. Як і в полі лінійного магніту, основний геомагнітний потік спрямований від центру Землі у Південній півкулі та до центру – у Північній. (Стрілка компаса вказує на північний географічний полюс, оскільки поруч знаходиться південний магнітний полюс диполя.) Космічні спостереження показали, що магнітний потік має нерівномірний глобальний розподіл, найбільша напруженість простежується на Антарктичному узбережжі, під Північною Америкою та Сибіром.

Ульріх Крістенсен (Ulrich R. Christensen) з Науково-дослідного інституту Сонячної системи Макса Планка в Катленбурзі-Ліндау, Німеччина, вважає, що ці великі ділянки землі існують тисячі років і підтримуються конвекцією всередині ядра, що постійно розвивається. Чи можуть аналогічні явища бути причиною зміни полюсів? Історична геологія свідчить, що зміни полюсів відбувалися відносно короткі проміжки часу – від 4 тис. до 10 тис. років. Якби геодинамо припинило свою роботу, диполь існував би ще 100 тис. років. Швидка зміна полярності дає підстави вважати, що якесь нестійке становище порушує початкову полярність і викликає нову зміну полюсів.

В окремих випадках таємнича нестійкість може пояснюватись деякою хаотичною зміною структури магнітного потоку, яка лише випадково призводить до переполяризації. Проте частота зміни полярності, що проявляється дедалі стійкіше протягом останніх 120 млн. років, свідчить про можливості зовнішнього регулювання. Однією з причин може бути перепад температури в нижньому шарі мантії, і внаслідок цього – зміна характеру виливів ядра.

Деякі симптоми переполяризації були виявлені під час аналізу карт, які були зроблені з супутників Magsat та Oersted. Готьє Гюло (Gauthier Hulot) та його колеги з Паризького геофізичного інституту відзначили, що тривалі зміни геомагнітного поля виникають на межі ядра та мантії в тих місцях, де напрямок геомагнітного потоку назад нормальному для цієї півкулі. Найбільша з так званих ділянок зворотного магнітного поля простяглася з південного краю Африки на захід до Південної Америки. На цій ділянці магнітний потік спрямований всередину, до ядра, тоді як більшість його в Південній півкулі спрямована з центру.

Райони, де магнітне поле спрямоване в протилежну для цієї півкулі сторону, виникають при випадковому прориві закручених і петляючих ліній магнітного поля за межі ядра Землі. Ділянки зворотного магнітного поля можуть істотно послабити магнітне поле лежить на поверхні Землі, зване диполем, і свідчити початку зміни земних полюсів. Вони з'являються, коли рідка маса, що піднімається, проштовхує горизонтальні магнітні лінії вгору в розплавленому зовнішньому ядрі. Такий конвективний вилив іноді закручує та видавлює магнітну лінію (а). Одночасно сили обертання Землі викликають гвинтову циркуляцію розплаву, яка може затягнути петлю на магнітній лінії, що видавлена ​​(б). Коли сила виштовхує досить велика, щоб викинути петлю з ядра, на межі ядро-мантія утворюється пара ділянок магнітного потоку.

Найсерйозніше відкриття, зроблене при порівнянні останніх вимірювань, отриманих з Oersted, і проведених в 1980 р., полягало в тому, що нові ділянки зворотного магнітного поля продовжують формуватися, наприклад, на межі ядро-мантії під східним узбережжям Північної Америки та Арктикою. Більше того, раніше виявлені ділянки виросли і трохи зрушили у бік полюсів. Наприкінці 80-х років. XX ст. Девід Габбінс (David Gubbins) з Лідського університету в Англії, вивчаючи старі карти геомагнітного поля, зазначив, що поширення, зростання та зміщення у бік полюсів ділянок зворотного магнітного поля пояснює зниження сили диполя в історичному часі.

