Hvor kom jordens magnetfelt fra? Hvordan fungerer magnetfeltet på jorden. For å gjennomføre prosjektet er det nødvendig

Jordens magnetiske felt er den formasjonen som genereres av kilder i planeten. Det er gjenstanden for å studere den tilsvarende delen av geofysikken. Deretter vurderer vi mer detaljert hva som utgjør jordas magnetfelt, hvordan det dannes.

Generell informasjon

Ikke langt fra jordens overflate, omtrent i avstand fra dens tre radier, er kraftlinjene fra magnetfeltet plassert i et system med "to polare ladninger". Her er et område som kalles "plasmasfæren." Med avstanden fra overflaten av planeten øker påvirkningen av strømmen av ioniserte partikler fra solcorona. Dette fører til en komprimering av magnetosfæren fra solsiden, og tvert imot, jordas magnetfelt strekker seg fra baksiden, skyggesiden.

Plasmasfære

En håndgripelig effekt på overflatenes magnetiske felt på jorden utøves av den rettede bevegelsen av ladede partikler i den øvre atmosfæren (ionosfæren). Plasseringen av sistnevnte er fra hundre kilometer og høyere fra overflaten av planeten. Jordens magnetiske felt rommer plasma. Strukturen avhenger imidlertid sterkt av aktiviteten til solvinden og dens interaksjon med fastholdelseslaget. Og hyppigheten av magnetiske stormer på planeten vår skyldes utbrudd på sola.

terminologi

Det er begrepet "jordens magnetiske akse." Dette er en rett linje som går gjennom de tilsvarende polene på planeten. En "magnetisk ekvator" er en stor sirkel av et plan vinkelrett på denne aksen. Vektoren på den har en omtrentlig horisontal retning. Jordens gjennomsnittlige magnetfelt er betydelig avhengig av den geografiske plasseringen. Den er tilnærmet lik 0,5 Oe, dvs. 40 A / m. Ved den magnetiske ekvator er den samme indikatoren omtrent 0,34 Oe, og nær polene er den nær 0,66 Oe. I noen planer, for eksempel innenfor Kursk-anomalien, økes indikatoren og utgjør 2 O. Kraftlinjene til jordens magnetosfære med en kompleks struktur projisert på overflaten og konvergerende ved polene kalles "magnetiske meridianer."

Arten av forekomst. Forutsetninger og forestillinger

For ikke så lenge siden har en antakelse om forholdet mellom utseendet til jordens magnetosfære og strømmen i flytende metallkjernen, som ligger i en avstand fra en fjerdedel til en tredjedel av planeten radius, fått eksistensretten. Forskere har en antagelse om de såkalte "tellurstrømmene" som renner nær jordskorpen. Det skal sies at over tid foregår en transformasjon av dannelse. Jordens magnetfelt har gjentatte ganger endret seg de siste hundre og åtti årene. Dette er registrert i den haviske skorpen, og studier av restmagnetisering vitner om dette. Ved å sammenligne tomter på begge sider av havryggene, bestemmes tidspunktet for avvik mellom disse tomtene.

Jordens magnetiske polskifte

Plasseringen av disse delene av planeten er inkonsekvent. Det faktum at deres forskyvninger fra slutten av det nittende århundre er registrert. På den sørlige halvkule forskjøvet magnetpolen 900 km i løpet av denne tiden og havnet i Det indiske hav. Lignende prosesser foregår i den nordlige delen. Her forskyver polet seg mot den magnetiske avviket i Øst-Sibir. Fra 1973 til 1994 var avstanden stedet flyttet hit 270 km. Disse forhåndsberegnede data ble bekreftet senere ved målinger. I følge nylige data har hastigheten på den magnetiske polen på den nordlige halvkule økt betydelig. Det vokste fra 10 km / år på syttitallet av forrige århundre til 60 km / år på begynnelsen av strømmen. I dette tilfellet blir intensiteten til jordas magnetfelt ujevnt redusert. Så de siste 22 årene har det noen steder gått ned med 1,7%, og et sted med 10%, selv om det er områder der det tvert imot har økt. Akselerasjonen i forskyvningen av magnetpolene (med omtrent 3 km per år) gir grunn til å anta at deres forskyvning observert i dag ikke er en utflukt, dette er en annen inversjon.

