Магнитное поле земли это: Что такое магнитное поле Земли

Что такое магнитное поле Земли

Магнитное поле Земли или геомагнитное поле — магнитное поле, генерируемое внутриземными источниками. Предмет изучения геомагнетизма. Появилось 4,2 млрд лет назад

Магнитное поле Земли похоже на магнитное поле гигантского постоянного магнита, наклоненного на угол в 11 градусов к оси ее вращения. Но здесь существует нюанс, суть которого заключается в том, что температура Кюри для железа составляет всего 770°C, тогда как температура железного ядра Земли значительно выше, и только на его поверхности составляет порядка 6000°C. При такой температуре наш магнит никак не сумел бы удержать свою намагниченность. Значит, поскольку ядро нашей планеты не магнитное, земной магнетизм имеет иную природу. Итак, откуда же берется магнитное поле Земли?

Как известно, магнитные поля окружают собой электрические токи, поэтому есть все основания предполагать, что циркулирующие в расплавленном металлическом ядре токи — это и есть источник земного магнитного поля. Форма магнитного поля Земли действительно подобна магнитному полю витка с током.

Величина измеренного на поверхности Земли магнитного поля — около половины Гаусса, при этом силовые линии как-бы выходят из планеты со стороны южного полюса и входят в ее северный полюс. При этом по всей поверхности планеты магнитная индукция изменяется от 0,3 до 0,6 Гаусс.

Практически наличие у Земли магнитного поля объясняется динамо-эффектом, возникающим от циркулирующего в ее ядре тока, но это магнитное поле не является всегда постоянным по направлению. Образцы скальных пород, взятые в одних и тех же местах, но имеющие различный возраст, отличаются направлением намагниченности. Геологи сообщают, что за последние 71 миллион лет магнитное поле Земли разворачивалось 171 раз!

Хотя детально динамо-эффект не изучен, вращение Земли определенно играет важную роль в генерации токов, которые, как предполагается, являются источником магнитного поля Земли.

Зонд «Mariner 2», исследовавший Венеру, обнаружил, что у Венеры такого магнитного поля нет, хотя в ее ядре, как и в ядре Земли, содержится достаточно железа.

Разгадка состоит в том, что период вращения Венеры вокруг своей оси равен 243 дням на Земле, то есть динамо-генератор Венеры вращается в 243 раза медленнее, а этого не достаточно чтобы произвести реальный динамо-эффект.

Взаимодействуя с частичками солнечного ветра, магнитное поле Земли порождает условия для возникновения вблизи полюсов так называемых полярных сияний.

Северная сторона стрелки компаса — это магнитный северный полюс, который всегда ориентируется по направлению к географическому северному полюсу, практически являющемуся магнитным южным полюсом. Ведь, как известно, противоположные магнитные полюса взаимно притягиваются.

Тем не менее, простой вопрос: «как Земля получает свое магнитное поле?» — до сих пор не имеет однозначного ответа. Понятно, что генерация магнитного поля связана с вращением планеты вокруг своей оси, ибо Венера с подобным составом ядра, но вращающимся в 243 раза медленнее, не имеет измеримого магнитного поля.

Кажется правдоподобным, что от вращения жидкости металлического ядра, составляющей основную долю этого ядра, возникает картина вращающегося проводника, создающего динамо-эффект и работающего подобно электрическому генератору.

Конвекция в жидкости наружной части ядра приводит к ее циркуляции по отношению к Земле. Это значит, что электропроводящий материал перемещается относительно магнитного поля. Если он оказывается заряжен благодаря трению между слоями в ядре, то вполне возможен эффект витка с током. Такой ток вполне в состоянии поддерживать магнитное поле Земли. Масштабные компьютерные модели подтверждают реальность данной теории.

В 50-е годы, в рамках стратегии «холодной войны», суда ВМС США буксировали чувствительные магнитометры по дну океана, в то время они искали способ обнаружения советских подводных лодок. В ходе наблюдений выяснилось, что магнитное поле Земли колеблется в пределах 10% по отношению к магнетизму непосредственно пород морского дна, имевших противоположное направление намагниченности. Получилась картина разворотов, происходивших до 4 миллионов лет назад, это было подсчитано калий-аргоновым археологическим методом.

Ранее ЭлектроВести писали, что страны мира в 2018 году исчерпали объем возобновляемых ресурсов, который планета может воспроизвести за год, уже к 1 августа — быстрее, чем когда-либо ранее, говорится в сообщении Всемирного фонда дикой природы (WWF).

По материалам: electrik.info.

Геологи выяснили, почему магнитное поле Земли меняется рывками

https://ria.ru/20190422/1552947338.html

Геологи выяснили, почему магнитное поле Земли меняется рывками

Геологи выяснили, почему магнитное поле Земли меняется рывками

Сила магнитного поля Земли резко меняется каждые десять лет из-за существования внутри ядра планеты особых турбулентных волн, «взбалтывающих» его материю при… РИА Новости, 22.04.2019

2019-04-22T18:42

2019-04-22T18:42

2019-04-22T18:42

земля

геология

открытия — риа наука

дания

париж

наука

/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content

/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content

https://cdn23.img.ria.ru/images/155294/58/1552945813_0:247:1338:1000_1920x0_80_0_0_e4454bdce480df81c85c486acc354a18.jpg

