Курсовая Геомагнитное поле
Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2015-10-25Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
от 25%
Подписываем
договор
Министерство образования Республики Беларусь
УО «Белорусский государственный педагогический университет
имени Максима Танка»
Факультет естествознания
Кафедра физической географии
Курсовая работа
Геомагнитное поле
По дисциплине «Общее землеведение»
Специальность студентки 201 группы
ГЕОГРАФИЯ ЛИХТАРОВИЧ
Татьяны Анатольевны
_______________________
(подпись)
Научный руководитель
Доцент, кандидат географических наук
ТАРАНЧУК Анна Валентиновна
_____________________
(подпись)
Минск 2009
Оглавление
Введение ----------------------------------------------------------------------------- 3
Глава I Строение и характеристики геомагнитного поля Земли ---- 4
1.1. Магнитосфера ----------------------------------------------------------- 4
1.2. Элементы земного магнетизма -------------------------------------- 6
1.3. Параметры магнитного поля ---------------------------------------- 8
1.4. Составляющие геомагнитного поля Земли ---------------------- 10
1.5. Вариации геомагнитного поля -------------------------------------- 13
1.6. Магнитные возмущения ----------------------------------------------- 14
1.7. Магнитные карты и магнитные измерения ---------------------- 16
1.8. Инверсии магнитного поля ------------------------------------------- 17
Глава II Практические применения явлений Земного магнетизма -- 20
Глава III Палеомагнетизм --------------------------------------------------------- 21
Заключение ------------------------------------------------------------------------- 22
Литература -------------------------------------------------------------------------- 23
Введение
Вы берёте в руки компас, оттягиваете на себя рычажок, чтобы магнитная стрелка опустилась на остриё иголки. Когда стрелка успокоится, попробуйте расположить её в ином направлении. У вас ничего не получиться. Сколько бы вы ни отклоняли стрелку от её первоначального положения, она, после того как успокоиться всегда одними концом будет показывать приблизительно с севера на юг.
Какая же сила заставляет стрелку компаса упрямо возвращаться в первоначальное положение? Каждый задает себе подобный вопрос, глядя на слегка колеблющуюся, будто живую, магнитную стрелку. Это ничто иное, как земной магнетизм – свойство Земли, обусловливающее существование вокруг нее магнитного поля, вызываемого процессами, происходящими на границе ядро – мантия.
Изучение магнитного поля Земли имеет чрезвычайно важное практическое и научное значение…
Знакомство человека с удивительными свойствами земного магнетизма состоялось еще на заре исторического времени. Уже в античную эпоху людям был известен магнитный железняк - магнетит. А вот кто и когда определил, что природные магниты всегда ориентируются одинаково в пространстве по отношению к географическим полюсам Земли, точно неизвестно. Возможно, китайцы были знакомы с ним уже в 1100, однако практическое использование этого явления началось лишь 200 лет спустя. В Западной Европе магнитный компас применяется в навигации с 1187.
Основы науки о геомагнетизме были заложены в период между 13 и 16 столетиями. К середине 15 в. стало известно, что подвешенный магнит не всегда указывает точно на север. Первые сведения о наклонении направления земного магнитного поля относительно горизонтальной плоскости появились в середине 16 в. В 1600 У.Гильберт, придворный врач Елизаветы I, опубликовал знаменитый трактат «О магните, магнитных телах и о большом магните – Земле «De Magnete».. В котором описал свойства магнита и земного магнетизма. Он последовательно рассмотрел магнитные явления и отметил, что Земля, по-видимому, является огромным сферическим магнитом.
Наблюдения английского астронома Генри Геллибранда показали, что геомагнитное поле не постоянно, а медленно изменяется. Вариации магнитного поля во времени были зафиксированы в 1635. В 1701 астроном Э.Галлей опубликовал первую карту геомагнитного поля. Карл Гаусс обобщил магнитные данные и математически доказал гипотезу Гильберта о том, что источник главного (основного) магнитного поля находится внутри Земли
Глава
I
. Строение и характеристики геомагнитного поля Земли
Земной магнетизм, геомагнетизм, магнитное поле Земли и околоземного космического пространства; раздел геофизики, изучающий распределение в пространстве и изменения во времени геомагнитного поля, а также связанные с ним геофизические процессы в Земле и верхней атмосфере.
Большинство планет Солнечной системы в той или иной степени обладают магнитными полями. Земля обладает магнитным полем дипольного типа, как будто бы в ее центре расположен гигантский полосовой магнит. Общепризнанной теории происхождения магнитного поля Земли до сих пор нет. Среди имеющихся гипотез наиболее правдоподобны две: поле вызвано вращающимся железным ядром Земли или гигантским электрическим током, опоясывающим Землю на большом расстоянии от центра Земли. Основную часть геомагнитного поля Земли составляет – магнитосфера (внешнее поле) и некоторую ее часть магнетизм собственно самой Земли и ее недр.