Згідно з теоретичними положеннями про силові магнітні лінії, що виникають в рідкому середовищі ядра під дією сили Коріоліса малі і великі вихори закручують силові лінії у вузол. Кожен поворот збирає все більше силових ліній у ядрі, посилюючи таким чином енергію магнітного поля. Якщо процес триває безперешкодно, магнітне поле посилюється нескінченно. Однак електричний опір розсіює і вирівнює витки силових ліній настільки, щоб зупинити мимовільне зростання магнітного поля та продовжити відтворення внутрішньої енергії.

Ділянки з інтенсивним магнітним нормальним та зворотним полем формуються на межі ядро-мантія, де малі та великі завихрення взаємодіють з магнітними полями східно-західного напрямку, що описуються як тороїдальні, які проникають усередину ядра. Турбулентні рідинні переміщення можуть закручувати лінії тороїдальних полів у петлі, які називаються полоідальними полями, що мають орієнтацію північ-південь. Іноді закручування відбувається під час підняття текучої маси. Якщо такий вилив досить потужний, то вершина петлі полоидальной виштовхується з ядра (див. врізання зліва). Внаслідок такого виштовхування утворюються дві ділянки, на яких петля перетинає межу ядро-мантія. На одному з них виникає напрямок магнітного потоку, що збігається із загальним напрямом поля диполя в даній півкулі; на іншій же ділянці потік спрямований протилежно.

Коли обертання відносить ділянку зворотного магнітного поля ближче до географічного полюса, ніж ділянку з нормальним потоком, спостерігається ослаблення диполя, який найбільше вразливий поблизу своїх полюсів. Таким чином, можна пояснити зворотне магнітне поле на півдні Африки. При глобальному наступі зміни полюсів ділянки зворотного магнітного поля можуть розростатися по всьому регіону поблизу географічних полюсів.

Контурні карти магнітного поля Землі на межі ядро-мантія, складені за вимірюваннями, зробленими з супутника, показують, що більшість магнітного потоку спрямована від центру Землі в Південній півкулі та до центру в Північній. Але у деяких районах складається зворотна картина. Ділянки зворотного магнітного поля росли в числі і розмірах між 1980 і 2000 р. Якщо вони заповнять весь простір в обох полюсів, то може статися переполяризація.

Моделі зміни полюсів

На картах магнітного поля представлено, як із нормальної полярності більшість магнітного потоку спрямовано від центру Землі (жовтий колір) у Південній півкулі і до її центру (блакитний колір) у Північному (а). Початок переполяризації відзначається появою кількох ареалів зворотного магнітного поля (блакитний колір у Південній півкулі та жовтий у Північній), що нагадують про утворення його ділянок на межі ядро-мантія. Приблизно за 3 тис. років вони зменшили напруженість поля диполя, яке змінилося слабшим, але складнішим перехідним полем межі ядро-мантія (б). Зміна полюсів стала частим явищем через 6 тис. років, коли межі ядро-мантія стали переважати ділянки зворотного магнітного поля (в). На той час повна зміна полюсів виявилася і поверхні Землі. Але тільки через 3 тис. років відбулася повна заміна диполя, включаючи ядро ​​Землі (г).

Що ж відбувається із внутрішнім магнітним полем сьогодні?

Більшість із нас знає, що географічні полюси постійно здійснюють складні петлеподібні рухи у напрямку добового обертання Землі (прецесія осі з періодом у 25776 років). Зазвичай, ці переміщення протікають поблизу уявної осі обертання Землі і не призводять до помітної зміни клімату. Докладніше про зміщення полюсів. Але мало хто звернув увагу, що наприкінці 1998 року загальна складова цих переміщень змістилася. Протягом місяця полюс змістився у бік Канади на 50 кілометрів. Нині північний полюс "повзе" вздовж 120 паралелі західної довготи. Можна припустити, що якщо нинішня тенденція у переміщенні полюсів триватиме до 2010 року, то північний полюс може зміститися на 3-4 тисячі кілометрів. Кінцева точка дрейфу – Великі Ведмежі озера у Канаді. Південний полюс відповідно зміститься з центру Антарктиди до Індійського океану.