МОСКВА, 22 апр – РИА Новости. Сила магнитного поля Земли резко меняется каждые десять лет из-за существования внутри ядра планеты особых турбулентных волн, «взбалтывающих» его материю при достижении границы с мантией. Об этом пишут французские и датские геологи в журнале Nature Geoscience.Ядро нашей планеты, как сегодня считают ученые, состоит из двух слоев – твердого металлического ядра в центре, и окружающего его слоя из жидкого железа и никеля. Эта металлическая «жидкость» не стоит на месте, а постоянно движется, подобно воде в кипящем чайнике, и это движение порождает магнитное поле, защищающее жизнь на Земле от космических лучей, вспышек на Солнце и других опасных космических феноменов. То, как происходит это движение, сегодня никто не знает, так как заглянуть в ядро Земли, используя сейсмические приборы, фактически невозможно, из-за чего ученым приходится изучать его тайны при помощи математических моделей и лабораторных опытов по воспроизведению условий в ядре при помощи сверхмощных прессов и наковален.Недавно ученые обнаружили, что ядро Земли крайне неоднородно по своей структуре, что заставило их подозревать, что внутри него есть не два, а три слоя. Еще две группы геологов обнаружили необычные «пузыри» из железа, которые поднимаются из ядра в мантию, а также нашли следы существования своеобразных «реактивных потоков» железа внутри него.Жульен Обер (Julien Obert) из Института физики Земли в Париже (Франция) и его коллега Кристофер Финлэй (Christopher Finlay) из Технического университета Дании в Люнгбю изучали еще одну странную черту ядра Земли, открытую в конце прошлого века.До этого времени ученые считали, что магнитное поле планеты слабеет или усиливается достаточно медленными темпами, почти незаметными для наших приборов. В 1978 году ситуация резко изменилась, когда первые точные геомагнитные приборы зафиксировали, что скорость этих изменений выросла на несколько порядков. Примерно через год этот «рывок» прекратился и магнитное поле пришло в норму, однако нечто похожее повторилось в следующем десятилетии.В общей сложности, за последние полвека ученые зафиксировали десять подобных событий, природа которых, как и их влияние на силу поля и миграции полюсов, до сих пор остается предметом споров среди геологов.Финлэй и Обер нашли объяснение их появлению, изучая данные, записанные во время последних трех геомагнитных рывков, произошедших в 2007, 2011 и 2014 годах, и анализируя выводы их недавних попыток объяснить то, как переворачиваются полюса Земли.Тогда ученые предположили, что периодические временные или постоянные смены полюсов планеты были связаны с существованием особых колебаний внутри него, так называемых «динамо-волн». Они движутся от экватора к полюсам и перестраивают магнитную структуру ядра с определенной периодичностью.Нечто похожее, как заметили геофизики, происходит и в момент появления «геомагнитных рывков». Сильнее всего они проявляют себя в окрестностях экватора планеты, где появляются зоны, в которых сила магнитного поля особенно сильно росла или падала. Это натолкнуло их на мысль, что подобные аномалии могут порождать какие-то глубинные волны внутри ядра, связанные с тем, что Земля вращается вокруг своей оси.Руководствуясь этой идеей, ученые создали очень детальную компьютерную модель его материи, при помощи которой они просчитали, как будут возникать и двигаться подобные колебания. Для проведения этих расчетов Оберу и Финлэю понадобился мощный суперкомпьютер и 4 миллиона часов машинного времени, однако эти затраты оправдали себя.Оказалось, что геомагнитные рывки появлялись в подобной системе сами по себе благодаря тому, что волны, возникавшие в центральных регионах ядра, постепенно замедляли движение и усиливались по мере их приближения к его границе с мантией. Когда они достигали этой зоны, эти колебания особым образом «взбалтывали» его материю, что приводило к резкому усилению или ослаблению магнитного поля.Как надеются ученые, результаты их расчетов и компьютерная модель помогут точно установить ту роль, которую геомагнитные рывки играют в эволюции магнитного поля Земли и в перевороте ее полюсов.

https://ria.ru/20180521/1520996960.html

https://ria.ru/20121212/914551302.html

https://ria.ru/20161108/1480908244.html

земля

дания

париж

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

2019

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

Новости

ru-RU

https://ria.ru/docs/about/copyright.html

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

https://cdn22.img.ria.ru/images/155294/58/1552945813_0:164:1338:1168_1920x0_80_0_0_a39c568c48dd665f5bccb2fb80039ee6.jpg

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

земля, геология, открытия — риа наука, дания, париж

МОСКВА, 22 апр – РИА Новости. Сила магнитного поля Земли резко меняется каждые десять лет из-за существования внутри ядра планеты особых турбулентных волн, «взбалтывающих» его материю при достижении границы с мантией. Об этом пишут французские и датские геологи в журнале Nature Geoscience.

«Магнитное поле Земли не постоянно, на его силу влияют как медленные, так и быстрые колебания. К примеру, медленный круговорот расплавленных пород в ядре не только порождает это поле, но и отвечает за колебания в его силе, которые длятся столетиями. При этом существуют и очень резкие колебания, так называемые геомагнитные рывки, чья продолжительность не превышает и года», — пишут ученые.

Ядро нашей планеты, как сегодня считают ученые, состоит из двух слоев – твердого металлического ядра в центре, и окружающего его слоя из жидкого железа и никеля. Эта металлическая «жидкость» не стоит на месте, а постоянно движется, подобно воде в кипящем чайнике, и это движение порождает магнитное поле, защищающее жизнь на Земле от космических лучей, вспышек на Солнце и других опасных космических феноменов.

То, как происходит это движение, сегодня никто не знает, так как заглянуть в ядро Земли, используя сейсмические приборы, фактически невозможно, из-за чего ученым приходится изучать его тайны при помощи математических моделей и лабораторных опытов по воспроизведению условий в ядре при помощи сверхмощных прессов и наковален.

21 мая 2018, 14:12НаукаГеолог выяснил, почему магнитное поле Земли «бежит» на запад

Недавно ученые обнаружили, что ядро Земли крайне неоднородно по своей структуре, что заставило их подозревать, что внутри него есть не два, а три слоя. Еще две группы геологов обнаружили необычные «пузыри» из железа, которые поднимаются из ядра в мантию, а также нашли следы существования своеобразных «реактивных потоков» железа внутри него.

Жульен Обер (Julien Obert) из Института физики Земли в Париже (Франция) и его коллега Кристофер Финлэй (Christopher Finlay) из Технического университета Дании в Люнгбю изучали еще одну странную черту ядра Земли, открытую в конце прошлого века.

До этого времени ученые считали, что магнитное поле планеты слабеет или усиливается достаточно медленными темпами, почти незаметными для наших приборов. В 1978 году ситуация резко изменилась, когда первые точные геомагнитные приборы зафиксировали, что скорость этих изменений выросла на несколько порядков. Примерно через год этот «рывок» прекратился и магнитное поле пришло в норму, однако нечто похожее повторилось в следующем десятилетии.

В общей сложности, за последние полвека ученые зафиксировали десять подобных событий, природа которых, как и их влияние на силу поля и миграции полюсов, до сих пор остается предметом споров среди геологов.