1.1. Магнитосфера (рис.1) – область околоземного космического пространства, заполненная заряженными частицами и контролируемая магнитным полем Земли. Магнитосфера формируется в результате взаимодействия солнечного ветра с плазмой верхних слоев атмосферы и магнитным полем Земли. По форме магнитосфера представляет собой каверну и длинный хвост, которые повторяют форму магнитных силовых линий. Магнитосфера отделена от межпланетного пространства магнитопаузой.
Рис.1 Магнитосфера
Магнитопауза – внешняя граница магнитосферы Земли (или планеты), на которой динамическое давление солнечного ветра уравновешивается давлением собственного магнитного поля. Из-за воздействия солнечных корпускулярных потоков размеры и форма магнитосферы постоянно меняются, и возникает переменное магнитное поле, определяемое внешними источниками. Его переменность обязана своим происхождением токовым системам, развивающимся на различных высотах от нижних слоев ионосферы до магнитопаузы. При типичных параметрах солнечного ветра подсолнечная точка удалена от центра Земли на 9–11 земных радиусов. В период магнитных возмущений на Земле магнитопауза может приближаться на 6,6 радиусов Земли. При слабом солнечном ветре подсолнечная точка находится на расстоянии 15–20 радиусов Земли.
Хвост магнитосферы образован силовыми линиями магнитного поля Земли, выходящими из полярных областей и вытянутых под действием солнечного ветра на сотни земных радиусов от Солнца в ночную сторону Земли. В итоге плазма солнечного ветра и солнечных корпускулярных потоков как бы обтекают земную магнитосферу, придавая ей своеобразную хвостатую форму. В хвосте магнитосферы, на больших расстояниях от Земли, напряженность магнитного поля Земли, а следовательно и их защитные свойства, ослабляются, и некоторые частицы солнечной плазмы получают возможность проникнуть и попасть во внутрь земной магнитосферы и магнитных ловушек. Эти зоны получили название радиационных поясов, или поясов Ван Аллена.
Радиационные пояса Земли – две области ближайшего околоземного космического пространства, которые в виде замкнутых магнитных ловушек окружают Землю (рис.2). В них сосредоточены огромные потоки протонов и электронов, захваченных дипольным магнитным полем Земли. В радиационных поясах частицы под действием магнитного поля движутся по сложным траекториям из Северного полушария в Южное и обратно. У Земли обычно выделяют внутренний и внешний радиационные пояса. Первый пояс простирается от 960 до 8000 км над земной поверхностью; второй – от 16 000 до 64 000 км.
Рис.2 Радиационные пояса Земли
Что же такое РПЗ? Качественно это можно объяснить следующим образом. Дипольное магнитное поле Земли - это набор вложенных друг в друга магнитных оболочек. Его структура напоминает луковицу или кочан капусты. Магнитную оболочку можно определить как замкнутую поверхность, сотканную из магнитных силовых линий. Чем ближе оболочка к центру диполя, тем больше напряженность магнитного поля и импульс, необходимый заряженной частице, чтобы проникнуть извне к этой оболочке. Таким образом, N-я оболочка характеризуется импульсом частицы PN . Если же начальный импульс частицы меньше, чем PN , то магнитное поле ее отразит и частица вернется в космическое пространство. Если же эта частица каким-то образом окажется на N-й оболочке, то покинуть ее она уже не сможет. Такая захваченная частица останется в ловушке, пока не рассеется или не потеряет энергию при столкновении с остаточной атмосферой.
1.2 Элементы земного магнетизма.
На расстояниях менее 6-7 радиусов Земли магнитное поле можно считать почти дипольным, сферически симметричным и не зависящим от долготы. Положение любой точки в магнитосфере Земли может быть обозначено как трехмерными географическими координатами, так и магнитной системой координат.
В каждой точке пространства геомагнитное поле характеризуется вектором напряжённости Т, величина и направление которого определяются 3 составляющими X, Y, Z (северной, восточной и вертикальной) в прямоугольной системе координат (рис. 3) или 3 элементами земного магнетизма: горизонтальной составляющей напряжённости Н, склонением магнитным D (угол между Н и плоскостью географического меридиана) и наклонением магнитным I (угол между Т и плоскостью горизонта).
Рис.3. Элементы магнитного поля
Магнитное поле характеризуется тремя величинами: магнитным склонением D, магнитным наклонением I и напряженностью магнитного поля H. Магнитное склонение — угол между географическим и магнитным меридианами в точке земной поверхности. Магнитное склонение считается положительным, если северный конец магнитной стрелки отклонен к востоку от географического меридиана, и отрицательным — если к западу. Значение магнитного склонения указывается на магнитных картах и используется для определения истинного меридиана по показанию магнитного компаса.
