нижнее белье для полных
მედიცინის კვლევები

   Велика Радянська Енциклопедія

Земний магнетизм

   
 

Земний магнетизм, геомагнетизм, магнітне поле Землі і навколоземного космічного простору; розділ геофізики, що вивчає розподіл в просторі і зміни в часі геомагнітного поля, а також пов'язані з ним геофізичні процеси в Землі і верхній атмосфері.

У кожній точці простору геомагнітне поле характеризується вектором напруженості Т, величина і напрямок якого визначаються 3 складовими X, Y, Z (північної, східної і вертикальної) в прямокутній системі координат ( рис. 1 ) або 3 елементами З. м.: горизонтальної складової напруженості Н, відміною магнітним D (кут між Н і площиною географічного меридіана) і нахилом магнітним I (кут між Т і площиною горизонту).

З. м. обумовлений дією постійних джерел, розташованих усередині Землі і що зазнають лише повільні вікові зміни (варіації), і зовнішніх (змінних) джерел, розташованих в магнітосфері Землі и іоносфері . Відповідно розрізняють основне (головне, ~ 99%) і змінне (~ 1%) геомагнітні поля.

Основне (постійне) геомагнітне поле . Для вивчення просторового розподілу основного геомагнітного поля виміряні в різних місцях значення Н, D, I наносять на карти ( магнітні картки ) і з'єднують лініями точки рівних значень елементів. Такі лінії називають відповідно ізодінамамі , ізогони , ізокліни . Лінія (ізокліни) I = 0, тобто магнітний екватор, не збігається з географічним екватором. Із збільшенням широти значення I зростає до 90? в магнітних полюсах . Повна напруженість Т ( рис. 2 ) від екватора до полюса зростає з 33,4 до 55,7 а / м (від 0,42 до 0,70 е). Координати північного магнітного полюса на 1970: довгота 101,5? з. д., широта 75,7? с. ш.; південного магнітного полюса: довгота 140,3? в. д., широта 65,5? ю. ш. Складну картину розподілу геомагнітного поля в першому наближенні можна представити полем диполя (ексцентричного, із зсувом від центру Землі приблизно на 436 км ) або однорідного намагніченого кулі, магнітний момент якого спрямований під кутом 11,5? до осі обертання Землі. Полюси геомагнітні (полюси однорідно намагніченої кулі) і полюси магнітні задають відповідно систему геомагнітних координат (широта геомагнітна, меридіан геомагнітний, екватор геомагнітний) і магнітних координат (широта магнітна, меридіан магнітний). Відхилення дійсного розподілу геомагнітного поля від дипольного (нормального) називають магнітними аномаліями . Залежно від інтенсивності і величини займаної площі розрізняють світові аномалії глибинного походження, наприклад Східно-Сибірську, Бразильську та ін, а також аномалії регіональні і локальні. Останні можуть бути викликані, наприклад, нерівномірним розподілом в земній корі феромагнітних мінералів. Вплив світових аномалій позначається до висот ~ 0,5 R3 над поверхнею Землі (R3 - радіус Землі). Основне геомагнітне поле має дипольний характер до висот ~ 3 R3.

Воно відчуває вікові варіації, неоднакові на всій земній кулі. У місцях найбільш інтенсивного вікового ходу варіації досягають 150g в рік (1g = 10 -5 е). Спостерігається також систематичний дрейф магнітних аномалій на захід зі швидкістю близько 0,2? На рік і зміна величини і напряму магнітного моменту Землі зі швидкістю ~ 20g на рік. Через вікових варіацій і недостатньої вивченості геомагнітного поля на великих просторах (океанах і полярних областях) виникає необхідність заново складати магнітні карти. З цією метою проводяться світові магнітні зйомки на суші, в океанах (на немагнітних судах), в повітряному просторі ( аеромагнітна зйомка ) і в космічному просторі (за допомогою штучних супутників Землі). Для вимірів застосовують: компас магнітний, теодоліт магнітний, магнітні ваги, та ін прилади. Вивчення З. м. і складання карт всіх його елементів грає важливу роль для морської і повітряної навігації, в геодезії, маркшейдерському справі. Вивчення геомагнітного поля минулих епох виробляється по залишковій намагніченості гірських порід (див. , Палеомагнетизм , ), а для історичного періоду - по намагніченості виробів з обпаленої глини (цегла, керамічний посуд і т.д.). Палеомагнітні дослідження показують, що напрямок основного магнітного поля Землі в минулому багато разів змінювалося на протилежне. Останнє таке зміна мало місце близько 0,7 млн. років тому. ? А. Д. Шевнин.