Dette bekreftes indirekte av økningen i de såkalte "polare gapene" i sør og nord for magnetosfæren. Det ioniserte materialet fra solcorona og rom trenger raskt inn i den resulterende ekspansjonen. Fra dette samles en økende mengde energi i de polare områdene på jorden, som i seg selv er full av ytterligere oppvarming av de polare ishettene.

koordinater

Kosmisk strålevitenskap bruker koordinatene til et geomagnetisk felt, oppkalt etter forskeren McIlvine. Han var den første som foreslo å bruke dem, siden de er basert på endrede versjoner av aktiviteten til ladede elementer i et magnetfelt. For punktet brukes to koordinater (L, B). De kjennetegner det magnetiske skallet (McIlvine-parameteren) og feltinduksjonen L. Det siste er en parameter som tilsvarer forholdet mellom den gjennomsnittlige avstanden til sfæren fra planetens sentrum til dens radius.

Magnetisk helling

For noen årtusener siden gjorde kineserne en fantastisk oppdagelse. De fant ut at magnetiserte objekter kan være lokalisert i en viss retning. Og på midten av det sekstende århundre gjorde Georg Kartmann - en tysk forsker - en annen oppdagelse i dette området. Så begrepet "magnetisk tilbøyelighet." Dette navnet betyr pilens avviksvinkel opp eller ned fra det horisontale planet under påvirkning av planetens magnetosfære.

Fra forskningens historie

I regionen av den nordlige magnetiske ekvator, som skiller seg fra den geografiske, går nordenden ned, og i sør, tvert imot, oppover. I 1600 gjorde den britiske legen William Hilbert først antagelser om tilstedeværelsen av jordas magnetfelt og forårsaket en viss oppførsel av objekter som tidligere var magnetisert. I sin bok beskrev han opplevelsen med en ball utstyrt med en jernpil. Som et resultat av forskning kom han frem til at jorden er en stor magnet. Eksperimentene ble utført av den engelske astronomen Henry Gellibrant. Som et resultat av observasjonene hans, kom han frem til at jordas magnetfelt er utsatt for langsomme endringer.

Jose de Acosta beskrev muligheten for å bruke et kompass. Han slo også fast hvordan magnet- og nordpolene var forskjellige, og i sin berømte historie (1590) ble teorien om linjer uten magnetisk avbøyning underbygget. Et betydelig bidrag til studien av dette problemet ble gitt av Christopher Columbus. Han eier oppdagelsen av inkonstansen med magnetisk deklinasjon. Transformasjoner gjøres avhengig av endringer i geografiske koordinater. Magnetisk deklinasjon er pilens avviksvinkel fra nord-sør-retningen. I forbindelse med oppdagelsen av Columbus ble forskningen intensivert. Informasjon om hva som utgjør jordas magnetfelt var ekstremt nødvendig for sjøfolk. M.V. Lomonosov arbeidet også med dette problemet. For å studere terrestrisk magnetisme, anbefalte han å gjennomføre systemiske observasjoner ved bruk av konstante punkter (ligner observatorier). Ifølge Lomonosov var det også veldig viktig å implementere dette til sjøs. Denne tanken om den store forskeren ble realisert i Russland seksti år senere. Oppdagelsen av den magnetiske polen i den kanadiske skjærgården tilhører polarutforskeren engelskmann John Ross (1831). Og i 1841 oppdaget han den andre polen av planeten, men allerede i Antarktis. Hypotesen om opprinnelsen til jordas magnetfelt ble fremmet av Karl Gauss. Snart beviste han at det meste av det mates fra en kilde inne i planeten, men grunnen til dets små avvik er i det ytre miljø.

I 1905 utpekte Einstein et av de fem viktigste mysteriene i den daværende fysikken årsaken til jordmagnetisme.