Усунення магнітних полюсів реєструється з 1885 р. За останні 100 років магнітний полюс у південній півкулі перемістився майже на 900 км і вийшов в Індійський океан. Нові дані щодо стану арктичного магнітного полюса (що рухається у напрямку Східно-Сибірської світової магнітної аномалії через Льодовитий океан): показали що з 1973 по 1984 рр. його пробіг становив 120 км, з 1984 по 1994 рр. - Більше 150 км. Характерно, що ці дані розрахункові, але вони підтвердилися конкретними вимірами і північного магнітного полюса. За даними на початок 2002-го року швидкість дрейфу північного магнітного полюса збільшилася з 10 км/рік у 70-х роках, до 40 км/рік у 2001-му року.

З іншого боку, падає напруженість земного магнітного поля, причому дуже нерівномірно. Так, за останні 22 роки вона зменшилась у середньому на 1,7 відсотка, а в деяких регіонах – наприклад, у південній частині Атлантичного океану – на 10 відсотків. Втім, подекуди на нашій планеті напруженість магнітного поля, попри загальну тенденцію, навіть трохи зросла.

Підкреслимо, що прискорення руху полюсів (в середньому на 3 км/рік за десятиліття) та рух їх коридорами інверсії магнітних полюсів (більше 400 палеоінверсій дозволили виявити ці коридори) змушує підозрювати нас про те, що в даному переміщенні полюсів слід вбачати не екскурс. а переполюсування магнітного поля Землі.

Прискорення може довести переміщення полюсів до 200 км на рік, тому інверсія здійсниться набагато швидше, ніж це передбачається дослідниками далекими від професійних оцінок реальних процесів переполюсування.

В історії Землі зміни положення географічних полюсів відбувалися неодноразово, і з цим явищем насамперед пов'язують заледеніння великих областей суші та кардинальні зміни клімату всієї планети. Але відлуння в людській історії отримала лише остання катастрофа, швидше за все пов'язана зі зрушенням полюсів, що сталася близько 12 тисяч років тому. Усі ми знаємо – Мамонти вимерли. Але все було набагато серйозніше.

Зникнення сотень видів тварин не підлягає сумніву. Про Всесвітній Потоп і Загибель Атлантиди точаться дискусії. Але одне безперечно – відлуння найбільшої катастрофи на пам'яті людства мають під собою реальну основу. І викликана, швидше за все, усуненням полюсів всього на 2000 км.

На моделі нижче представлені магнітне поле всередині ядра (пучок силових ліній у центрі) та поява диполя (довгі вигнуті лінії) за 500 років (а) до середини переполяризації (б) магнітного диполя та через 500 років на етапі її завершення (в).

Магнітне поле геологічного минулого Землі

За останні 150 млн років переполяризація відбувалася сотні разів, про що свідчать мінерали, намагнічені полем Землі під час розігріву гірських порід. Потім породи охолонули, а мінерали зберегли колишню магнітну орієнтацію.

Шкали інверсій магнітного поля: I – останні 5 млн. років; ІІ – за останні 55 млн. років. Чорний колір - нормальна намагніченість, білий колір - зворотна намагніченість (за У.У. Харленд та ін, 1985)

Інверсії магнітного поля – зміна знака осей симетричного диполя. У 1906 році Б. Брюн, вимірюючи магнітні властивості неогенових, порівняно молодих лав у центральній Франції, виявив, що їх намагніченість протилежна у напрямку сучасного геомагнітного поля, тобто Північний і Південний магнітні полюси як би помінялися місцями. Наявність намагнічених гірських порід є наслідком не якихось незвичайних умов у момент її утворення, а результатом інверсії магнітного поля Землі в даний момент. Звернення полярності геомагнітного поля – найважливіше відкриття палеомагнітології, що дозволило створити нову науку магнитостратиграфию, вивчає розчленування відкладень гірських порід з урахуванням їхньої прямої чи зверненої намагніченості. І головне тут полягає у доказі синхронності цих звернень знака в межах усієї земної кулі. У разі в руках геологів виявляється дуже дієвий метод кореляції відкладень і подій.