Магнитное наклонение – угол между горизонтальной плоскостью и направлением магнитной стрелки, подвешенной на горизонтальной оси. Наклонение положительное, когда северный конец стрелки смотрит вниз, и отрицательное когда северный конец стрелки смотрит вверх.
Напряженность - сила магнитного поля, она небольшая. Средняя напряженность поля на поверхности Земли составляет около 0,5 э и сильно зависит от географического положения.[1] Напряжённость магнитного поля на магнитном экваторе около 0,34 э (Эрстед), у магнитных полюсов около 0,66 э. В некоторых районах (в так называемых районах магнитных аномалий) напряжённость резко возрастает. В районе Курской магнитной аномалии она достигает 2 э.
1.3.Параметры магнитного поля
Точки Земли, в которых напряжённость магнитного поля имеет вертикальное направление, называют магнитными полюсами. Таких точек на Земле две: северный магнитный полюс и южный магнитный полюс.
Рис.4 Параметры магнитного поля
Прямая, проходящая через магнитные полюсы, называется магнитной осью Земли. Окружность большого круга в плоскости, которая перпендикулярна к магнитной оси, называется магнитным экватором. Напряжённость магнитного поля в точках магнитного экватора имеет горизонтальное направление. Проекция силовой линии геомагнитного поля на поверхность Земли называется – магнитным меридианом. Магнитные меридианы представляют собой сложные кривые, сходящиеся в северном и южном полюсах магнитных Земли.
По форме основное магнитное поле Земли до расстояний менее трех радиусов близко к полю эквивалентного магнитного диполя. Его центр смещен относительно центра Земли на 430 км (рис.5) от геометрического центра в сторону Марианской впадины. Ось этого диполя наклонена к оси вращения Земли на 11,5°. На такой же угол геомагнитные полюса отстоят от соответствующих географических полюсов. При этом южный геомагнитный полюс находится в северном полушарии. А северный геомагнитный полюс в южном полушарии. ( Пояснение: Традиционно, конец магнита, указывающий направление на север называется северным полюсом магнита, а противоположный конец — южным. Известно, что одинаковые полюса отталкиваются, а не притягиваются. Из этого следует, что северный магнитный полюс на самом деле физически является южным.) (эксцентричного, со смещением от центра Земли приблизительно на 436 км)
Рис.5
Каждый день северный магнитный полюс движется по эллиптической траектории, и, кроме того, смещается в северном и северо-западном направлении со скоростью около 10 км в год поэтому любые его координаты являются временными и неточными. Со второй половины ХХ века полюс довольно быстро движется в сторону Таймыра. Согласно имеющимся данным, за 4.5 миллиарда лет, прошедших со времени образования Земли, северный магнитный полюс успел побывать на большей части земной поверхности.
Противоположностью северного магнитного полюса является южный магнитный полюс, который расположен в Антарктике. Если провести условную линию от одного полюса до другого, то она не пройдёт точно через центр Земли. Это связано с тем, что магнитное поле Земли не совсем симметрично.
Как заявил 30 октября в Оттаве руководитель геомагнитной лаборатории канадского министерства природных ресурсов Ларри Ньюитт, северный магнитный полюс Земли, как минимум 400 лет "принадлежавший" Канаде, "покинул" эту страну. Имеющий свойство перемещаться магнитный полюс, примерно с начала ХVII века располагавшийся под паковыми льдами в границах нынешней канадской Арктики, вышел за пределы 200-мильной зоны Канады.[12]
1.4. Составляющие геомагнитного поля Земли
В основе образования магнитного поля лежат внутренние и внешние причины. Постоянное магнитное поле образуется благодаря электрическим токам, возникающим во внешнем ядре планеты, переменное магнитное поле образуют солнечные корпускулярные потоки.
Составляющие геомагнитного поля. Магнитное поле Земли (геомагнитное поле) можно разделить на следующие три основные части.
1. Основное магнитное поле Земли, испытывающее медленные изменения во времени.
2. Мировые аномалии – отклонения от эквивалентного диполя до 20% напряженности отдельных областей с характерными размерами до10 000 км. Примеры аномалий: Бразильская, Канадская, Сибирская, Курская. Они обусловлены намагниченностью горных пород в верхнем слое Земли, слагающих земную кору и расположенных близко к поверхности. Одна из наиболее мощных – Курская магнитная аномалия.
3. Переменное магнитное поле Земли (так же называемое внешним) определяется источниками в виде токовых систем, находящимися за пределами земной поверхности и в ее атмосфере. Основными источниками таких полей и их изменений являются корпускулярные потоки намагниченной плазмы, приходящие от Солнца вместе с солнечным ветром, и формирующие структуру и форму земной магнитосферы.