I samme 1905 utførte den franske geofysikeren Bernard Brunes målinger av magnetismen til lavafsetningene fra Pleistocene-tiden i den sørlige avdelingen av Cantal. Magnetiseringsvektoren til disse bergartene var nesten 180 grader med den planetariske magnetfeltvektoren (hans landsmann P. David oppnådde lignende resultater selv et år tidligere). Brunes konkluderte med at for et kvarter av en million år siden, under en lavautstrømning, var retningen på geomagnetiske kraftlinjer motsatt av moderne tid. Så ble oppdaget effekten av inversjon (reversering av polaritet) av jordas magnetfelt. I andre halvdel av 1920-årene ble konklusjonene fra Brunes bekreftet av P.L. Mercanton og Monotori Matuyama, men disse ideene fikk anerkjennelse først i midten av århundret.

Nå vet vi at det geomagnetiske feltet har eksistert i minst 3,5 milliarder år, og i løpet av denne tiden byttet magnetpolene ut tusenvis av ganger (Brunes og Matuyama studerte den siste inversjonen, som nå bærer navnene). Noen ganger beholder det geomagnetiske feltet orientering i flere titalls millioner år, og noen ganger ikke mer enn fem hundre århundrer. Selve inversjonsprosessen tar vanligvis flere årtusener, og når den er fullført, vil feltstyrken som regel ikke gå tilbake til sin forrige verdi, men endres med flere prosent.

Mekanismen for geomagnetisk inversjon er fremdeles ikke helt klar, og selv for hundre år siden tillot den ikke en rimelig forklaring. Derfor forsterket funnene av Brunes og David bare Einsteins vurdering - terrestrisk magnetisme var faktisk ekstremt mystisk og uforståelig. Men på den tiden hadde den blitt studert i mer enn tre hundre år, og i XIX-århundre var slike stjerner av europeisk vitenskap som den store reisende Alexander von Humboldt, den strålende matematikeren Karl Friedrich Gauss og den strålende eksperimentelle fysikeren Wilhelm Weber engasjert i den. Så Einstein så virkelig på roten.

Hvor mange magnetiske poler har planeten vår? Nesten alle vil si at to er i Arktis og Antarktis. Faktisk avhenger svaret av definisjonen av begrepet polet. De geografiske polene er skjæringspunktene mellom jordens akse og planetens overflate. Siden jorden roterer som et fast stoff, er det bare to slike punkter, og ingenting annet kan oppfinnes. Men med magnetpoler er situasjonen mye mer komplisert. For eksempel kan et lite område betraktes som en pol (ideelt sett igjen et punkt), der magnetiske kraftlinjer er vinkelrett på jordoverflaten. Imidlertid oppdager ethvert magnetometer ikke bare et planetarisk magnetfelt, men også felt av lokale bergarter, elektriske strømmer i ionosfæren, partikler fra solvinden og andre tilleggskilder til magnetisme (og deres gjennomsnittlige brøkdel er ikke så liten, i størrelsesorden noen få prosent). Jo mer nøyaktig enheten er, jo bedre gjør den det - og derfor gjør det det vanskeligere å identifisere det sanne geomagnetiske feltet (det kalles det viktigste), hvis kilde ligger i jordens dyp. Derfor er koordinatene til polen, bestemt ved direkte måling, ikke stabile selv i en kort periode.

Du kan handle annerledes og etablere polens plassering på grunnlag av forskjellige modeller av jordmagnetisme. I en første tilnærming kan planeten vår betraktes som en geosentrisk magnetisk dipol, hvis akse går gjennom sentrum. For øyeblikket er vinkelen mellom den og jordas akse 10 grader (for flere tiår siden var den mer enn 11 grader). En mer nøyaktig simulering avslører at dipolaksen er forskjøvet i forhold til jordens sentrum mot den nordvestlige delen av Stillehavet med omtrent 540 km (dette er en eksentrisk dipol). Det er andre definisjoner.

Men det er ikke alt. Jordens magnetfelt har egentlig ikke dipolsymmetri og har derfor flere poler, og i stort antall. Hvis vi betrakter Jorden som en magnetisk firedobler, en firedobler, vil det være nødvendig å innføre to poler til - i Malaysia og i den sørlige delen av Atlanterhavet. Octupole-modellen definerer de åtte polene, etc. De moderne mest avanserte modellene for jordmagnetisme fungerer med så mange som 168 poler. Det skal bemerkes at under inversjonen bare dipolkomponenten i det geomagnetiske feltet forsvinner midlertidig, mens de andre endrer seg mye svakere.