У реальному магнітному полі Землі час, протягом якого відбувається зміна знака полярності, то, можливо як коротким, до тисячі років, і становити мільйони років.
Тимчасові інтервали переважання якоїсь однієї полярності отримали назву геомагнітних епох, і частини з них присвоєно імена видатних геомагнітологів Брюнеса, Матуями, Гауса та Гільберта. У межах епох виділяються менші за тривалістю інтервали тієї чи іншої полярності, які називаються геомагнітними епізодами. Найбільш ефектно виявлення інтервалів прямої та зворотної полярності геомагнітного поля було проведено для молодих у геологічному сенсі лавових потоків в Ісландії, Ефіопії та інших місцях. Недолік цих досліджень полягає в тому, що процес виливу лав був уривчастим процесом, тому цілком можливий пропуск будь-якого магнітного епізоду.

Коли з'явилася можливість по відібраним породам одного віку, але взятим на різних континентах, визначати положення палеомагнітних полюсів тимчасового інтервалу, що цікавить нас, то виявилося, що обчислений середній полюс, скажімо, по верхньоюрських породах (170 - 144 млн. років) Північної Америки і такий же полюс такими ж породами Європи будуть знаходитися в різних місцях. Виходило як би два Північні полюси, чого при дипольній системі бути не може. Щоб Північний полюс був один, слід змінити положення континентів лежить на Землі. У нашому випадку це означало зближення Європи та Північної Америки до збігу їх бровок шельфу, тобто до глибин океану приблизно 200 м. Іншими словами, рухаються не полюси, а континенти.

Застосування палеомагнітного методу дозволило здійснити детальні реконструкції розкриття щодо молодих Атлантичного, Індійського, Північного Льодовитого океанів та зрозуміти історію розвитку більш древнього Тихого океану. Сучасне розташування континентів – це результат розколу суперконтиненту Пангея, який розпочався близько 200 млн років тому. Лінійне магнітне поле океанів дає можливість визначити швидкість руху плит, яке малюнок дає найкращу інформацію щодо геодинамічного аналізу.

Завдяки палеомагнітним дослідженням встановили, що розкол Африки та Антарктиди відбувся 160 млн років тому. Найбільш давні аномалії з віком 170 млн. років (середня юра) виявлені по краях Атлантики біля берегів Північної Америки та Африки. Це і час початку розпаду суперматерика. Південна Атлантика виникла 120 - 110 млн. років тому, а Північна значно пізніше (80 - 65 млн. Років тому) і т.д. Подібні приклади можна навести по кожному з океанів і, як би “читаючи” палеомагнітний літопис, реконструювати історію їх розвитку та переміщення літосферних плит.

Світові аномалії- Відхилення від еквівалентного диполя до 20% напруженості окремих областей з характерними розмірами до 10 000 км. Ці аномальні поля зазнають вікових варіацій, що призводять до змін згодом протягом багатьох років і століть. Приклади аномалій: Бразильська, Канадська, Сибірська, Курська. У ході вікових варіацій світові аномалії зміщуються, розпадаються та виникають знову. На низьких широтах є західний дрейф довготи зі швидкістю 0,2° на рік.

2. МАГНІТНІ ПОЛЯ ЛОКАЛЬНИХ ОБЛАСТВ зовнішніх оболонокз довжиною від кількох до сотень км. Вони обумовлені намагніченістю гірських порід у верхньому шарі Землі, що становлять земну кору і розташовані близько до поверхні. Одна з найпотужніших – Курська магнітна аномалія.

3. ЗМІННЕ МАГНІТНЕ ПОЛЕ ЗЕМЛІ (Так само зване зовнішнім) визначається джерелами у вигляді струмових систем, що знаходяться за межами земної поверхні та в її атмосфері. Основними джерелами таких полів та їх змін є корпускулярні потоки замагніченої плазми, що надходять від Сонця разом із сонячним вітром, і формують структуру і форму земної магнітосфери.

Насамперед видно, що ця структура має «шарувату» форму. Однак іноді можна спостерігати «розрив» верхніх шарів, що, очевидно, відбувається під впливом посилення сонячного вітру. Наприклад, як тут:

При цьому від швидкості та щільності Сонячного вітру в такий момент залежить ступінь величини «нагріву», що відображається в кольоровій гамі від жовтого до фіолетового, що насправді відображає величину тиску на магнітне поле в цій зоні (правий верхній малюнок).