Походження основного геомагнітного поля. Для пояснення походження основного геомагнітного поля висувалося багато різних гіпотез, в тому числі навіть гіпотези про існування фундаментального закону природи, згідно якому всякий обертове тіло володіє магнітним моментом. Робилися спроби пояснити основне геомагнітне поле присутністю феромагнітних матеріалів в корі Землі або в її ядрі; рухом електричних зарядів, які, беручи участь у добовому обертанні Землі, створюють електричний струм; наявністю в ядрі Землі струмів, що викликаються термоелектрорушійної силою на кордоні ядра і мантії і т. д., і, нарешті, дією так званого гідромагнітного динамо в рідкому металевому ядрі Землі. Сучасні дані про вікові варіаціях і багаторазових змінах полярності геомагнітного поля задовільно пояснюються тільки гіпотезою про гидромагнитном динамо (ГД). Відповідно до цієї гіпотези, в електропровідному рідкому ядрі Землі можуть відбуватися досить складні й інтенсивні руху, що призводять до самозбудження магнітного поля, аналогічно тому, як відбувається генерація струму і магнітного поля в динамо-машині з самозбудженням. Дія ГД засновано на електромагнітній індукції в рухомому середовищі, яка у своєму русі перетинає силові лінії магнітного поля. Дослідження ГД спираються на

магнітну гідродинаміку

. Якщо вважати швидкість руху речовини в рідкому ядрі Землі заданою, то можна довести принципову можливість генерації магнітного поля при рухах різного виду, як стаціонарних, так і нестаціонарних, регулярних і турбулентних. Усереднене магнітне поле в ядрі можна представити у вигляді суми двох складових - тороїдального поля В j і поля Вр,

силові лінії якого лежать в меридіональних площинах ( рис. 3 ). Силові лінії тороїдального магнітного поля j замикаються усередині земного ядра і не виходять назовні. Згідно з найбільш поширеною схемою земного ГД, поле j в сотні разів сильніше, ніж проникаюче з ядра назовні поле , що має переважно дипольний вигляд. Неоднорідне обертання електропровідної рідини в ядрі Землі деформує силові лінії поля і утворює з них силові лінії поля В У свою чергу, поле B генерується завдяки індукційному взаємодії рухомої складним чином провідної рідини з полем Вр j. Для забезпечення генерації поля Вр з В (. j руху рідини не повинні бути осесиметричними. В іншому, як показує кінетична теорія ГД, рухи можуть бути досить різноманітними. Рухи провідної рідини створюють в процесі генерації, окрім поля Вр , також ін повільно змінюються поля, які, проникаючи з ядра назовні, викликають вікові варіації основного геомагнітного поля. В Загальна теорія ГД, що досліджує і генерацію поля, і "двигун" земного ГД, тобто походження рухів, знаходиться ще в початковій стадії розвитку, і в ній ще багато чого гипотетично. Як причини, що викликають руху, висуваються архимедови сили, обумовлені невеликими неоднородностями щільності в ядрі, і Вр сили інерції В Перші можуть бути пов'язані або з виділенням тепла в ядрі і тепловим розширенням рідини (термічна Вр конвекція

), або з неоднорідністю складу ядра унаслідок виділення домішок на його кордонах. Другі можуть викликатися прискоренням, обумовленим прецессией .

земної осі. Близькість геомагнітного поля до поля диполя з віссю, майже паралельній осі обертання Землі, вказує на тісний зв'язок між обертанням Землі і походженням З. м. Обертання створює Коріоліса силу , яка може відігравати істотну роль у механізмі ГД Землі. Залежність величини геомагнітного поля від інтенсивності руху речовини в земному ядрі складна і вивчена ще недостатньо. Згідно палеомагнітним дослідженням, величина геомагнітного поля випробовує коливання, але в середньому, по порядку величини, вона зберігається незмінною протягом тривалого часу - порядку сотень млн. років. Функціонування ГД Землі пов'язано з багатьма процесами в ядрі і в мантії Землі, тому вивчення основного геомагнітного поля і земного ГД є істотною частиною всього комплексу геофізичних досліджень внутрішньої будови і розвитку Землі. С. І. Брагінський. Змінне геомагнітне поле. Вимірювання, виконані на супутниках і ракетах, показали, що взаємодія плазми

сонячного вітру

© з геомагнітним полем веде до порушення дипольної структури поля з відстані ~ 3

від центру Землі. Сонячний вітер локалізує геомагнітне поле в обмеженому обсязі навколоземного простору - магнітосфері Землі, при цьому на кордоні магнітосфери динамічний тиск сонячного вітру врівноважується тиском магнітного поля Землі. Сонячний вітер стискає земне магнітне поле з денного боку і відносить геомагнітні силові лінії полярних областей на нічну сторону, утворюючи поблизу площини екліптики магнітний хвіст Землі протяжністю не менше 5 млн. км (див. рис. в статтях Земля Магнітосфера Землі ). Приблизно дипольна область поля із замкнутими силовими лініями (внутрішня магнітосфера) є магнітною пасткою заряджених частинок навколоземній плазми (див. Радіаційні пояси Землі ). и Обтікання магнітосфери плазмою сонячного вітру із змінною щільністю і швидкістю заряджених частинок, а також прорив часток в магнітосферу приводять до зміни інтенсивності систем електричних струмів в магнітосфері й іоносфері Землі. Струмові системи в свою чергу викликають в навколоземному космічному просторі і на поверхні Землі коливання геомагнітного поля в широкому діапазоні частот (від 10 -5 до 10 гц) і амплітуд (від 10