Polene omvendt

Mange vet at polypene som er akseptert generelt stemmer helt motsatt. I Arktis er det en pol som påpekes av den nordlige enden av magnetnålen - derfor vil det være verdt å vurdere at det er sør (poler med samme navn avvise, motsetninger tiltrekker seg!). Tilsvarende er den nordmagnetiske polen basert på høye breddegrader på den sørlige halvkule. Likevel, ifølge tradisjonen, navngir vi polene etter geografi. Fysikere har lenge vært enige om at kraftlinjer kommer ut av nordpolen til en hvilken som helst magnet og kommer inn i sør. Det følger at linjene med jordmagnetisme forlater den sørlige geomagnetiske polen og dras sammen mot nord. Slik er stevnet, og det er ikke verdt å bryte det (det er på tide å minne om den triste opplevelsen fra Panikovsky!).

Magnetpolen, uansett hvordan du definerer den, står ikke stille. I 2000 hadde nordpolen til den geosentriske dipolen koordinater 79,5 N og 71,6 W, og i 2010 - 80,0 N og 72,0 W. Den sanne nordpolen (den som ble oppdaget ved fysiske målinger) har forskjøvet seg siden 2000 fra 81,0 N og 109,7 W til 85,2 N og 127,1 W. I nesten hele 1900-tallet gjorde han ikke mer enn 10 km i året, men etter 1980 begynte han plutselig å bevege seg mye raskere. På begynnelsen av 1990-tallet oversteg hastigheten 15 km per år og fortsetter å vokse.

Som Lawrence Newitt, tidligere sjef for det geomagnetiske laboratoriet til Canadian Geological Research Service, fortalte Popular Mechanics, trekker den sanne polen nå nordvestover og beveger seg 50 km årlig. Hvis vektoren av bevegelsen ikke endrer seg over flere tiår, vil den være i Sibir ved midten av XXI-tallet. I henhold til gjenoppbyggingen som ble utført for flere år siden av den samme Newitt, ble den nordmagnetiske polen i XVII og XVIII århundrer hovedsakelig forskjøvet mot sørøst og bare rundt 1860 vendte seg mot nordvest. Den sanne magnetiske sørpolen har beveget seg i samme retning de siste 300 årene, og den gjennomsnittlige årlige forskyvningen overstiger ikke 10–15 km.

Hvorfor har jorden i det hele tatt et magnetfelt? En mulig forklaring er slående. Jorden har en indre solid jern-nikkelkjerne, hvis radius er 1220 km. Siden disse metaller er ferromagnetiske, hvorfor ikke anta at den indre kjernen har en statisk magnetisering, som sikrer eksistensen av et geomagnetisk felt? Multipolariteten av terrestrisk magnetisme kan tilskrives asymmetrien i fordelingen av magnetiske domener inne i kjernen. Migreringen av poler og inversjonen av det geomagnetiske feltet er vanskeligere å forklare, men sannsynligvis kan du prøve.

Imidlertid kommer ingenting av dette. Alle ferromagneter forblir slik (det vil si at de beholder spontan magnetisering) bare under en viss temperatur - Curie-punktet. For jern er det lik 768 ° C (nikkel er mye lavere), og temperaturen på jordas indre kjerne er mye høyere enn 5000 grader. Derfor må vi skille oss med hypotesen om statisk geomagnetisme. Imidlertid er det mulig at i rommet er det avkjølte planeter med ferromagnetiske kjerner.

Vurder en annen mulighet. Planeten vår har også en flytende ytre kjerne som er omtrent 2300 km tykk. Det består av et smeltet jern og nikkel blandet med lettere elementer (svovel, karbon, oksygen, og muligens radioaktivt kalium - ingen vet helt sikkert). Temperaturen på den nedre delen av den ytre kjernen faller nesten sammen med temperaturen på den indre kjernen, og i den øvre sonen ved grensen mot mantelen synker den til 4400 ° C. Derfor er det naturlig å anta at det, takket være jordas rotasjon, dannes sirkulære strømmer der, som kan vise seg å være årsaken til jordmagnetisme.