Структура магнітного поля земної атмосфери (зовнішнього магнітного поля Землі)

Земне магнітне поле знаходиться під впливом потоку сонячної намагніченої плазми. Внаслідок взаємодії з полем Землі утворюється зовнішня межа навколоземного магнітного поля, звана магнітопаузою. Вона обмежує земну магнітосферу. Через вплив сонячних корпускулярних потоків розміри та форма магнітосфери постійно змінюються, і виникає змінне магнітне поле, що визначається зовнішніми джерелами. Його змінність зобов'язана своїм походженням струмовим системам, що розвиваються на різних висотах від нижніх шарів іоносфери до магнітопаузи. Зміни магнітного поля Землі у часі, спричинені різними причинами, називаються геомагнітними варіаціями, які різняться як за своєю тривалістю, і по локалізації Землі та її атмосфері.

Магнітосфера – область навколоземного космічного простору, контрольована магнітним полем Землі. Магнітосфера формується внаслідок взаємодії сонячного вітру з плазмою верхніх шарів атмосфери та магнітним полем Землі. За формою магнітосфера є каверною і довгим хвістом, які повторюють форму магнітних силових ліній. Соняшникова точка в середньому знаходиться на відстані 10 земних радіусів, а хвіст магнітосфери тягнеться за орбіту Місяця. Топологія магнітосфери визначається областями вторгнення сонячної плазми всередину магнітосфери та характером струмових систем.

Хвіст магнітосфери утворений силовими лініями магнітного поля Землі, що виходять із полярних областей і витягнутих під дією сонячного вітру на сотні земних радіусів від Сонця в нічний бік Землі. Через війну плазма сонячного вітру і сонячних корпускулярних потоків хіба що обтікають земну магнитосферу, надаючи їй своєрідну хвостату форму.
У хвості магнітосфери, на великих відстанях від Землі, напруженість магнітного поля Землі, а отже і їх захисні властивості, послаблюються, і деякі частинки сонячної плазми отримують можливість проникнути і потрапити у земну магнітосферу і магнітних пасток радіаційних поясів. Проникаючи в головну частину магнітосфери в область овалів полярних сяйв під дією змінного тиску сонячного вітру і міжпланетного поля, хвіст служить місцем формування потоків частинок, що висипаються, що викликають полярні сяйва і авроральні струми. Магнітосфера відокремлена від міжпланетного простору магнітопаузою. Уздовж магнітопаузи частки корпускулярних потоків обтікають магнітосферу. Вплив сонячного вітру на магнітне поле іноді буває дуже сильним. Магнітопауза – зовнішня межа магнітосфери Землі (або планети), де динамічний тиск сонячного вітру врівноважується тиском власного магнітного поля. При типових параметрах сонячного вітру соняшникова точка віддалена від центру Землі на 9–11 земних радіусів. У період магнітних збурень Землі магнітопауза може заходити за геостаціонарну орбіту (6,6 радіусів Землі). За слабкого сонячного вітру соняшникова точка знаходиться на відстані 15–20 радіусів Землі.

Геомагнітні варіації

Зміна магнітного поля Землі у часі під впливом різних чинників називаються геомагнітними варіаціями. Різниця між спостерігається величиною напруженості магнітного поля і середнім її значенням за будь-який тривалий проміжок часу, наприклад, місяць або рік, називається геомагнітною варіацією. Згідно зі спостереженнями, геомагнітні варіації безперервно змінюються в часі, причому такі зміни часто мають періодичний характер.

Добові варіації Геомагнітні поля виникають регулярно в основному за рахунок струмів в іоносфері Землі, викликаних змінами освітленості земної іоносфери Сонцем протягом доби.