Основное (постоянное) геомагнитное поле. Для изучения пространственного распределения основного геомагнитного поля, измеренные в разных местах значения Н, D, I наносят на карты (магнитные карты) и соединяют линиями точки равных значений элементов. Такие линии называют соответственно изодинамами, изогонами, изоклинами. Линия (изоклина) I = 0, т. е. магнитный экватор, не совпадает с географическим экватором. С увеличением широты значение I возрастает до 90° в магнитных полюсах. Полная напряжённость Т от экватора к полюсу растет от 0,42 до 0,70 э. Наглядное представление о состоянии магнитного поля Земли дают магнитные карты. Они составляются на пятилетний срок – магнитную эпоху
Происхождение основного геомагнитного поля. Для объяснения происхождения основного геомагнитного поля выдвигалось много различных гипотез, в том числе даже гипотезы о существовании фундаментального закона природы, согласно которому всякое вращающееся тело обладает магнитным моментом. Делались попытки объяснить основное геомагнитное поле присутствием ферромагнитных материалов в коре Земли или в её ядре; движением электрических зарядов, которые, участвуя в суточном вращении Земли, создают электрический ток; наличием в ядре Земли токов, вызываемых термоэлектродвижущей силой на границе ядра и мантии и т.д., и, наконец, действием, так называемого гидромагнитного динамо в жидком металлическом ядре Земли. Современные данные о вековых вариациях и многократных изменениях полярности геомагнитного поля удовлетворительно объясняются только гипотезой о гидромагнитном динамо (ГД). Согласно этой гипотезе, в электропроводящем жидком ядре Земли могут происходить достаточно сложные и интенсивные движения, приводящие к самовозбуждению магнитного поля, аналогично тому, как происходит генерация тока и магнитного поля в динамо-машине с самовозбуждением.
Мировые аномалии. Сложную картину распределения геомагнитного поля в первом приближении можно представить полем диполя или однородного намагниченного шара, магнитный момент которого направлен под углом 11,5° к оси вращения Земли. Полюсы геомагнитные (полюсы однородно намагниченного шара) и полюсы магнитные задают соответственно систему геомагнитных координат (широта геомагнитная, меридиан геомагнитный, экватор геомагнитный) и магнитных координат (широта магнитная, меридиан магнитный). Отклонения действительного распределения геомагнитного поля от дипольного (нормального) называют магнитными аномалиями. В зависимости от интенсивности и величины занимаемой площади различают мировые аномалии глубинного происхождения, например Восточносибирскую, Бразильскую и др., а также аномалии региональные (Курская магнитная аномалия Рис.6) и локальные. Последние могут быть вызваны, например, неравномерным распределением в земной коре ферромагнитных минералов. Влияние мировых аномалий сказывается до высот ~ 0,5R3 над поверхностью Земли (R3 — радиус Земли). Основное геомагнитное поле имеет дипольный характер до высот ~3R3. Наблюдается также систематический дрейф магнитных аномалий к западу со скоростью около 0,2°в год. Из-за вековых вариаций и недостаточной изученности геомагнитного поля на больших пространствах (океанах и полярных областях) возникает необходимость заново составлять магнитные карты. С этой целью проводятся мировые магнитные съёмки на суше, в океанах (на немагнитных судах), в воздушном пространстве (аэромагнитная съёмка) и в космическом пространстве (при помощи искусственных спутников Земли).
Рис.6 Курская магнитная аномалия
Переменное геомагнитное поле. Измерения, выполненные на спутниках и ракетах, показали, что взаимодействие плазмы солнечного ветра с геомагнитным полем ведёт к нарушению дипольной структуры поля с расстояния ~3Rз от центра Земли, образуя при этом переменное магнитное поле (рис.7). Обтекание магнитосферы плазмой солнечного ветра с переменной плотностью и скоростью заряженных частиц, а также прорыв частиц в магнитосферу приводят к изменению интенсивности систем электрических токов в магнитосфере и ионосфере Земли. Токовые системы в свою очередь вызывают в околоземном космическом пространстве и на поверхности Земли колебания геомагнитного поля в широком диапазоне частот (от 10-5 до 102 Гц) и амплитуд (от 10-3 до 10-7 э). Фотографическая регистрация непрерывных изменений геомагнитного поля осуществляется в магнитных обсерваториях при помощи магнитографов.
Рис. 7
ГЕОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ ЗЕМЛИ
: а) - дипольное магнитное поле, б) - магнитное поле Земли, трансформированное потоком солнечного ветра.
1.5. Геомагнитные вариации.
Изменение магнитного поля Земли во времени под действием различных факторов называются геомагнитными вариациями. Разность между наблюдаемой величиной напряженности магнитного поля и средним ее значением за какой-либо длительный промежуток времени, например, месяц или год, называется геомагнитной вариацией.
Суточные вариации геомагнитного поля возникают регулярно в основном за счет токов в ионосфере Земли, вызванных изменениями освещенности земной ионосферы Солнцем в течение суток.