Convective Dynamo

“For å forklare forekomsten av et poloidalt felt, er det nødvendig å ta hensyn til de vertikale strømningene av kjernenes substans. De dannes på grunn av konveksjon: en oppvarmet jern-nikkel-smelte flyter fra bunnen av kjernen mot mantelen. Disse jetflyene er vridd av Coriolis-styrken som luftstrømmer av sykloner. På den nordlige halvkule roterer de oppadgående strømningene med klokken, og på den sørlige halvkule, mot klokken, forklarer Gary Glatzmeier, professor ved University of California. - Når du nærmer seg mantelen, avkjøles substansen i kjernen og begynner å bevege seg tilbake innover. De magnetiske feltene for stigende og synkende strømmer avbryter hverandre, og derfor er ikke feltet etablert vertikalt. Men i den øvre delen av konveksjonsstrålen, der den danner en løkke og ikke beveger seg horisontalt lenge, er situasjonen en annen. På den nordlige halvkule dreier kraftlinjene som så vestover før konveksjonen 90 grader med klokken og er orientert nordover. På den sørlige halvkule dreier de mot klokken fra øst og drar også nordover. Som et resultat genereres et magnetfelt i begge halvkuler, som peker fra sør til nord. Selv om dette på ingen måte er den eneste mulige forklaringen på fremveksten av det poloidale feltet, regnes det som den mest sannsynlige. "

Dette er nøyaktig ordningen som geofysikere diskuterte for 80 år siden. De trodde at strømningene av ledende væske i den ytre kjernen på grunn av deres kinetiske energi genererer elektriske strømmer som spenner over jordas akse. Disse strømningene genererer et magnetfelt av overveiende dipoltype, hvis kraftlinjer på jordens overflate er forlenget langs meridianene (dette feltet kalles poloidal). Denne mekanismen er assosiert med arbeidet til dynamoen, derav navnet kom fra.

Det beskrevne opplegget er vakkert og visuelt, men dessverre feil. Det er basert på antagelsen om at bevegelsen til substansen i den ytre kjernen er symmetrisk rundt jordens akse. Imidlertid beviste den engelske matematikeren Thomas Cowling i 1933 et teorem ifølge hvilket ingen aksymmetriske strømmer kan sikre eksistensen av et langvarig geomagnetisk felt. Selv om det ser ut, vil hans århundre være kortvarig, titusenvis av ganger mindre enn vår tids alder. Trenger du en mer komplisert modell.

"Vi vet ikke nøyaktig når jordlig magnetisme oppsto, men dette kan skje kort tid etter dannelsen av mantelen og den ytre kjernen," sier David Stevenson, professor ved California Institute of Technology, en av de største spesialistene innen planetmagnetisme. - For å aktivere geodynamoen krever et eksternt frøfelt, og ikke nødvendigvis kraftig. Denne rollen kan for eksempel påta seg solens magnetfelt eller strømningsfeltet som genereres i kjernen på grunn av den termoelektriske effekten. Til syvende og sist er dette ikke så viktig, det var nok kilder til magnetisme. I nærvær av et slikt felt og ledende væskes sirkulære bevegelse, ble lanseringen av en interplanetær dynamo ganske enkelt uunngåelig. ”

Magnetisk beskyttelse

Jordmagnetisme overvåkes ved hjelp av et omfattende nettverk av geomagnetiske observatorier, som ble startet på 1830-tallet.

Til samme formål brukes skip, luftfart og romenheter (for eksempel skalar- og vektormagnetometre til den danske satellitten Oersted, som opererer siden 1999).

Geomagnetiske feltstyrker varierer fra omtrent 20.000 nanotesla utenfor kysten av Brasil til 65.000 nanotesla i regionen av den sørlige magnetpolen. Siden 1800 har dens dipolkomponent redusert med nesten 13% (og siden midten av XVI århundre - med 20%), mens kvadrupolkomponenten har økt noe. Paleomagnetiske studier viser at det geomagnetiske feltet i flere årtusener før begynnelsen av vår tid klatret hardnakket opp, og deretter begynte å avta. Likevel overstiger det nåværende planetariske dipolmoment betydelig dens gjennomsnittsverdi de siste halvannen million årene (i 2010 ble resultatene fra paleomagnetiske målinger publisert, noe som indikerer at for 3,5 milliarder år siden jordens magnetfelt var dobbelt så svakt som det nåværende). Dette betyr at hele historien til menneskelige samfunn fra fremveksten av de første statene til vår tid falt på det lokale maksimumet for jordens magnetfelt. Det er interessant å tenke på om dette har påvirket sivilisasjonens fremgang. En slik antagelse slutter å virke fantastisk, gitt at magnetfeltet beskytter biosfæren mot kosmisk stråling.