Добова геомагнітна варіація за період 19.03.2010 12:00 до 21.03.2010 00:00

Магнітне поле Землі описується сімома параметрами. Для вимірювання земного магнітного поля в будь-якій точці ми повинні виміряти напрямок і напруженість поля. Параметри, що описують напрямок магнітного поля: відмінювання (D), спосіб (I). D та I вимірюються в градусах. Напруженість загального поля (F) описується горизонтальною компонентою (H), вертикальною компонентою (Z) та північною (X) та східною (Y) компонентами горизотальної напруженості. Ці комопненти можуть бути виміряні в Ерстедах (1 Ерстед = 1 гаусса), але зазвичай - в нанотесла (1нТ х 100 000 = 1 ерстеда).

Нерегулярні варіації магнітного поля виникають внаслідок впливу потоку сонячної плазми (сонячного вітру) на магнітосферу Землі, а також змін усередині магнітосфери та взаємодії магнітосфери з іоносферою.

На малюнку нижче видно (зліва направо) зображення поточних – магнітного поля, тиску, конвекційних потоків в іоносфері, а також графіки зміни величин швидкості та щільності сонячного вітру (V, Dens) та величин вертикальної та східної компонент зовнішнього магнітного поля Землі.

27-денні варіації існують як тенденція до повторення збільшення геомагнітної активності через кожні 27 днів, що відповідають періоду обертання Сонця щодо земного спостерігача. Ця закономірність пов'язана з існуванням довгоживучих активних областей на Сонці, що спостерігаються протягом кількох обертів Сонця. Ця закономірність проявляється у вигляді 27-денної повторюваності магнітної активності та магнітних бур.

Сезонні варіації магнітної активності впевнено виявляються виходячи з середньомісячних даних про магнітної активності, отриманих шляхом обробки спостережень кілька років. Їхня амплітуда збільшується зі зростанням загальної магнітної активності. Знайдено, що сезонні варіації магнітної активності мають два максимуми, що відповідають періодам рівнодення, та два мінімуми, що відповідають періодам сонцестоянь. Причиною цих варіацій є утворення активних областей на Сонці, які групуються в зонах від 10 до 30 ° північної та південної геліографічних широт. Тому в періоди рівнодення, коли площини земного та сонячного екваторів збігаються, Земля найбільш схильна до дії активних областей на Сонці.

11-річні варіації. Найбільш яскраво зв'язок між сонячною активністю та магнітною активністю проявляється при зіставленні довгих рядів спостережень, кратних 11-річним періодам сонячної активності. Найбільш відомою мірою сонячної активності є кількість сонячних плям. Знайдено, що в роки максимальної кількості сонячних плям магнітна активність також досягає найбільшої величини, проте зростання магнітної активності дещо запізнюється по відношенню до зростання сонячної, тому в середньому це запізнення становить один рік.

Вікові варіації - Повільні варіації елементів земного магнетизму з періодами від декількох років і більше. На відміну від добових, сезонних та інших варіацій зовнішнього походження, вікові варіації пов'язані з джерелами, що лежать усередині земного ядра. Амплітуда вікових варіацій досягає десятків нТл/рік, зміни середньорічних значень таких елементів названі віковим ходом. Ізолінії вікових варіацій концентруються навколо кількох точок – центри чи фокуси вікового ходу, у цих центрах величина вікового ходу сягає максимальних значень.

Магнітна буря – вплив на організм людини

Локальні характеристики магнітного поля змінюються і коливаються іноді протягом багатьох годин, а потім відновлюються до попереднього рівня. Це називається магнітної бурею. Магнітні бурі часто починаються раптово і одночасно по всій земній кулі.

Ударна хвиля сонячного вітру через добу після спалаху на Сонці досягає орбіти Землі та починається магнітна буря. Тяжкохворі явно реагують з перших годин після спалаху на Сонці, решта – з початку бурі на Землі. Загальне для всіх – зміна біоритмів у ці години. Число випадків інфаркту міокарда збільшується наступного дня після спалаху (приблизно в 2 рази більше в порівнянні з магнітоспокійними днями). Цього ж дня починається магнітосферна буря, спричинена спалахом. У абсолютно здорових – активується імунна система, можливо збільшення працездатності, поліпшення настрою.