Нерегулярные вариации магнитного поля возникают вследствие воздействия потока солнечной плазмы (солнечного ветра) на магнитосферу Земли, а так же изменений внутри магнитосферы и взаимодействия магнитосферы с ионосферой.
27-дневные вариации существуют как тенденция к повторению увеличения геомагнитной активности через каждые 27 дней, соответствующих периоду вращения Солнца относительно земного наблюдателя. Эта закономерность связана с существованием долгоживущих активных областей на Солнце, наблюдаемых в течении нескольких оборотов Солнца. Эта закономерность проявляется в виде 27-дневной повторяемости магнитной активности и магнитных бурь.
Сезонные вариации магнитной активности уверенно выявляются на основании среднемесячных данных о магнитной активности, полученных путем обработки наблюдений за несколько лет. Их амплитуда увеличивается с ростом общей магнитной активности. Найдено, что сезонные вариации магнитной активности имеют два максимума, соответствующие периодам равноденствий, и два минимума, соответствующие периодам солнцестояний. Причиной этих вариаций является образование активных областей на Солнце, которые группируются в зонах от 10 до 30° северной и южной гелиографических широт. Поэтому в периоды равноденствий, когда плоскости земного и солнечного экваторов совпадают, Земля наиболее подвержена действию активных областей на Солнце.
11-летние вариации. Наиболее ярко связь между солнечной активностью и магнитной активностью проявляется при сопоставлении длинных рядов наблюдений, кратных 11 летним периодам солнечной активности. Наиболее известной мерой солнечной активности является число солнечных пятен. Найдено, что в годы максимального количества солнечных пятен магнитная активность также достигает наибольшей величины, однако возрастание магнитной активности несколько запаздывает по отношению к росту солнечной, так что в среднем это запаздывание составляет один год.
Вековые вариации – медленные вариации элементов земного магнетизма с периодами от нескольких лет и более. В отличии от суточных, сезонных, и других вариаций внешнего происхождения, вековые вариации связаны с источниками, лежащими внутри земного ядра. Амплитуда вековых вариаций достигает десятков нТл/год, изменения среднегодовых значений таких элементов, названы вековым ходом. Изолинии вековых вариаций концентрируются вокруг нескольких точек – центры или фокусы векового хода, в этих центрах величина векового хода достигает максимальных значений.
1.6. Магнитные возмущения.
Другие наблюдаемые неправильные колебания поля различной формы и амплитуды называют магнитными возмущениями, среди которых выделяют несколько типов магнитных возмущений. Магнитная буря (рис.8). Особенно интенсивные магнитные возмущения, распространяющиеся на весь земной шар. Некоторые магнитные бури начинаются неожиданно и почти одновременно по всей Земле, а другие развиваются постепенно. Признаком внезапно начинающейся магнитной бури служит резкое изменение всех трех магнитных элементов на магнитограмме. Горизонтальный компонент H внезапно увеличивает интенсивность, чему иногда предшествует небольшой отрицательный импульс. При внезапном начале бури амплитуда вариации максимальна в авроральных зонах и уменьшается по направлению к экватору.
После внезапного начала бури линия записи горизонтального компонента H в течение нескольких часов обычно располагается выше уровня, предшествовавшего буре; этот этап (положительных значений) рассматривается как первая или начальная фаза. Значения H составляют от 10 до 20 гамм в средних широтах. За этой фазой следует существенное уменьшение до значений значительно ниже нормальных. Падение амплитуды на несколько десятков гамм во время бури средней интенсивности отвечает ее главной фазе. Максимальное отклонение достигается через 12 ч. Вслед за этим значительным уменьшением происходит медленное возвращение к нормальному уровню, которое обычно длится несколько дней. Эти особенности представляют собой осредненные характеристики магнитных бурь в средних и низких широтах; характеристики отдельных бурь могут существенно отличаться от средних. Крупные магнитные бури проходят эти фазы быстрее, чем слабые.
Часто магнитные бури происходят через 1–2 дня после солнечной вспышки из-за прохождения Земли через поток частиц, выброшенных Солнцем. Исходя из времени запаздывания, скорость такого корпускулярного потока оценивают в несколько миллионов км/ч.
Рис. 8 Магнитограмма, на которой зафиксирована малая магнитная буря: Н0, D0, Z0 — начало отсчёта соответствующей составляющей земного магнетизма; стрелками показано направление отсчёта.
Теория магнитных бурь была развита С.Чапменом, В.Ферраро, Х.Альфвеном, С.Зингером, А.Десслером, Е.Паркером и другими. Когда на некотором расстоянии от Земли поток солнечных частиц – протонов и электронов – сталкивается с земным магнитным полем, это вызывает «магнитный удар», который в виде сильной гидромагнитной ударной волны проходит через окружающий Землю электропроводящий газ. Внезапное начало магнитной бури означает приход гидромагнитной ударной волны.