Og her er en annen omstendighet som er verdt å merke seg. I ungdommen og til og med ungdommen på planeten vår, var alt kjernen i flytende fase. En solid indre kjerne dannet relativt nylig, kanskje bare for en milliard år siden. Da dette skjedde, ble konveksjonsstrømmene mer strømlinjeformede, noe som førte til mer stabil drift av geodynamoen. På grunn av dette har det geomagnetiske feltet vunnet i styrke og stabilitet. Det kan antas at denne omstendigheten påvirket utviklingen av levende organismer gunstig. Spesielt økt geomagnetisme forbedret beskyttelsen av biosfæren mot kosmisk stråling og dermed lettet flukten av livet fra havet til land.

Her er en vanlig forklaring på en slik lansering. For enkelhets skyld, la såfrøet være nesten parallelt med jordens rotasjonsakse (faktisk er det nok hvis det har en ikke-komponent i denne retningen, som er nesten uunngåelig). Rotasjonshastigheten til substansen i den ytre kjernen avtar med synkende dybde, og på grunn av den høye elektriske ledningsevnen, beveger kraftlinjene til magnetfeltet seg med det - som fysikere sier, feltet er "frosset" inn i mediet. Derfor vil kraftlinjene til frøfeltet bøye seg, gå fremover i store dyp og henge etter på grunnere. Til slutt blir de strukket og deformert så mye at de gir opphav til et toroidfelt, sirkulære magnetiske løkker som dekker jordas akse og rettet i motsatte retninger i den nordlige og sørlige halvkule. Denne mekanismen kalles w-effekten.

I følge professor Stevenson er det veldig viktig å forstå at toroidefeltet i den ytre kjernen har oppstått på grunn av det poloidale frøfeltet, og på sin side har generert et nytt poloidalt felt observert nær jordens overflate: "Begge typer planetariske geodynamofelt er sammenkoblet og kan ikke eksistere uten hverandre" .

For femten år siden publiserte Gary Glatzmeier sammen med Paul Roberts en veldig vakker datamodell av det geomagnetiske feltet: “I prinsippet var det et tilstrekkelig matematisk apparat for å forklare geomagnetisme - likningene av magnetisk hydrodynamikk pluss likningene som beskrev tyngdekraften og varmefluksene inne i jordens kjerne. Modeller basert på disse ligningene i sin opprinnelige form er veldig komplekse, men de kan forenkles og tilpasses for datamaskinberegninger. Dette er nøyaktig hva Roberts og jeg gjorde. Å kjøre på en superdatamaskin gjorde det mulig å konstruere en selvstendig konsistent beskrivelse av den langsiktige evolusjonen av hastigheten, temperaturen og trykket til strømningene av substansen i den ytre kjerne og den tilhørende evolusjonen av magnetiske felt. Vi fant også ut at hvis du mister simuleringen med tidsintervaller i størrelsesorden titusenvis av tusenvis av år, så vil det uunngåelig være inversjoner av det geomagnetiske feltet. Så i denne forbindelse formidler modellen vår planetens magnetiske historie. Imidlertid er det en vanskelighet som ennå ikke er løst. Parametrene for substansen i den ytre kjernen, som er lagt i slike modeller, er fremdeles for langt fra reelle forhold. Vi måtte for eksempel akseptere at viskositeten er veldig høy, ellers vil ikke ressursene til de kraftigste superdatamaskinene være nok. Det er faktisk ikke slik, det er all grunn til å tro at det nesten faller sammen med viskositeten til vann. Våre nåværende modeller er maktesløse for å ta hensyn til turbulensen, som utvilsomt finner sted. Men datamaskiner får styrke hvert år, og om ti år vil det vises mye mer realistiske simuleringer. ”