Финлэй и Обер нашли объяснение их появлению, изучая данные, записанные во время последних трех геомагнитных рывков, произошедших в 2007, 2011 и 2014 годах, и анализируя выводы их недавних попыток объяснить то, как переворачиваются полюса Земли.

12 декабря 2012, 22:00НаукаЯдро пускает железные «пузыри» в верхнюю мантию Земли, выяснили ученыеЛитосфера Земли состоит из трех основных слоев — земной коры, мантии и ядра. В составе мантии ученые выделяют две части — верхнюю и нижнюю. Изучение ядра и слоев мантии «напрямую» невозможно на практике из-за большой глубины, на которой залегают их породы.

Тогда ученые предположили, что периодические временные или постоянные смены полюсов планеты были связаны с существованием особых колебаний внутри него, так называемых «динамо-волн». Они движутся от экватора к полюсам и перестраивают магнитную структуру ядра с определенной периодичностью.

Нечто похожее, как заметили геофизики, происходит и в момент появления «геомагнитных рывков». Сильнее всего они проявляют себя в окрестностях экватора планеты, где появляются зоны, в которых сила магнитного поля особенно сильно росла или падала. Это натолкнуло их на мысль, что подобные аномалии могут порождать какие-то глубинные волны внутри ядра, связанные с тем, что Земля вращается вокруг своей оси.

Руководствуясь этой идеей, ученые создали очень детальную компьютерную модель его материи, при помощи которой они просчитали, как будут возникать и двигаться подобные колебания. Для проведения этих расчетов Оберу и Финлэю понадобился мощный суперкомпьютер и 4 миллиона часов машинного времени, однако эти затраты оправдали себя.

Оказалось, что геомагнитные рывки появлялись в подобной системе сами по себе благодаря тому, что волны, возникавшие в центральных регионах ядра, постепенно замедляли движение и усиливались по мере их приближения к его границе с мантией. Когда они достигали этой зоны, эти колебания особым образом «взбалтывали» его материю, что приводило к резкому усилению или ослаблению магнитного поля.

Как надеются ученые, результаты их расчетов и компьютерная модель помогут точно установить ту роль, которую геомагнитные рывки играют в эволюции магнитного поля Земли и в перевороте ее полюсов.

8 ноября 2016, 18:00НаукаГеологи выяснили, что переворачивает магнитные полюса ЗемлиШвейцарские и датские геологи полагают, что магнитные полюса периодически меняются местами из-за необычных волн внутри жидкого ядра планеты, периодически перестраивающих его магнитную структуру при движении от экватора к полюсам.

Что нового узнали учёные о дрейфе магнитного полюса Земли и магнитного поля Мирового океана

Осипов О.Д. 1, д.т.н Минлигареев В.Т.2, д.ф.-м.н Копытенко 3,

к.ф.-м.н Меркурьев С.А.3,4, Арутюнян Д.А.2,5, к.т.н Кузнецов К. М.5,

д.ф.-м.н Максимочкин В.И.5, Григорьев Е.К.6

Исследование дрейфа Южного магнитного полюса Земли и магнитного поля Мирового океана в кругосветной экспедиции    

ОИС ВМФ «Адмирал Владимирский»

Введение

Для Земли магнитное поле является жизненно важным в глобальном смысле, выступает как магнитный щит от солнечных и галактических космических лучей (СКЛ и ГКЛ) для всего живого и для созданной человечеством инфраструктуры технических средств и систем по всей планете. Магнитное поле Земли (МПЗ) с древних времен привлекает внимание человечества и используется им для решения широкого круга задач. Первоначально это было связано с мореплаванием и необходимостью решения навигационной задачи с помощью морского компаса, история которого насчитывает уже более двух тысячелетий. В настоящее время характеристики магнитного поля используют для навигации судов, летательных аппаратов, космических кораблей, для добычи полезных ископаемых. Магнитные датчики есть практически в каждом мобильном телефоне.

Поэтому наблюдение за магнитным полем Земли (МПЗ), его «поведением» и постоянный мониторинг его полюсов является особенно важным на протяжении всего периода солнечной активности.

1. Главное магнитное поле Земли. Магнитные вариации

По современным представлениям МПЗ в любой точке земной поверхности и в околоземном пространстве можно представить в виде трёх составляющих: главного (нормального) поля — диполя, полей вариаций и магнитных аномалий (Рис. 1 и 2).

     

Главное магнитное поле, простирающееся на несколько радиусов Земли, защищает нас от влияния потока протонов и электронов, идущих от солнечных вспышек, а также от галактических лучей, приходящих из далекого космоса. Состояние магнитного поля в околоземном космическом пространстве контролируют наземные средства и многочисленные космические аппараты, в частности российские геостационарные спутники гидрометеорологического и гелиогеофизического назначения серии «Электро-Л».

Потоки СКЛ и ГКЛ, возмущая ионосферу и магнитосферу Земли, «доносят» вариации магнитного поля до поверхности Земли. Вклад поля вариаций в общее МПЗ может достигать 5–10 % и определяется по данным сети магнитовариационных станций, основной из которых является государственная наблюдательная сеть Росгидромета. Головным учреждением по магнитным наблюдениям на государственной наблюдательной сети является Институт прикладной геофизики имени академика Е.К. Федорова (ФГБУ «ИПГ»). Необходимо отметить, что значительные изменения магнитного поля, происходящие, в первую очередь, во время интенсивных солнечных вспышек, провоцируют на Земле магнитные бури, относящиеся к категории опасных гелиогеофизических явлений (ОГЯ). Магнитные бури по интенсивности развития, продолжительности или моменту возникновения могут представлять серьёзную угрозу энергетическим системам, протяжённым трубопроводам, системам связи, навигации, космическим аппаратам, другим высокотехнологичным системам и могут наносить значительный материальный ущерб. Как результат воздействия — магнитные бури в отдельных случаях могут влиять и на здоровье людей. Поэтому роль магнитных наблюдений в мониторинге и прогнозе ОГЯ чрезвычайно важна и её нельзя недооценивать. Магнитные наблюдения являются важнейшей частью государственной наблюдательной сети. Кроме того, необходимо наблюдение за перемещением магнитных полюсов, так как важно знать их место расположения при определении магнитного склонения для навигации, определении степени опасности полярных районов при сильных магнитных возмущениях. 