1.7. Магнитные карты. Магнитные измерения.
Распределение геомагнитного поля у земной поверхности может быть представлено в виде изомагнитных линий, т.е. линий, вдоль которых значение конкретной компоненты остается постоянным. Карты склонения называются картами изогон (рис. 9). Карты напряженности геомагнитного поля называются картами (рис.10). Магнитные карты основаны на многочисленных магнитных съемках, выполняемых на суше, на море и с воздуха.
Рис.9 Карта магнитного склонения
на поверхности Земли по состоянию на 2005 год.
Рис.10 Карта полной напряжённости геомагнитного поля (в эрстедах) для эпохи 1965 г.; чёрные кружочки — магнитные полюсы (М. П.), мировые магнитные аномалии: Бразильская (Б. А.) и Восточно-Сибирская (В.-С. А.).
В дополнение к магнитным съемкам высокоточные наблюдения за магнитным полем Земли ведутся во всех частях мира в магнитных обсерваториях. Со спутников осуществляются магнитные съемки на больших высотах, где не существует влияния региональных магнитных аномалий, таких, как намагниченные тела в земной коре, например железные руды.
Для измерений применяют: компас магнитный, теодолит магнитный, магнитные весы, инклинатор, магнитометр, аэромагнитометр и др. приборы. Изучение З. м. и составление карт всех его элементов играет важную роль для морской и воздушной навигации, в геодезии, маркшейдерском деле.
1.8.
Инверсии магнитного поля
При подготовке материалов данной курсовой работы из всех аспектов ее, касающихся более всего меня заинтересовал вопрос инверсии геомагнитного поля. Все же. Будет ли смена геомагнитных полюсов? Этот вопрос вызван отнюдь не праздным любопытством. По данным некоторых интернет-источников (ИЗМИРАН) смещение магнитных полюсов регистрируется с 1885 г. За последние 100 лет магнитный полюс в южном полушарии переместился почти на 900 км и вышел в Индийский океан. Новейшие данные по состоянию арктического магнитного полюса (движущегося по направлению к Восточно-Сибирской мировой магнитной аномалии через Ледовитый океан): показали, что с 1973 по 1984 гг. его пробег составил 120 км, с 1984 по 1994 гг. - более 150 км. Характерно, что эти данные расчетные, но они подтвердились конкретными замерами и северного магнитного полюса. По данным на начало 2002-го года скорость дрейфа северного магнитного полюса увеличилась с 10 км/год в 70-х годах, до 40 км/год в 2001-м году.
Подчеркнем, что ускорение движения полюсов (в среднем на 3 км/год за десятилетие) и заставляет подозревать нас о том, что в данном перемещении полюсов следует усматривать не экскурс, а переполюсовку магнитного поля Земли. Ускорение может довести перемещение полюсов до 200 км в год, так что инверсия, скорее всего, осуществится гораздо быстрее, чем это предполагается. Н.Рудельман в своей работе “Экскурсия по катастрофам» описал несколько известных в истории существования земли катастроф, с которыми связаны, пять наиболее хорошо известных массовых случаев гибели представителей животного и растительного мира нашей планеты за последние 500 млн. лет. Каждая из "пятерки" сметала с лица Земли от 50% до 96% ее флоры и фауны, но расчищала эволюционное пространство для появления новых земных существ. Подробнее хочется рассмотреть случившуюся на границе Пермского и Триасового периода, так как, скорее всего, именно во время неё произошёл раскол древнего суперконтинента – Пангеи.
В свое время, палеомагнитологи, изучая намагничивание пород в период их образования, обнаружили интересный факт, который назвали “дрейфом полюсов”. Выяснилось, что полюса Земли не находились все время на одном и том же месте, а достаточно сильно меняли свое положение. При этом измерения палеомагнитных полюсов для разных материков оказывались до определенного момента времени взаимосогласованными, что явно указывало на то, что до данного момента времени материки были соединены друг с другом. И лишь менее 250 млн. лет назад полюса вдруг “заходили ходуном”. Что это было - разбег тектонических плит или, какая-то другая катастрофа точно неизвестно но магнитное поле Земли начало многократно менять свое направление (магнитная аномалия Иллавара), не задерживаясь на одном месте более чем на 300 - 400 тысяч лет (время - ничтожное с точки зрения геологии). Тогда и произошло то, что иногда называют пермско-триасовым побоищем.
“Оказывается, не только млекопитающие (и мы в их числе) стали хозяевами планеты благодаря истреблению динозавров, но и сами динозавры воцарились на планете благодаря массовому истреблению предшествовавших им живых видов. На этой отметке, которая находится точно на границе между пермским и триасовым периодами, биологическая жизнь на Земле... претерпела чудовищно-катастрофическое прореживание: в течение считанных миллионолетий исчезло почти восемьдесят процентов всех обитателей морей и океанов и почти семьдесят процентов всех позвоночных!” (Н.Рудельман, “Экскурсия по катастрофам”).