"Geodynamos arbeid er uunngåelig assosiert med kaotiske endringer i fluksene av jern-nikkel-smelte, noe som resulterer i svingninger i magnetfelt," legger professor Stevenson til. - Inversjoner av jordmagnetisme er rett og slett de sterkeste mulige svingningene. Siden de er stokastiske, kan de knapt spås på forhånd - vi vet i alle fall ikke hvordan. ”

100 store hemmeligheter for jorden Volkov Alexander Viktorovich

Hvordan fungerer jordens magnetfelt?

Hvis jorden ikke hadde et magnetfelt, ville den selv og verden av levende organismer som bor i den se veldig annerledes ut. Magnetosfæren beskytter, som et enormt beskyttende skjold, planeten mot kosmisk stråling, som kontinuerlig faller på den. Kraften til en strøm av ladde partikler som ikke bare kommer fra solen, men også fra andre himmellegemer, kan bedømmes etter hvordan jordas magnetfelt deformeres. For eksempel, under trykket fra solvinden, presses kraftlinjene i feltet på siden som vender mot sola mot jorden, og fra den motsatte siden flagrer som en komethale. Som observasjoner viser, strekker magnetosfæren seg til 70-80 tusen kilometer i retning solen og i mange millioner kilometer i motsatt retning fra den.

Påliteligst utfører denne skjermen sine funksjoner der den er minst deformert, der den er parallell med jordoverflaten eller svakt skrå mot den: i ekvator eller på moderate breddegrader. Men nærmere polene er det mangler i den. Kosmisk stråling trenger inn i overflaten av jorden, og når de kolliderer med de ladede partiklene (ionene) av luftshellet i ionosfæren, gir det en fargerik effekt - blink fra aurora. Hvis denne skjermen ikke eksisterte, ville kosmisk stråling kontinuerlig trenge gjennom overflaten av planeten og forårsake mutasjoner i den genetiske arven fra levende organismer. Laboratorieeksperimenter viser også at fraværet av terrestrisk magnetisme påvirker dannelsen og veksten av levende vev negativt.

Mysteriene i jordens magnetiske felt er nært knyttet til dens opprinnelse. Planeten vår ligner slett ikke på en stangmagnet. Magnetfeltet er mye mer sammensatt. Det er forskjellige teorier som forklarer hvorfor Jorden har dette feltet. For at den skal eksistere, er det faktisk nødvendig at en av to betingelser må være oppfylt: Enten en enorm "magnet" er plassert inne i planeten - et visst magnetisert legeme (i lang tid, trodde forskere det), eller det strømmer en elektrisk strøm.

Nylig er den mest populære teorien om jorden "dynamo-maskin." Tilbake på midten av 1940-tallet ble det foreslått av den sovjetiske fysikeren Y.I. Frenkel. Med mer enn 90 prosent genereres jordens magnetiske felt ved bruk av denne "dynamo-maskinen". Den gjenværende delen er skapt av magnetiserte mineraler som finnes i jordskorpen.

Datamodell av jordas magnetfelt

Hvordan fungerer jordens magnetfelt? På en avstand på omtrent 2900 kilometer fra overflaten begynner jordkjernen - et område av planeten som forskerne aldri vil kunne nå. Kjernen består av to deler: en solid indre kjerne, komprimert under trykk på 2 millioner atmosfærer og inneholder hovedsakelig jern, samt en smeltet ytre del, som oppfører seg veldig tilfeldig. Dette smeltede jern og nikkel er i bevegelse konstant. Magnetfeltet skapes på grunn av konvektive strømmer i den ytre kjernen. Disse strømningene opprettholdes på grunn av en merkbar temperaturforskjell mellom den faste indre kjernen og jordens mantel.

Den indre delen av kjernen roterer raskere enn den ytre og spiller rollen som en rotor - den roterende delen av den elektriske generatoren, mens den ytre delen spiller rollen som en stator (dens faste del). En elektrisk strøm blir eksitert i det smeltede materialet i den ytre kjernen, som igjen genererer et kraftig magnetfelt. Dette er prinsippet for dynamomaskin. Jordens kjerne er med andre ord en enorm elektromagnet. Kraftlinjene til det magnetiske feltet som er skapt av ham, begynner i regionen til den ene jordpolen og ender i regionen til den andre polen. Formen og intensiteten på disse linjene varierer.