Примітка:геомагнітний штиль, що триває поспіль кілька днів або більше, діє на організм міського жителя, за багатьма параметрами, як і буря – пригнічуючи, викликаючи депресію та ослаблення імунітету. Легкий "брязкіт" магнітного поля в межах Кр = 0 - 3 допомагає легше переносити перепади атмосферного тиску та інших метеофакторів.

Прийнято наступну градацію величин Kp-індексу:

Kp = 0-1 - геомагнітна обстановка спокійна (штиль);

Kp = 1-2 – геомагнітна обстановка від спокійної до слабкозмущеної;

Kp = 3-4 - від слабообуреної до обуреної;

Kp = 5 і вище – слабка магнітна буря (рівень G1);

Kp = 6 і від – середня магнітна буря (рівень G2);

Kp = 7 і від – сильна магнітна буря (рівень G3); можливі аварії, погіршення самопочуття у метеозалежних людей

Kp = 8 і вище - дуже сильна магнітна буря (рівень G4);

Kp = 9 – екстремально сильна магнітна буря (рівень G5) – максимально можлива величина.

Он-лайн спостереження за станом магнітосфери та магнітними бурями тут:

В результаті численних досліджень, що проводилися в Інституті космічних досліджень (ІКМ), Інституті земного магнетизму, іоносфери та поширення радіохвиль (ІЗМІРАН), Медичної академії ім. І.М. Сєченова та Інституту медико-біологічних проблем РАН, з'ясувалося, що під час геомагнітних бур у пацієнтів з патологією серцево-судинної системи, особливо у перенесли інфаркт міокарда, підскакувало артеріальний тиск, помітно збільшувалася в'язкість крові, сповільнювалася швидкість її перебігу в капілярах, змінювався та активізувалися стресорні гормони.

В організмі деяких здорових людей теж відбувалися зміни, але вони викликали в основному втому, ослаблення уваги, головний біль, запаморочення та серйозну небезпеку не становили. Дещо сильніше на зміни реагував організм космонавтів: у них виникали аритмії та змінювався судинний тонус. Експерименти на орбіті також показали, що стан людини негативно впливають саме електромагнітні поля, а чи не інші чинники, які діють Землі, але виключені у космосі. Крім того, була виявлена ​​ще одна "група ризику" - здорові люди з перенапруженою адаптаційною системою, пов'язаною з впливом додаткового стресу (в даному випадку - невагомості, що також впливає на серцево-судинну систему).

Дослідники дійшли висновку, що геомагнітні бурі викликають такий адаптаційний стрес, як і різка зміна часових поясів, що збиває біологічні добові ритми людини. Раптові спалахи на Сонці та інші прояви сонячної активності різко змінюють щодо регулярні ритми геомагнітного поля Землі, що викликає у тварин і людей збій їх власних ритмів і породжує адаптаційний стрес.

Здорові люди з ним справляються відносно легко, але для людей з патологією серцево-судинної системи, з перенапруженою адаптаційною системою і для новонароджених потенційно небезпечний.

Передбачити реакцію у відповідь неможливо. Все залежить від багатьох факторів: стану людини, від характеру бурі, від частотного спектра електромагнітних коливань і т.д. Поки невідомо, як зміни геомагнітного поля впливають на біохімічні та біофізичні процеси, що відбуваються в організмі: що являють собою приймачі геомагнітних сигналів-рецепторів, чи людина реагує на вплив електромагнітного випромінювання всім організмом, окремими органами або навіть окремими клітинами. В даний час з метою вивчення впливу сонячної активності на людей відкривається геліобіологічна лабораторія в Інституті космічних досліджень.

9. Н.В.Короновський. МАГНІТНЕ ПОЛЕ ГЕОЛОГІЧНОГО МИНУЛОГО ЗЕМЛІ // Московський державний університет ім. М.В.Ломоносова. Соросовський Освітній Журнал, N5, 1996, стор. 56-63

Таке явище як магнетизм відоме людству дуже давно. Свою назву він отримав завдяки місту Магнетія, яке розташоване в Малій Азії. Саме там було виявлено величезну кількість залізняку. Найперші згадки про унікальні ми можемо зустріти у роботах Тита Лукреція Кара, який писав про це у поемі «Про природу речі», приблизно в І столітті до н.е.