Однако нас сейчас интересует не достаточно далёкое будущее (хотя возможность повторения Землёй судьбы Фаэтона не самая приятная перспектива) а непосредственно биологическое воздействие смещения магнитных полюсов, и глобальное потепление. Сохранится ли жизнь на Земле?
В прошлом инверсии магнитных полюсов уже происходили не раз и жизнь сохранилась. Весь вопрос в том, какой ценой. Если, как утверждается в некоторых гипотезах, во время переполюсовки магнитосфера Земли на некоторое время исчезнет - на Землю обрушится поток космических лучей, что может представить реальную опасность для обитателей планеты. Особенно если исчезновение магнитосферы будет сопряжено с истощением озонового слоя. Утешает тот факт, что во время смены полюсов Солнца, произошедшего в марте 2001 года исчезновения магнитного поля зафиксировано не было. Но Земля не Солнце.
Еще один признак приближающейся смены полюсов – общее ослабление магнитного поля Земли, которое за последние 150 лет ослабло, по расчетам, примерно на 10%. Впрочем, кое-где на нашей планете напряжённость магнитного поля, вопреки общей тенденции, даже слегка возросла. Следует учесть и факт возрастания угла раствора каспов (полярных щелей в магнитосфере на севере и юге), который к середине 90-ых годов достиг 45° (данные ИЗМИРАН). В расширившиеся щели устремился радиационный материал солнечного ветра и межпланетного пространства, т.е. в полярные области стало попадать огромное количество дополнительного вещества и энергии, что приводит к “разогреву” полярных шапок.
Кстати, кто точно знает, почему Земля вращается? Я не открою Америки, если скажу что этого никто точно не знает. Однако если верны некоторые теории - то при инверсии магнитных полюсов нас ждёт изменение направления вращения Земли и климатические изменения. Кстати именно с этим явлением связывают оледенение обширных областей суши и кардинальные перемены климата всей планеты.
Однако, на мой взгляд, инверсия магнитных полюсов не может стать глобальной катастрофой. Само наличие жизни это подтверждает, хотя отсутствие магнитного поля является неблагоприятным фактором. Помню, в каком то интернет-источнике я прочитала, что Американские ученые еще в шестидесятых годах построили две экспериментальные камеры, одна из которых была окружена мощным металлическим экраном, снижающим напряженность земного магнитного поля в сотни раз. В другой камере сохранялись земные условия. В камеры были помещены семена клевера, пшеницы, и мыши. Спустя несколько месяцев, оказалось, что мыши в экранированной камере быстрее теряли волосяной покров и умирали раньше, чем контрольные. Их кожа была более толстой, чем у животных контрольной группы. Эта кожа, разбухая, вытесняла корневые мешочки волос, что служило причиной раннего облысения. А у растений в безмагнитной камере были отмечены более длинными и толстыми корни. Так чего же нам все-таки ждать от инверсии? Ждать ли конца света?
Глава
II
. Практические применения явлений Земного магнетизма
Под действием геомагнитного поля магнитная стрелка располагается в плоскости магнитного меридиана. Это явление с древнейших времён используется для ориентирования на местности, прокладывания курса судов в открытом море, в геодезической и маркшейдерской практике, в военном деле и т.д.
Исследование локальных магнитных аномалий позволяет обнаружить полезные ископаемые, в первую очередь железную руду ( Магнитная разведка), а в комплексе с другими геофизическими методами разведки — определить место их залегания и запасы. Широкое распространение получил магнитотеллурический способ зондирования недр Земли, в котором по полю магнитной бури вычисляют электропроводность внутренних слоев Земли и оценивают затем существующие там давление и температуру.
Одним из источников сведений о верхних слоях атмосферы служат геомагнитные вариации. Магнитные возмущения, связанные, например, с магнитной бурей, наступают на несколько часов раньше, чем под её воздействием происходят изменения в ионосфере, нарушающие радиосвязь. Это позволяет делать магнитные прогнозы, необходимые для обеспечения бесперебойной радиосвязи. Геомагнитные данные служат также для прогноза радиационной обстановки в околоземном пространстве при космических полётах. Постоянство геомагнитного поля до высот в несколько радиусов Земли используется для ориентации и маневра космических аппаратов.
Геомагнитное поле воздействует на живые организмы, растительный мир и человека. Например, в периоды магнитных бурь увеличивается количество сердечнососудистых заболеваний, ухудшается состояние больных, страдающих гипертонией, и т.д. Изучение характера электромагнитного воздействия на живые организмы представляет собой одно из новых и перспективных направлений биологии.