Источники главного магнитного поля находятся в земном ядре. Вклад главного поля в МПЗ для большинства районов Земли является определяющим и варьируется от 80 до 98 %. Исследования показали, что главное поле изменяется со временем, для него характерно наличие вековых вариаций. В последнее время эти изменения сильно ускорились. Фундаментальные исследования в этом направлении проводят академические институты, в частности Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН и его Санкт-Петербургский филиал (ИЗМИРАН).

Определение параметров главного поля (Рис.3) производится по международным моделям, основными из которых являются IGRF (International geomagnetic reference field) и WMM (World Magnetic Model).

Среди проблем, решаемых фундаментальной геофизикой, особо следует выделить задачи по определению возраста океанической коры, изучению её строения, механизмов формирования и эволюции. Происхождение магнитного поля Земли рассматривалось ещё Альбертом Эйнштейном как одна из трёх наиболее важных нерешённых проблем в физике. Хотя теперь мы знаем, что магнитное поле создаётся в результате конвекции в металлическом внешнем жидком ядре Земли, где самогенерирующее действие динамо не даёт полю затухнуть. Но детальная физика работы геодинамо не вполне изучена.

В настоящее время наблюдается тенденция уменьшения дипольного магнитного момента Земли, которая отчасти связана с магнитной аномалией в Южной Атлантике, где поле на поверхности Земли сейчас примерно на 35% слабее среднего. Если эта тенденция сохранится, то это может привести к распаду дипольного поля. Ответ на вопрос, как долго будет сохраняться текущая скорость распада дипольного поля, последует ли за этим инверсия главного магнитного поля, представляет более чем академический интерес.  Как отмечалось ранее — именно дипольное магнитное поле (главное поле) защищает нашу планету от СКЛ и ГКЛ.

При исследовании пространственной структуры главного магнитного поля Земли и динамики его изменений особую роль следует отвести проведению измерений на акватории Мирового океана, поскольку там практически отсутствуют магнитные обсерватории. Более 30 лет (с 1953 по 1991 гг.) на борту немагнитной шхуны «Заря» (ИЗМИРАН) проводились систематические измерения четырёх компонент геомагнитного поля — модуля вектора напряженности, горизонтальной и вертикальной составляющих, магнитного склонения, на основании которых была создана обширная база данных. В ходе этих исследований были заложены морские пункты векового хода, которые помогли отслеживать динамику изменения МПЗ в некоторых точках Мирового океана. Ключевыми районами, где проведение измерений помогает корректировать глобальные модели геомагнитного поля, являются приполярные  области, то есть области близкие к Южному и Северному магнитным полюсам.

Таким образом, определение положения Северного и Южного магнитного полюсов и их движение является важной и актуальной фундаментальной и прикладной задачей. Исследование особенностей миграции магнитных полюсов Земли способствует пониманию природы генерации главного магнитного поля.

2. Аномальное магнитное поле Земли

Аномальная составляющая магнитного поля Земли (АМПЗ) — магнитное поле региональных и локальных магнитных аномалий, источники которого находятся в земной коре (Рис.2 и 4). АМПЗ обусловлено неоднородностью магнитных свойств горных пород, слагающих земную кору, и отражает особенности её строения, историю формирования и развития. АМПЗ фактически стабильная во времени составляющая магнитного поля, которая может измениться только в результате тектонических процессов или крупной антропогенной деятельности.

Исследование параметров АМПЗ проводится для геологоразведочных работ, изучения в области наук о Земле, а также используется для применения в системах автономной навигации по геофизическим полям Земли.

Для изучения параметров магнитного поля Мирового океана применяются буксируемые (забортные) морские магнитометры. Магнитометрические системы подобного типа традиционно, помимо решения академических научных задач, активно используются для проведения геологоразведочных, инженерных и археологических изысканий на акватории Мирового океана ведущими отечественными и зарубежными сервисными и научно-производственными компаниями (Рис.5). Одним из отечественных предприятий по выполнению морских магнитометрических изысканий является предприятие АО «Южморгеология», стоящее у истоков становления метода морской магнитной съёмки в нашей стране. Только за последние пять лет (2015–2020 гг.) компанией (холдинг АО «Росгеология») было выполнено более 100 000 погонных километров магнитометрических измерений на акватории российского шельфа, зарубежных государств и Мирового океана.

3. Исследования дрейфа магнитных полюсов

Магнитный полюс — это блуждающая точка на поверхности северного и южного полушария Земли, где геомагнитное поле направлено вертикально (горизонтальная составляющая равна нулю). Несмотря на то, что все линии равного магнитного склонения сходятся на магнитном полюсе, склонение на самом полюсе не определено. Все компасы направлены к Южному или Северному магнитным полюсам, но в силу наличия недипольной составляющей МПЗ, стрелки непосредственно на полюса не указывают. И даже в полярных областях сходимость линий магнитного склонения не является радиальной.

До 2019 г. для расчёта главного поля использовались модели эпохи 2015 г. Во все эпохи шёл дрейф магнитных полюсов. Скорость дрейфа Северного магнитного полюса в 1970-х годах составила 10 км/год, в 2001 г. — 40 км/год, в 2004 г. — 60 км/год, в 2015 г. — 48 км/год. Начиная с 2016 г. необычно большая скорость, с которой смещается Северный магнитный полюс Земли, привела к серьёзным ошибкам в расчётах модели 2015 г. В начале 2019 г. невязка определения Северного магнитного полюса составила порядка 40 км. Для устранения такого рода ошибок с начала 2019 г. началось досрочное обновление международных моделей МПЗ. В феврале — WMM — Национальным геофизическим центром данных США (NGDC), а в декабре вышла обновлённая версия WMM 2020 (Рис.6).  

В том же декабре 2019 г. Международной ассоциацией геомагнетизма и аэрономии (IAGA) выпущена очередная версия модели IGRF-13. Эти модели необходимы для функционирования как профессиональных навигационных систем, так и бытовых навигаторов, в том числе для мобильных телефонов. С меньшими скоростями и несоосно изменялось и положение Южного магнитного полюса (ЮМП). На рисунке 6 хорошо виден узел схождения изогон (линий равного магнитного склонения) между Австралией и Антарктидой. Это и есть ЮМП.

