|
Тема 3. Магнітне (геомагнітне) поле Землі
Земля – велетенський сферичний магніт (магнітний диполь) з магнітними силовими лініями, які утворюють магнітне (геомагнітне) поле Землі, відповідно – магнітні (геомагнітні) полюси. Магнітне поле Землі – це фактично виміряне поле, геомагнітне – теоретично розраховане поле планети. Вісь диполя не співпадає з віссю обертання Землі на 11,5º. У просторі магнітні полюси постійно мігрують та інколи відбувається їх інверсія (зміна знаку). На даний час Північний геомагнітний полюс знаходиться у Південній півкулі в Антарктиді (географічні координати - 75° пд.ш., 120,4° сх.д.), а Південний геомагнітний полюс мігрує неподалік Північного географічного полюса, на території північної частини Гренландії (географічні координати - 78,6° пн.ш., 70,1° зх..д). За станом на 1950 р. координати полюсів були іншими (70° пд.ш., 150° сх.д.; 72° пн.ш., 96°зх..д). Загалом Північний геомагнітний полюс рухається через Північний Льодовитий океан у напрямку до Східного Сибіру. До 1970 року швидкість його руху становила близько 9 км/рік, пізніше вона зросла і на початок 2008 р., за даними геофізичних досліджень, становила понад 50 км/рік. Головними параметрами магнітного поля Землі є: магнітні меридіани (відповідають магнітним силовим лініям і не співпадають з географічними меридіанами); магнітне схилення, - кут між магнітним та географічним меридіанами (має дуже важливе значення для орієнтування, позначається на топографічних картах); магнітне нахилення, - кут між вектором напруження геомагнітного поля та горизонтальною площиною в точці, що розглядається на земній поверхні. Для вимірювання магнітного нахилення використовують такий прилад як інклінатор, який застосовується у судноплавстві для здійснення магнітного моніторингу. Подібним до інклінатора є гірничий компас, який використовують для визначення напряму (азимута) простягання і кута падіння гірських порід; напруга земного магнетизму – параметр для визначення сили магнітного поля Землі. На недавней конференции Американского геофизического союза активно обсуждалась тема ослабления магнитного поля Земли и последствиях этого процесса для человечества. По данным ученых за последние 150 лет (раньше наблюдений такого рода просто не велось) напряженность магнитного поля Земли уменьшилась на 10%. Так что не в таком уж отдаленном будущем (через 1500-2000 лет) можно ожидать, что оно исчезнет вовсе, после чего северный и магнитный полюс Земли могут поменяться местами.
Магнітне поле Землі не є однаковим, залежно від географічної широти. У зв’язку з цим виділяють три широтні зони – екваторіальну (характеризується малим проникненням протонів високих енергій в атмосферу Землі), помірних широт (інтенсивність космічних потоків тут є значно більшою, ніж в екваторіальній зоні) та полярних областей (в цій зоні магнітні силові лінії направлені до поверхні землі майже перпендикулярно, тут вони утворюють своєрідну лійку, - каспів, тому саме тут жорстке ультрафіолетове випромінювання є найбільш інтенсивним і особливо вірогідними є інтенсивні магнітні бурі та полярні сяйва). Виділяють наступні види магнітного поля Землі: головне (основне), на яке припадає 99% інтенсивності магнітного поля планети і яке спричинене механічно-електромагнітними процесами в зовнішньому ядрі Землі; зовнішнє, формування якого обумовлене струменями високих енергій, що переважно надходять з сонячним вітром; аномальне, в основі якого лежить намагніченість гірських порід верхньої частини земної кори. Магнітосфера Землі -область навколоземного простору, фізичні властивості якого визначаються магнітним полем Землі та його взаємодією з потоками заряджених частинок космічного простору. Магнітосфера нашої планети має яскраво виражену асиметрію магнітних силових ліній, що першочергово, обумовлено дією сонячного вітру.