Глава
III
. Палеомагнетизм
Изучение магнетизма, «сохраненного» в минералах и горных породах, обеспечивает информацию об истории земного магнитного поля в геологическом прошлом. Если горячее вещество охлаждается в магнитном поле от температуры выше точки Кюри (температура, выше которой намагниченное вещество теряет свою намагниченность) до более низких температур, его остаточная намагниченность будет сохранять направление внешнего магнитного поля, существовавшего при охлаждении. Поэтому сформировавшиеся из расплава минералы «запоминают» направление геомагнитного поля. Кроме того, при осадконакоплении намагниченные частицы в водных бассейнах ориентируются под воздействием земного магнитного поля. Эти феномены лежат в основе палеомагнетизма, но их интерпретация исключительно сложна, поскольку магнетизм пород не всегда стабилен.
Палеомагнитные данные легли в основу теории дрейфа материков. В результате исследований разновозрастных горных пород было установлено, что их намагниченность отклоняется от направления современного магнитного поля. Таким образом, создается впечатление, что магнитные полюса в геологическом прошлом перемещались относительно поверхности Земли. Это интерпретируется как свидетельство того, что взаимное расположение материков в разные геологические эпохи менялось.
Заключение
Многие спрашивают: а не устарел ли в наше время магнитный компас? Ведь сейчас у штурманов есть такие точные приборы, как гирокомпас и разнообразные радиолокационные устройства. Да, кроме того, на кораблях, сделанных из металла, магнитная стрелка едва ли покажет правильное направление. Ведь известно, что - любая железная вещь значительно отклоняет стрелку.
И все-таки маленькая подвижная стрелка служит людям и сейчас. На любом современном корабле обязательно устанавливают один или два магнитных компаса. Кроме компаса, штурман имеет карту, на которой указана величина магнитного склонения для каждого пункта.
Зная величину магнитного склонения и имея показания корабельного компаса, штурман вводит в них поправку и определяет истинный курс корабля. Например, в Балтийском море магнитное склонение равно 4-6 градусов, склонение восточное. Значит, стрелка компаса от истинного направления север — юг отклонена к востоку на 6 градусов. Чтобы определить истинный курс корабля, нужно показание компаса исправить на 6 градусов.
Наши ученые нашли способ, как избавиться от отклонения стрелки компаса под воздействием железных предметов, находящихся на корабле (такое отклонение называется девиацией). Для этого вокруг компаса в определенном порядке располагают специальные магниты и железные предметы.
Благодаря науке о девиации магнитный компас остался верным помощником моряков и на железных кораблях.
В XX веке с появлением авиации возникла необходимость применения магнитного компаса на самолетах. При этом уничтожение девиации компаса на самолетах производится так же, как и на кораблях.
Интересно отметить, что не только человек использует силу земного магнетизма (например, для навигации). Есть некоторые основания считать, что птицы, удивляющие нас способностью при своих перелетах находить места, в которых они когда-то родились и жили, также используют эти силы.
Не так давно были проведены интересные опыты с почтовыми голубями, которые, как известно, отличаются способностью определять свое постоянное местонахождение. Пять голубей были увезены далеко от города, в котором они находились. Выпущенные на волю, птицы безошибочно возвратились обратно. Затем каждому голубю под крылья привязали маленький магнит и повторили опыт. Оказалось, что только один голубь из пяти возвратился домой, и то после долгого блуждания в пути.
Изучение магнитного поля земли имеет чрезвычайно важное практическое и научное значение. Его предстоит еще хорошо изучить, что бы до конца выяснить его влияние на природу.
Список использованных источников
1. Берлянт А.М. и др. Физическая география. Справочные материалы: книга для учащихся. – М.: Просвещение, 1994.
2. Новиков Э.А. Клады Земли. М.: Наука, 1999
3. Перельман А.И. Состав Земли. М.: Знание, 2001
4. Короновский Н. В.Магнитное поле геологического прошлого Земли. Соросовский образовательный журнал, N5, 1996, стр.56-63
5. Гальпер А. М. Публикация СОЖ, №6, с.75-81, 1999
6. Кононович Э. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ЗЕМЛИ.
7. А. В. Гульельми, В. А. Троицкая. Геомагнитные пульсации и диагностика магнитосферы. Успехи Физических Наук, вып. 3 (1969)
8. Физический энциклопедический словарь. М.: Советская Энциклопедия, 1983.
9. Элементарный учебник физик под редакцией Г.С. Ландсберга, М.: Наука,1985.
10. Т. М. Савцова. Общее землеведение. М.: AKADEMA, 2003
11. Сивухин Д. В. Общий курс физики. — М.: Наука, 1977. — Т. III. Электричество.
12. Кошкин Н.И., Ширкевич М.Г. Справочник по элементарной физике. — М.: Наука, 1976.
Материалы в Интернете:
13. http://ciencia.nasa.gov/
14. http://www.astronet.ru:8101/db/msg/117886 15.http://www.inauka.ru/news/article54566.html
.
| |
| |