Задача определения положения Южного магнитного полюса имеет длинную историю. Первые геомагнитные измерения (измерения склонения) в Антарктическом регионе были выполнены в ходе второй кругосветной экспедиции Дж. Кука (1772–1775). Однако оценок местоположения ЮМП не делалось. Первое экспериментальное определение местоположения ЮМП было выполнено в ходе кругосветной антарктической экспедиции русских мореплавателей Ф. Беллинсгаузена и М. Лазарева (1819–1821). Вскоре после экспедиции к Северному магнитному полюсу немецкий физик К. Гаусс рассчитал на основе сферического гармонического анализа нахождение ЮМП в точке с координатами 66 ° ю.ш., 146 ° в.д. Достичь этой точки и провести инструментальные измерения удалось только 16 января 1909 г. Британской антарктической экспедицией под руководством Эрнеста Шеклтона (экспедиция на «Нимроде»). Далее ЮМП определялся в 1912, 1931, 1951, 1962 гг. (Рис.7).

Продолжая традиции русских мореплавателей и первооткрывателей Антарктиды М. Лазарева и Ф. Беллинсгаузена, моряки ВМФ СССР при участии сотрудников СПбФ ИЗМИРАН определяли местоположение Южного магнитного полюса во время первой кругосветной экспедиции на ОИС «Адмирал Владимирский» и ОИС «Фаддей Беллинсгаузен» (1982-1983). Было пройдено несколько галсов в районе ЮМП с целью определения его местоположения. Научный руководитель работ — контр-адмирал Л. Митин. (Рис.8).

Последнее инструментальное определение Южного магнитного полюса проведено австралийской геологической службой на судне «Sir Hubert Wilkins» в 2000 г.

4. Кругосветная экспедиция ВМФ ОИС «Адмирал Владимирский» 2019-2020 гг.

В 2019-2020 гг. по решению министра обороны РФ в честь 200-летия открытия Антарктиды и 250-летия со дня рождения адмирала И.Ф. Крузенштерна успешно проведена кругосветная экспедиция на океанографическом исследовательском судне (ОИС) ВМФ «Адмирал Владимирский».

Одной из задач антарктической экспедиции являлось измерение параметров магнитного поля отдельных участков Мирового океана по маршруту следования и инструментальное определение координат Южного магнитного полюса в море Дюрвиля (около Земли Адели Антарктиды) и определение невязки магнитного полюса по мировым моделям. Эту задачу на ОИС выполняла объединённая геофизическая группа в составе ФГБУ «ИПГ», МГУ имени М.В. Ломоносова (физический и геологический факультеты), ИЗМИРАН и АО «Южморгеология» при поддержке Русского географического общества, Гидрометеорологической службы ВС РФ, Гидрографической службы ВМФ.

В составе геофизической группы по измерениям параметров магнитного поля проводили работы: Илья Грушников — кафедра физики Земли физического факультета МГУ (г. Москва), Вадим Солдатов — ИЗМИРАН (Санкт-Петербург), Михаил Кузякин — «Южморгеология» (г. Геленджик) (Рис.10).

Программу исследований, координацию съёмок формировали специалисты и руководство ФГБУ «ИПГ», ИЗМИРАН, геологического факультета МГУ. Определение характеристик МПЗ (модуля и полного вектора индукции магнитного поля) в Мировом океане является сложной задачей. Собственное и наведённое магнитное поле корабля требует применения буксируемых морских магнитометров. Кроме того, отсутствие в океане магнитовариационных станций затрудняет учёт переменной составляющей МПЗ. Для решения измерительных задач в экспедиции использовалось два типа приборов. Первый — классический буксируемый магнитометр. В настоящее время большинство магнитометрических измерений на акватории Мирового океана выполняется морскими протонными буксируемыми магнитометрами, а измеряемой величиной является модуль полного вектора магнитного поля. 

Для выполнения задач экспедиции компанией АО «Южморгеология» был предоставлен комплект магнитометрического оборудования и опытный квалифицированный оператор, сопровождавший ход выполнения работ. Важным фактором, повлиявшим на успешное завершение работ по уточнению положения ЮМП, стало наличие у компании обширного опыта и понимание специфики выполнения магнитометрических измерений в приполярных областях (Рис.11).

Модульные площадные съёмки выполнялись с помощью протонных буксируемых морских магнитометров для измерения модуля индукции магнитного поля. Их работа осуществлялась в дифференциальном режиме для наблюдений и учёта вариаций магнитного поля. Измерения параметров МПЗ производились двумя гондолами с датчиками, работающими на эффекте Оверхаузера, буксируемыми последовательно друг за другом на расстояние не менее 300–400 м за судном, чтобы минимизировать влияние магнитного поля корабля.

Для определения положения ЮМП чрезвычайно важно знание компонент магнитного поля, поэтому в ходе съёмки были дополнительно использованы трёхкомпонентные магнитометры.

Компонентные измерения проводились с помощью магнитовариационного комплекса MVC-2, разработанного ИЗМИРАН и состоящего из трёх датчиков торсионного типа. Параллельно с этим комплексом использовался компонентный магнитометр с датчиками, основанными на магниторезистивном эффекте. Датчики были ориентированы вдоль продольной, поперечной и вертикальной оси корабля. Вся магнитометрическая аппаратура находилась в лаборатории, расположенной на корме судна таким образом, чтобы датчики находились максимально удалённо от корпуса судна с целью уменьшения влияния  магнитного поля корабля на показания датчиков (Рис.12).

Эта работа велась научным сотрудником лаборатории морских геомагнитных исследований СПбФ ИЗМИРАН В. Солдатовым. Компонентные магнитометрические измерения проводились практически непрерывно на всех этапах экспедиции, что позволило выполнить десятки тысяч линейных километров морской компонентной магнитной съёмки. Это имеет большую ценность для исследования магнитного поля Земли, поскольку забортные измерения иногда не проводились в силу погодных условий. Общий объём измерений составляет несколько терабайт и требует тщательной камеральной обработки, которая будет выполнена сотрудниками лаборатории. 

В ходе экспедиции проводились измерения магнитометрами обоих видов, что позволило проводить анализ и сопоставление этих измерений и постоянно контролировать работу аппаратуры. В ходе рейса несколько раз проводились исследования собственного и наведённого магнитного поля судна (девиационные работы). Для этого необходимо было определить районы и методику, согласовать предложения с руководством экспедиции. Этим в экспедиции занимался магистрант кафедры физики Земли физического факультета МГУ Грушников И.Ю. (Рис.13 и 14).  