самолетов, многочисленные отряды магнитологов в самых разных точках
Магнитосфера Земли имеет сложную форму. Со стороны, обращенной к Солнцу, расстояние до ее границы варьируется в зависимости от интенсивности солнечного ветра и составляет около 70000 км (10-12 радиусов Земли Re, где Re = 6371 км, (расстояние считается от центра Земли). Граница магнитосферы, или магнитопауза, со стороны Солнца по форме напоминает снаряд и по приблизительным оценкам находится на расстоянии около 15 Re. С ночной стороны магнитосфера Земли вытягивается длинным цилиндрическим хвостом (магнитный хвост), радиус которого составляет около 20-25 Re. Хвост вытягивается на значительное расстояние — намного большее, чем 200 Re, и где он заканчивается — не известно. Магнитосфера обеспечивает защиту, без которой жизнь на Земле могла бы не выжить. Марс, магнитное поле которого очень мало, как полагают потерял значительную часть своих бывших океанов и атмосферы в космос частично за счет прямого воздействия солнечного ветра. По той же причине, как полагают, Венера потеряла большую часть своих вод в космос — за счет уноса солнечным ветром. [1]
земного шара ведут наблюдения за геомагнитным полем. Измеренные его элементы анализируются, обрабатываются, по ним составляют магнитные карты, с помощью которых и изучают пространственное распределение магнитного поля. Первая подобная шкала была довольно «куцей» - охватывала период лишь в 3,5 млн. лет и не отличалась большой детальностью. Дело в том, что лавы в большинстве своем извергались только в определенные тектономагматические эпохи, в сравнительно узком временном интервале. А потому стало ясно, что, исследуя лишь лавы вулканических извержений, «прочесть» всю историю магнитного поля 3емли не удастся.
Внешнее магнитное поле Земли - магнитосфера - распространяется в космическом пространстве более чем на 20 земных диаметров и надежно ограждает нашу планету от мощного потока космических частиц. Наиболее же ярким проявлением магнитосферы являются магнитные бури - быстрые хаотические колебания всех компонентов геомагнитного поля. Зачастую магнитные бури захватывают весь земной шар: они регистрируются всеми магнитными обсерваториями мира - от Антарктиды до Шпицбергена, причем вид магнитограмм, полученных в самых отдаленных точках Земли, удивительно схож. Поэтому не случайно такие магнитные бури называют глобальными.
Знання щодо магнітного поля Землі мають важливе практичне значення, головно, для цілей судноплавства, навігації у космічному просторі. У зв’язку з цим ведеться магнітний моніторинг, як в межах суходолу, так і в океанах. Для такої цілі створюють магнітні обсерваторії (в Україні – це Димерська, Одеська та Львівська; зразкові обсерваторії такого спрямування, наприклад, створені у Какіоці, що в Японії, в Іркутську, що на території Росії), лабораторії магнітного картографування, наприклад у Санкт-Петербурзі, де проводять магнітні зйомки, розробляють магнітні карти, організовують морські магнітні експедиції на немагнітних суднах (приклад – шхуна «Заря», дослідниками якої у 60-х роках 20-століття було зроблено цілий ряд видатних наукових відкриттів). Цікавим природним явищем, утворення якого пов’язане з магнітосферою Землі є полярне сяйво (рис. 12). Полярне сяйво – явище переважно високих широт Землі, яке формується у верхніх шарах атмосфери (80-1000 км) внаслідок впливу швидких електронів і протонів сонячного вітру на геомагнітне поле Землі. Вплив високих енергій приводить у збуджений стан атоми кисню й азоту. Надлишок енергії, який виділяють атоми кисню призводить до яскравого випромінювання у зеленій та червоній частинах спектру. Збуджені атоми азоту сприяють виділенню енергії у фіолетовій частині спектру. Механізм утворення північних полярних сяйв на даний час остаточно не з’ясований, проте за зовнішніми ознаками прояву полярні сяйва поділяють (Троицкий, 1998) на три види: а) безпроменева форма у вигляді смуг, дуг та дифузного (розсіяного) світіння; б) променева форма у вигляді корони, драпрі (рис. 12); в) полум’яна форма у вигляді спалахів та язиків.
Рис. 12. Полярне сяйво над Кольським півостровом
|
|
|