Men jordas magnetfelt ble født, som forskere tror, \u200b\u200btilbake i tiden da formasjonen av planeten pågikk. Kanskje den avgjørende rollen ble spilt av solen. Den lanserte denne naturlige "dynamo-maskinen", som fortsetter arbeidet nå.

Kjernen er omgitt av en mantel. De nedre lagene er under høyt trykk og oppvarmet til veldig høye temperaturer. Ved grensen som skiller mantelen og kjernen, skjer intense varmeoverføringsprosesser. Varmeoverføring spiller en nøkkelrolle. Varme strømmer fra den varme mantelen på jorden til en kaldere mantel, og dette påvirker de konvektive strømningene i selve kjernen, endrer dem.

I subduksjonssoner synker for eksempel seksjoner av havbunnen inn i jordas indre og når nesten grensen som skiller mantelen og kjernen. Disse bitene av litosfæriske plater, "sendt" for omsmelting i tarmene på planeten, er merkbart kaldere enn den delen av mantelen der de havnet. De avkjøler områdene i mantelen som omgir dem, og varme fra jordens kjerne begynner å strømme hit. Denne prosessen er veldig lang. Beregninger viser at noen ganger bare etter hundrevis av millioner av år er temperaturen på de kjølte områdene i mantelen jevn.

I sin tur når det varme stoffet, som stiger i form av enorme jetfly fra grensen som skiller mantelen og kjernen, til overflaten av planeten. Denne syklusen av materie, disse komplekse prosessene med å renne opp og ned, på "jordens heis" av enten varm eller veldig kald materie, påvirker utvilsomt driften av den naturlige "dynamo-maskinen". Før eller siden kommer hun på villspor, og så begynner magnetfeltet hun oppretter å endre seg. Datamodeller viser at fra tid til annen kan alt ende med magnetisk polskifte.

Det er ikke noe uvanlig i dette polskiftet. Dette skjedde ofte i historien til planeten vår. Imidlertid var det tider da polbyttet stoppet. I krittperioden byttet de for eksempel ikke steder på nesten 40 millioner år.

I en forsøk på å forklare dette fenomenet, trakk franske forskere ledet av François Petrell oppmerksomheten til kontinentenes stilling i forhold til ekvator. Det viste seg at jo flere kontinent som ligger i en av jordkulehalvdelene, jo oftere endrer dens magnetfelt retning. Hvis kontinentene tvert imot ligger symmetrisk i forhold til ekvator, forblir magnetfeltet i mange millioner år.

Så, kanskje kontinentens plassering påvirker konvektive strømmer i den ytre delen av kjernen? I dette tilfellet utføres denne effekten gjennom subduksjonssoner. Når nesten alle kontinenter er i en av halvkule, vil det være flere subduksjonssoner. En massiv, kald skorpe vil alle falle til grensen som skiller mantelen og kjernen, og akkumuleres der. Den resulterende overbelastningen vil utvilsomt forstyrre varmevekslingen mellom mantelen og kjernen. Datamodellen viser at konvektivstrømmer i den ytre kjernen også skifter på grunn av dette. Nå er de også asymmetriske med hensyn til ekvator. Åpenbart, med deres ordning, er jordens "dynamo-maskin" lettere å balansere. Hun er som en mann som står på et ben og er klar til å miste balansen fra et lett trykk. Så magnetfeltet "snur seg plutselig".

Så det er veldig sannsynlig at tektoniske prosesser som skjer på planeten vår, og fremfor alt bevegelsen av kontinenter, påvirker endringen av magnetiske poler. Ytterligere paleomagnetiske studier kan tydeliggjøre dette. Uansett oppdager forskere flere og flere fakta som indikerer at det er en klar sammenheng mellom bevegelsen av litosfæriske plater på jordoverflaten og dynamomaskinen som lager jordens magnetiske felt og ligger i sentrum av planeten. .