Работы по инструментальному определению ЮМП были в начале апреля 2020 г. по плану экспедиции. Несмотря на сильные шторма в Южном океане — ветер более 30 метров в секунду и 7-метровые волны, — команда «Адмирала Владимирского» выполнила одну из основных задач экспедиции.

6 апреля 2020 года судно «Адмирал Владимирский» прибыло в район съёмки магнитного поля Земли в море Дюрвиля в районе Земли Адели Антарктиды для определения положения ЮМП. Более 48 часов специалисты, члены команды в сложных метеоусловиях непрерывно проводили съёмки параметров магнитного поля.  Для определения положения магнитного полюса экспедицией были проведены площадные морские магнитометрические работы с использованием трёхкомпонентного и протонного морского буксируемого магнитометра (Рис.15 и 16).

Экспериментальное определение положения магнитного полюса подразумевает проведение магнитной съёмки, по результатам которой можно определить область, где поле направлено практически вертикально. О том, что корабль находился непосредственно в районе местонахождения МПЗ, свидетельствовала, например, и «сошедшая с ума» стрелка компаса, которая меняла направление вместе с судном, разворачивалась на 180 градусов, беспричинно крутилась во все стороны.

Для параметрического определения положения ЮМП заранее была спроектирована площадная сеть наблюдений. На рисунке 17 отмечены положения полюса по данным международной модели геомагнитного поля IGRF-13 в 2020 году, а также за предыдущие годы и прогнозируемое положение. Наряду с данными модели IGRF-13 на рисунке представлены положения ЮМП по данным модели IGRF-12 и модели WMM. Если обратить внимание на историю дрейфа ЮМП, то можно заметить, что его траектория описывается не прямой, а кривой линией (Рис. 16). В 2019 и 2020 гг. направление его смещения было в направлении запад-юго-запад. Основываясь на положении полюса по данным различных моделей и тренду его смещения в прошлых годах, проектная сеть наблюдений расширена на юго-запад относительно положения полюса по данным модели IGRF-13.

На рисунке 17 показано положение галсов детальной морской магнитной съёмки акватории Южного океана у берегов Антарктиды, выполненных ОИС «Адмирал Владимирский» с целью определения положение ЮМП (справа). Жёлтые кружки — положение полюса на эпоху, обозначенную цифрами, зелёные звёздочки — положение ЮМП по моделям WMM и IGRF-12.

В полученные данные также будут внесены поправки по магнитным вариациям на день проведения съёмок, взятые с ближайших магнитных обсерваторий, — Дюмон-Дюрвиль (Франция) в Антарктиде и на острове Маккуори (Новая Зеландия). Данные магнитных измерений в море Дюрвиля в районе ЮМП будут переданы в организации участников экспедиции, где пройдут камеральную обработку, сравнение с другими параметрами и пройдут процедуру окончательного уточнения положения Южного магнитного полюса Земли. Сводный заключительный отчёт по исследованиям МПЗ будет представлен на заседании Русского географического общества в конце 2020 г.

Заключение

Таким образом, команда ОИС «Адмирал Владимирский» спустя 20 лет после последнего инструментального уточнения магнитного полюса провела работы в районе нахождения Южного магнитного полюса вблизи берегов Антарктиды. Этот факт является серьёзным вкладом российской науки (при безусловной поддержке Военно-морского флота России и Русского географического общества) в мировую копилку достижений в познании основополагающих геофизических процессов, происходящих на нашей планете для фундаментальных и прикладных задач.

Принимая во внимание важность и глобальность подобных исследований, необходимо определить перспективы исследований и мониторинга магнитного поля Земли. Целесообразно объединение наземных наблюдательных сетей и отдельных магнитных обсерваторий Росгидромета, РАН, Минобрнауки и Росгеологии.

В международном сотрудничестве в рамках Международной ассоциации геомагнетизма и аэрономии  IAGA, в связи с ускорением движения магнитных полюсов необходимо достигнуть договоренностей по регулярному инструментальному контролю магнитных полюсов для уточнения мировых моделей.

Используя опыт проведения Международного геофизического года — МГГ (в самый разгар холодной войны — в 1957-1958 гг.), в преддверии нового 25 солнечного цикла и в условиях непростых международных отношений, целесообразно провести Международный год магнитного поля (или новый МГГ) в целях исследования и прогнозирования «здоровья» и состояния нашей планеты.

________

Примечания

        1. Институт прикладной геофизики имени академика Е.К. Федорова Росгидромета (ФГБУ «ИПГ»).

2. Санкт-Петербургский филиал Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН (СПбФ ИЗМИРАН).

3. Санкт-Петербургский государственный университет.

4. Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова.

5. АО «Южморгеология», Росгеология.

Благодарности

Коллектив авторов выражает благодарность всем, кто принимал участие в подготовке специалистов, обработке результатов измерений, доставке оборудования для экспедиции, оперативно организовывал передачу информации, обеспечивал связь и координацию по маршруту следования ОИС «Адмирал Владимирский», кто осуществлял поддержку и проведение научных консультаций.

1. Руководителю экспедиции ОИС «Адмирал Владимирский», заместителю начальника Управления навигации и океанографии МО РФ Осипову Олегу Дмитриевичу.

2. Директору Института прикладной геофизики имени академика Е.К. Федорова Росгидромета (ФГБУ «ИПГ»), докт. физ.-мат. наук Репину Андрею Юрьевичу, сотрудникам института.

3. Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова. Физический факультет. Заведующему кафедрой физики Земли докт. физ.-мат. наук, профессору Смирнову Владимиру Борисовичу и сотрудникам кафедры.

4. Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова. Геологический факультет. Заведующему кафедрой геофизических методов исследования земной коры, докт. физ.-мат. наук, профессору Булычеву Андрею Александровичу; доценту кафедры, канд. геол.-минерал. наук Лыгину Ивану Владимировичу; сотрудникам и студентам кафедры.

5. Санкт-Петербургский филиал Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН (СПбФ ИЗМИРАН). Научным сотрудникам отдела геомагнитных исследований: канд. физ.-мат. наук Дёминой И.М., канд. физ.-матем. наук Иванову С.А., канд. техн. наук Сергушину П.А., Зайцеву Д.Б., Леваненко В.А., Петленко А.В.

