 |
Строение и характеристики магнитного поля Земли
|
|
|
|
Еще в 1600 г. английский физик У. Гильберт, показал, что Земля ведет себя как огромный магнит. По-видимому, турбулентные движения в расплавленном железосодержащем внешнем ядре генерируют электрические токи, под действием которых возникает сильное магнитное поле, простирающееся в космосе на расстоянии более 64000 км. Силовые линии этого поля выходят из одного магнитного полюса Земли и входят в другой.
Магнитные полюсы перемещаются вокруг географических полюсов Земли. Геомагнитное поле дрейфует в западном направлении со скоростью 24 км/год. В настоящее время Северный магнитный полюс расположен среди островов северной Канады. Ученые полагают, что на протяжении продолжительных этапов геологической истории магнитные полюсы примерно совпадали с географическими.
В любой точке земной поверхности магнитное поле характеризуется
- горизонтальной составляющей напряженности,
- магнитным склонением (угол между этой составляющей и плоскостью географического меридиана) и
- магнитным наклонением (угол между вектором напряженности и плоскостью горизонта).
На Северном магнитном полюсе стрелка компаса, который установлен вертикально, будет указывать строго вниз, а на Южном - строго вверх. Однако на магнитном полюсе стрелка компаса, расположенного горизонтально, беспорядочно вертится вокруг своей оси, поэтому компас здесь бесполезен для навигации.
.
Магнитное поле земли.
Геомагнетизм обусловливает существование внешнего магнитного поля - магнитосферы.
В настоящее время Северный магнитный полюс соответствует положительному знаку (силовые линии поля направлены внутрь Земли), а Южный - отрицательному (силовые линии направлены вовне). В геологическом прошлом полярность время от времени менялась на противоположную.
|
|
|
В настоящее время наблюдается смещение магнитных полюсов. Оно регистрируется с 1885 года. За последние 100 лет магнитный полюс в южном полушарии переместился почти на 900 км и вышел в Индийский океан.
Северный магнитный полюс двигается по направлению к Восточно-Сибирской мировой магнитной аномалии через Ледовитый океан. Новейшие наблюдения показали, что с 1973 по 1984 год его пробег составил 120 км, с 1984 по 1994 год — более 150 км. Хотя эти данные расчётные, они подтверждены замерами северного магнитного полюса. По данным на начало 2007 года, скорость дрейфа северного магнитного полюса увеличилась с 10 км/год в 1970-х годах до 60 км/год в 2004 году.
Напряжённость земного магнитного поля падает, причём неравномерно. За последние 22 года она уменьшилась в среднем на 1,7 %, а в некоторых регионах — например, в южной части Атлантического океана, — на 10 %. В некоторых местах напряжённость магнитного поля, вопреки общей тенденции, даже возросла.
Ускорение движения полюсов позволяет предположить, что в данном перемещении полюсов следует усматривать очередную инверсию магнитного поля Земли.
При смещении полюсов возрастает концентрация радиационного материала солнечного ветра, межпланетного пространства и космических лучей, который поступает в полярные области и несет дополнительную энергию Это может привести к дополнительному разогреву полярных шапок
Солнечный ветер (поток элементарных частиц, испускаемых Солнцем) деформирует магнитное поле Земли: на обращенной к Солнцу дневной стороне оно сжимается, а на противоположной, ночной, - вытягивается в т.н. магнитный хвост Земли.
Земля в электромагнитном поле.
Ниже 1000 км солнечные электромагнитные частицы в тонком верхнем слое земной атмосферы сталкиваются с молекулами кислорода и азота и возбуждют их. В результате происходит свечение, известное как полярное сияние.
|
|
|
В настоящее время Северное полярное сияние наилучшим образом видно из Канады и с Аляски. В Средние века, когда северный магнитный полюс располагался восточнее, полярное сияние часто было видно в Скандинавии, северной России и северном Китае.
Изменение магнитного поля на поверхности земли.
Шкалу магнитных инверсий используют для сопоставления толщ горных пород и определения их возраста.
Изучение магнитного поля земли осуществляется с двумя целями:
- изучение закономерностей, определяющих эволюцию магнитного поля земли и на этой основе - геологического строения земли;
- поиск и разведка месторождений полезных ископаемых.
Остаточная намагниченность горных пород ориентирована на магнитное поле Земли, существовавшее в период их образования. Исследования этой намагниченности показали, что магнитное поле Земли неоднократно испытывало инверсии в ходе геологической истории: северный полюс становился южным, а южный - северным.
На общий фон магнитного поля накладывается влияние горных пород, которые содержат ферромагнитные минералы, залегающие в земной коре, в результате чего на поверхности Земли образуются магнитные аномалии. Это изменяет магнитное поле на различных участках земли и служит поисковым признаком большого числа месторождений как рудных, так и нерудных.