-3 до 10 -7 2). Фотографічна реєстрація безперервних змін геомагнітного поля здійснюється в магнітних обсерваторіях за допомогою магнітографів . У спокійний час в низьких і середніх широтах спостерігаються періодичні сонячно-добові та місячно-добові варіації магнітні э самплітудамі 30-70g і 1-5g відповідно. Інші спостережувані неправильні коливання поля різної форми і амплітуди називають магнітними збуреннями, серед яких виділяють кілька типів магнітних варіацій. Магнітні обурення, що охоплюють всю Землю і що продовжуються від одного ( рис. 4 ) до декількох днів, називаються світовими магнітними бурями

, під час яких амплітуда окремих складових може перевершити 1000g. Магнітна буря - один з проявів сильних обурень магнітосфери, що виникають при зміні параметрів сонячного вітру, особливо швидкості його часток і нормальної складової міжпланетного магнітного поля відносно площини екліптики. Сильні обурення магнітосфери супроводжуються появою у верхній атмосфері Землі полярних сяйв, іоносферних збурень, рентгенівського і низькочастотного випромінювань. Практичні застосування явищ З. м. Під дією геомагнітного поля магнітна стрілка розташовується в площині магнітного меридіана. Це явище з найдавніших часів використовується для орієнтування на місцевості, прокладання курсу суден у відкритому морі, в геодезичній і маркшейдерської практиці, у військовій справі і т.д. (Див. Компас Буссоль

). Дослідження локальних магнітних аномалій дозволяє виявити корисні копалини, в першу чергу залізну руду (див. Магнітна розвідка , ), а в комплексі з ін геофізичними методами розвідки - визначити місце їх залягання і запаси. Широке поширення отримав магнітотелуричних спосіб зондування надр Землі, в якому по полю магнітної бурі обчислюють електропровідність внутрішніх шарів Землі і оцінюють потім існуючі там тиск і температуру. Одним з джерел відомостей про верхні шари атмосфери служать геомагнітні варіації. Магнітні збурення, пов'язані, наприклад, з магнітною бурею, настають на декілька годин раніше, ніж під її впливом відбуваються зміни в іоносфері, що порушують радіозв'язок. Це дозволяє робити магнітні прогнози, необхідні для забезпечення безперебійного радіозв'язку (прогнози "радіопогоди"). Геомагнітні дані служать також для прогнозу радіаційної обстановки в навколоземному просторі при космічних польотах.

Сталість геомагнітного поля до висот в декілька радіусів Землі використовується для орієнтації і маневру космічних апаратів. геомагнітне поле впливає на живі організми, рослинний світ і людину. Наприклад, у періоди магнітних бур збільшується кількість серцево-судинних захворювань, погіршується стан хворих, що страждають гіпертонією, і т.д. Вивчення характеру електромагнітної дії на живі організми являє собою одне з нових і перспективних напрямків біології. А. Д. Шевнин.

Літ.:

Яновський Б. М., Земний магнетизм, т. 1-2, Л., 1963-64; його ж, Розвиток робіт з геомагнетизму в СРСР за роки Радянської влади. "Изв. АН СРСР, Фізика Землі", 1967,? 11, с. 54; Довідник по змінному магнітному полю СРСР, Л., 1954; Навколоземний космічний простір. Довідкові дані, пер. з англ., М., 1966; Сьогодення та минуле магнітного поля Землі, М., 1965; Брагінський С. І., Про основи теорії гідромагнітного динамо Землі, "Геомагнетизм і аерономія", 1967, т.7,? 3, с. 401; Сонячно-земна фізика, М., 1968.

Геомагнитное поле воздействует на живые организмы, растительный мир и человека. Например, в периоды магнитных бурь увеличивается количество сердечно-сосудистых 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.

© А. Д. Шевнин.

© Лит.: Яновский Б. М., Земной магнетизм, т. 1-2, Л., 1963-64; его же, Развитие работ по геомагнетизму в СССР за годы Советской власти. "Изв. АН СССР, Физика Земли", 1967, ? 11, с. 54; Справочник по переменному магнитному полю СССР, Л., 1954; Околоземное космическое пространство. Справочные данные, пер. с англ., М., 1966; Настоящее и прошлое магнитного поля Земли, М., 1965; Брагинский С. И., Об основах теории гидромагнитного динамо Земли, "Геомагнетизм и аэрономия",1967, т.7, ? 3, с. 401; Солнечно-земная физика, М., 1968.





Виберіть першу букву в назві статті:

а б в г д е ё ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ы э ю я

Повний політерний каталог статей


 

Алфавітний каталог статей

  а б в г д е ё ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ы э ю я
 


 
енциклопедія  біляші  морс  шашлик  качка