З давніх-давен люди знаходили застосування унікальним властивостям залізняку. Одним із найпоширеніших пристроїв, дія яких ґрунтувалася на тяжінні металів, став компас. Зараз дуже складно уявити різні галузі промисловості, у яких не використовувалися б прості магніти і електромагніти.

Магнітне поле Землі - це область навколо планети, яка захищає її від шкідливого впливу радіоактивних. Про виникнення цього поля вчені сперечаються і донині. Але більшість із них вважає, що виникла вона завдяки Центру нашої планети має рідку зовнішню та тверду внутрішню складову. При обертанні рідка частина ядра переміщається, вбрані електричні частинки рухаються і утворюється так зване магнітне поле.

Магнітне поле Землі називається також магнітосферою. Поняття «магнетизм» - це всеосяжна та глобальна властивість природи. На даний момент неможливо створити повністю закінчену теорію сонячного та земного тяжіння, але вже зараз наука намагається багато в чому розібратися і їй вдається дати переконливі пояснення різним аспектам цього складного явища.

Останнім часом вчені та прості громадяни значною мірою стурбовані питанням того, що магнітне поле Землі поступово послаблює свій вплив. Науковим шляхом було доведено, що протягом останніх 170 років магнітне поле неухильно слабшає. Це змушує задуматися, оскільки воно є певним щитом, який захищає Землю і живу природу від страшного радіаційного впливу сонячних променів. пручається потоку всіх таких частинок, які летять у напрямку до полюсів. Всі ці потоки затримуються у верхньому шарі атмосфери на полюсах, утворюючи собою прекрасне явище – північне сяйво.

Якщо раптом магнітне поле Землі зникне або значною мірою ослабне, то все, що існує на планеті, опиниться під прямим впливом космічного і сонячного випромінювання. У свою чергу це призведе до радіаційних захворювань і поразок всіх живих організмів. Наслідком такого лиха стануть страшні мутації чи повна загибель. На превеликий полегшення, такий розвиток подій малоймовірний.

Вчені-палеомагнітологи змогли надати достовірні дані про те, що магнітне поле постійно коливається, причому період таких коливань різниться. Також вони склали приблизну криву коливань поля і з'ясували, що на даний момент поле знаходиться в спадному становищі і знижуватиметься ще кілька тисяч років. Потім воно знову посилюватиметься протягом 4 тисяч років. Останній максимум значення тяжіння магнітного поля припав на початок нинішньої ери. Причини такої нестійкості висуваються найрізноманітніші, але якоїсь конкретної теорії з цього приводу немає.

Давно відомо, що багато магнітних полів мають негативний вплив на живі організми. Наприклад, досліди, вироблені на тваринах показали, що зовнішнє магнітне поле здатне затримувати розвиток, уповільнити зростання клітин і навіть змінити склад крові. Саме тому призводять до погіршення стану здоров'я метеозалежних людей.

Для людини безпечне магнітне поле Землі - це поле зі значенням напруженості трохи більше 700 ерстед. Варто відзначити, що йдеться не про власне магнітне поле Землі, а про електромагнітні поля, які утворюються при роботі будь-якого радіо та електричного пристрою.

Фізична сторона процесу впливу саме магнітного поля Землі на людину досі не зовсім зрозуміла. Зате вдалося з'ясувати, що воно впливає на рослини: схожість і подальше зростання насіння безпосередньо залежать від їхнього початкового орієнтування по відношенню до магнітного поля. Причому його зміна може прискорити або уповільнити розвиток рослини. Цілком можливо, що колись ця властивість буде використовуватись у сільському господарстві.

Землі – це сила його тяжіння. У деяких місцях вона вагається, але в середньому показник дорівнює 0,5 ерстеда. У деяких місцях (у так званих напруженості зростає до 2Е).