Изучение аномалий магнитного поля и поиск на этой основе месторождений полезных ископаемых является предметом метода геофизической магнитной разведки.
Движение земли
Земля вращается вокруг своей оси и обращается вокруг Солнца. Эти движения усложняются за счет гравитационного влияния других объектов Солнечной системы, представляющей собой часть нашей Галактики. Галактика вращается вокруг своего центра, следовательно, и Солнечная система вместе с Землей вовлечены в это движение.
| Суточные движения земли | Движение оси Земли по круговому конусу |
Движение системы земля-луна вокруг центра масс с периодом 27,3 суток
Обращение системы земля-луна вокруг солнца по волнообразной траектории
Движение галактики Млечный путь во Вселенной
|
|
|
Вращение вокруг собственной оси з емля совершает один оборот вокруг оси за 23 ч 56 мин 4,09 с. Вращение происходит с запада на восток, т.е. против часовой стрелки (если смотреть со стороны Северного полюса). Поэтому кажется, что Солнце и Луна восходят на востоке и заходят на западе. Земля совершает примерно 365 1/4 оборота за время одного витка вокруг Солнца, что составляет один год или занимает 365 1/4 суток. Поскольку на каждый такой виток, кроме целых суток, дополнительно затрачивается еще четверть суток, каждые четыре года к календарю добавляется один день. Гравитационное притяжение Луны постепенно замедляет вращение Земли и удлиняет сутки примерно на 1/1000 с каждое столетие. По геологическим данным, темпы вращения Земли могли меняться, но не более чем на 5%.
Обращение Земли вокруг Солнца. Земля обращается вокруг Солнца по эллиптической орбите, близкой к круговой, в направлении с запада на восток со скоростью около. 107000 км/ч. Среднее расстояние до Солнца 149598 тыс. км, а разница между наибольшим и наименьшим расстоянием 4,8 млн. км. Эксцентриситет (отклонение от круга) земной орбиты меняется очень незначительно на протяжении цикла продолжительностью 94 тыс. лет. Изменения расстояния до Солнца, как полагают, способствуют формированию сложного климатического цикла, с отдельными этапами которого сопряжено наступание и отступание ледников во время ледниковых периодов. Эта теория, развитая югославским математиком М. Миланковичем, подтверждается геологическими данными. Ось вращения Земли наклонена к плоскости орбиты под углом 66°33', благодаря чему происходит смена времен года. Когда Солнце находится над Северным тропиком (23°27' с.ш.), в Северном полушарии начинается лето, при этом Земля располагается дальше всего от Солнца. В Южном полушарии лето начинается, когда Солнце поднимается над Южным тропиком (23°27' ю.ш.). В это время в Северном полушарии начинается зима.
Прецессия. Притяжение Солнца, Луны и других планет не изменяет угла наклона земной оси, но приводит к тому, что она перемещается по круговому конусу. Это перемещение называется прецессией. В настоящее время Северный полюс направлен на Полярную звезду. За следующие 12000 лет земная ось в результате прецессии пройдет примерно полпути и будет направлена на звезду Вега. Полный цикл прецессии составляет около 25800 лет и вносит существенный вклад в климатический цикл, о котором писал Миланкович. Дважды в год, когда Солнце находится непосредственно над экватором, и дважды в месяц, когда аналогичным образом расположена Луна, притяжение, обусловленное прецессией, уменьшается до нуля и происходит периодическое увеличение и снижение темпов прецессии. Такое колебательное движение земной оси известно как нутация, которая достигает максимума каждые 18,6 лет. Эта периодичность по влиянию на климат занимает второе место после смены времен года.
|
|
|
Система Земля - Луна. Земля и Луна связаны взаимным притяжением. Общий центр тяжести, называемый центром масс, расположен на линии, соединяющей центры Земли и Луны. Поскольку масса Земли почти в 82 раза больше массы Луны, центр масс этой системы расположен на глубине более 1600 км от поверхности Земли. И Земля, и Луна совершают оборот вокруг этой точки за 27,3 суток. Поскольку они обращаются вокруг Солнца, центр масс описывает сглаженный эллипс, хотя каждое из этих тел имеет волнистую траекторию.
Прочие формы движения. В пределах Галактики Земля и остальные объекты Солнечной системы перемещаются со скоростью ок. 19 км/с в направлении звезды Вега. Кроме того, Солнце и другие соседние звезды обращаются вокруг центра Галактики со скоростью около 220 км/с. В свою очередь, наша Галактика входит в состав более крупной галактики, а все галактики вовлечены в движение во Вселенной.
|
|
|