6. Управляющему директору АО «Южморгеология» Красинскому Егору Михайловичу (Российский геологический холдинг «Росгеология»).

7. Арктический и антарктический научно-исследовательский институт Росгидромета (ФГБУ «ААНИИ»). Директору института, докт. географ. наук Макарову Александру Сергеевичу, руководителю Российской антарктической экспедиции (РАЭ), канд. физ.-мат. наук Клепикову Александру Вячеславовичу, руководителю отдела геофизики, канд. техн. наук Калишину Алексею Сергеевичу.

8. Начальнику Гидрометеорологической службы Вооруженных Сил Российской Федерации Удришу Владимиру Викторовичу и сотрудникам службы.

 9. Управление навигации и океанографии МО РФ.  Канд. техн. наук Процаенко Сергею Владимировичу.

Фотографии с ОИС «Адмирал Владимирский» предоставлены членами экспедиции, пресс-службой РГО и РИА Новости.

Литература

1. Баткова Л.А., Боярских В.Г., Демина И.М. Комплексная база данных геомагнитного поля по результатам съёмок на немагнитной шхуне «Заря» // Геомагнетизм и аэрономия. 2007. Т. 47. С. 571-576.
2. Карасик А.М. Магнитные аномалии океана и гипотеза разрастания океанического дна // Геотектоника. 1971. № 2. С. 3-18.
3. Касьяненко Л.Г., Пушков А.Н. Магнитное поле, океан и мы. Л., Гидрометеоиздат, 1987, 192 с.
4. Кузнецов В.В. Причина ускорения дрейфа Северного магнитного полюса: джерк или инверсия? // Геомагнетизм и аэрономия. 2006. Т. 46. № 2. С. 280-288.
5. Кузнецов В.В. Положение Северного магнитного полюса в 1994 г. ДАН. 1996. Т. 348, №.3. С. 397-399.
6. Кузнецов В.В. Прогноз положения Южного магнитного полюса на 1999 г. ДАН. 1998-б. Т. 361. № 2. С. 348-251.
7. Морские геомагнитные исследования на НИС «Заря» // Сб. под ред. В.И. Почтарева. М., Наука, 1986, 184 с.
8. Решетняк М.Ю., Павлов В.Э. Эволюция дипольного геомагнитного поля. Наблюдения и модели, Геомагнетизм и аэрономия 2016. Том 56. № 1. С. 117.
9. Заболотнов В.Н., Минлигареев В.Т.  Средства измерений магнитных величин: аналитический обзор // Мир измерений. 2013. № 4. С. 53-61.
10. Минлигареев В.Т., Заболотнов В.Н., Денисова В.И. и др. Обеспечение единства магнитных измерений на государственной наблюдательной сети // Гелиогеофизические исследования: научный электронный журн. 2013. № 6. C. 8-19.
11. Минлигареев В.Т., Алексеева А.В., Качановский Ю.М. и др.  Картографическое обеспечение магнитометрических навигационных систем робототехнических комплексов // Известия ЮФУ. Технические науки. Тем. вып. «Перспективные системы и задачи управления». Ростов-на-Дону, 2019. № 1 (203). С. 248-258.
12. Ivanov S.A., Merkuriev S.A. Preliminary results of the Geohistorical and Paleomagnetic analysis of marine magnetic anomalies in the northwestern Indian Ocean. Recent Advances in Rock Magnetism, Environmental Magnetism and Paleomagnetism. International Conference on Geomagnetism, Paleomagnetism and Rock Magnetism (Kazan, Russia) Springer International Publishing, Proceedings of the 12th International School and Conference “Conference on Paleomagnetism and Rock Magnetism”. Springer International Publishing, 2019. —  pp.479-490.
13. Yu. A.Kopytenko, V.I. Pochtariev «On the ability of vector geomagnetic measurements to present information» Russian Airborne Geophysics and Remote Sensing. GTTI. SPIE. USA, v. 2111, 1993, p.196.
14. Кузнецов В.Д., Петров В.Г., Копытенко Ю.А. Использование магнитного поля Земли в проблемах ориентации и навигации // Труды II Всероссийской науч. конф. «Проблемы военно-прикладной геофизики и контроля состояния природной среды». СПб.: ВКА им. А.Ф.Можайского, 2012. Т.1. С.424-432.
15. Yu.A., E.A.Kopytenko, D.B.Zaitsev, P.M.Voronov, L.G.Amosov «Magnetovariation complex MVC-2» Proc. of the VI-th Workshop on Geomagnetic Observatory Instr., Data Acquisit. and Processing. Belgium. 1994, p.10.
16. Kopytenko Yu.A., Petlenko A.V., Petrova A.A., Kopytenko E.A., Voronov P.M., Ismagilov V.S., Zaitsev D.B., Timoshenkov Yu.P. Peculiarities of Interpretation of Magnetic Field Components’ Data Obtained at High-Latitudes on the Board of Moving Carrier, Proceedings of the International Conference on Marine Electromagnetics: Marelec 97 : 23-26 June 1997, London UK, pp.6.
17. Копытенко Ю.А., Петрищев М.С., Сергушин П.А, Леваненко В.А., Перечесова А.Д. Устройство для изготовления торсионных подвесов чувствительных элементов приборов // Патент РФ № 2519888, МПК D07B3/00, 20.06.2014, Бюл. № 17.

МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ЗЕМЛИ | Энциклопедия Кругосвет

Содержание статьи

МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ЗЕМЛИ. Большинство планет Солнечной системы в той или иной степени обладают магнитными полями. По убыванию дипольного магнитного момента на первом месте Юпитер и Сатурн, а за ними следуют Земля, Меркурий и Марс, причем по отношению к магнитному моменту Земли значение их моментов составляет 20 000, 500, 1, 3/5000 3/10000. Дипольный магнитный момент Земли на 1970 составлял 7,98·10²⁵ Гс/см³ (или 8,3·10²² А.м²), уменьшаясь за десятилетие на 0,04·10²⁵ Гс/см³. Средняя напряженность поля на поверхности составляет около 0,5 Э (5·10^–5 Тл). По форме основное магнитное поле Земли до расстояний менее трех радиусов близко к полю эквивалентного магнитного диполя. Его центр смещен относительно центра Земли в направлении на 18° с.ш. и 147,8° в. д. 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. В настоящее время он расположен недалеко от северного географического полюса Земли в Северной Гренландии. Его координаты j = 78,6 + 0,04° Т с.ш., l = 70,1 + 0,07° T з.д., где Т – число десятилетий от 1970. У cеверного магнитного полюса j = 75° ю.ш., l = 120,4° в.д. (в Антарктиде). Реальные магнитные силовые линии магнитного поля Земли в среднем близки к силовым линиям этого диполя, отличаясь от них местными нерегулярностями, связанными с наличием намагниченных пород в коре. В результате вековых вариаций геомагнитный полюс прецессирует относительно географического полюса с периодом около 1200 лет. На больших расстояниях магнитное поле Земли несимметрично. Под действием исходящего от Солнца потока плазмы (солнечного ветра) магнитное поле Земли искажается и приобретает «шлейф» в направлении от Солнца, который простирается на сотни тысяч километров, выходя за орбиту Луны.

Специальный раздел геофизики, изучающий происхождение и природу магнитного поля Земли называется геомагнетизмом. Геомагнетизм рассматривает проблемы возникновения и эволюции основной, постоянной составляющей геомагнитного поля, природа переменной составляющей (примерно 1% от основного поля), а так же структура магнитосферы – самых верхних намагниченных плазменных слоев земной атмосферы, взаимодействующих с солнечным ветром и защищающих Землю от космического проникающего излучения. Важной задачей является изучение закономерностей вариаций геомагнитного поля, поскольку они обусловлены внешними воздействиями, связанными в первую очередь с солнечной активностью.

Происхождение магнитного поля.

Наблюдаемые свойства магнитного поля Земли согласуются с представлением о его возникновении благодаря механизму гидромагнитного динамо. В этом процессе первоначальное магнитное поле усиливается в результате движений (обычно конвективных или турбулентных) электропроводящего вещества в жидком ядре планеты или в плазме звезды. При температуре вещества в несколько тысяч К его проводимость достаточно высока, чтобы конвективные движения, происходящие даже в слабо намагниченной среде, могли возбуждать изменяющиеся электрические токи, способные, в соответствии с законами электромагнитной индукции, создавать новые магнитные поля. Затухание этих полей либо создает тепловую энергию (по закону Джоуля), либо приводит к возникновению новых магнитных полей. В зависимости от характера движений эти поля могут либо ослаблять, либо усиливать исходные поля. Для усиления поля достаточно определенной асимметрии движений. Таким образом, необходимым условием гидромагнитного динамо является само наличие движений в проводящей среде, а достаточным – наличие определенной асимметрии (спиральности) внутренних потоков среды. При выполнении этих условий процесс усиления продолжается до тех пор, пока растущие с увеличением силы токов потери на джоулево тепло не уравновесят приток энергии, поступающей за счет гидродинамических движений.

Динамо-эффект – самовозбуждение и поддержание в стационарном состоянии магнитных полей вследствие движения проводящей жидкости или газовой плазмы. Его механизм подобен генерации электрического тока и магнитного поля в динамо-машине с самовозбуждением. С динамо-эффектом связывают происхождение собственных магнитных полей Солнца Земли и планет, а также их локальные поля, например, поля пятен и активных областей.

Составляющие геомагнитного поля.

Собственное магнитное поле Земли (геомагнитное поле) можно разделить на cледующие три основные части.

1. Основное магнитное поле Земли, испытывающее медленные изменения во времени (вековые вариации) с периодами от 10 до 10 000 лет, сосредоточенными в интервалах 10–20, 60–100, 600–1200 и 8000 лет. Последний связан с изменением дипольного магнитного момента в 1,5–2 раза.

2. Мировые аномалии – отклонения от эквивалентного диполя до 20% напряженности отдельных областей с характерными размерами до10 000 км. Эти аномальные поля испытывают вековые вариации, приводящие к изменениям со временем в течение многих лет и столетий. Примеры аномалий: Бразильская, Канадская, Сибирская, Курская. В ходе вековых вариаций мировые аномалии смещаются, распадаются и возникают вновь. На низких широтах имеется западный дрейф по долготе со скоростью 0,2° в год.

3. Магнитные поля локальных областей внешних оболочек с протяженностью от нескольких до сотен км. Они обусловлены намагниченностью горных пород в верхнем слое Земли, слагающих земную кору и расположенных близко к поверхности. Одна из наиболее мощных – Курская магнитная аномалия.

4. 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 замагниченной плазмы, приходящие от Солнца вместе с солнечным ветром, и формирующие структуру и форму земной магнитосферы.

Структура магнитного поля земной атмосферы.

Земное магнитное поле находится под воздействием потока намагниченной солнечной плазмы. В результате взаимодействия с полем Земли образуется внешняя граница околоземного магнитного поля, называемая магнитопаузой. Она ограничивает земную магнитосферу. 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. Изменения магнитного поля Земли во времени, вызванные различными причинами, называются геомагнитными вариациями, которые различаются как по своей длительности, так и по локализации на Земле и в ее атмосфере.

Магнитосфера – область околоземного космического пространства, 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. Подсолнечная точка в среднем находится на расстоянии 10 земных радиусов, а хвост магнитосферы простирается за орбиту Луны. Топология магнитосферы определяется областями вторжения солнечной плазмы внутрь магнитосферы и характером токовых систем.

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 радиационных поясов. Проникая в головную часть магнитосферы в область овалов полярных сияний под действием изменяющегося давления солнечного ветра и межпланетного поля, хвост служит местом формирования потоков высыпающихся частиц, вызывающих полярные сияния и авроральные токи. Магнитосфера отделена от межпланетного пространства магнитопаузой. Вдоль магнитопаузы частицы корпускулярных потоков обтекают магнитосферу. Влияние солнечного ветра на земное магнитное поле иногда бывает очень сильным. Магнитопауза – внешняя граница магнитосферы Земли (или планеты), на которой динамическое давление солнечного ветра уравновешивается давлением собственного магнитного поля. При типичных параметрах солнечного ветра подсолнечная точка удалена от центра Земли на 9–11 земных радиусов. В период магнитных возмущений на Земле магнитопауза может заходить за геостационарную орбиту (6,6 радиусов Земли). При слабом солнечном ветре подсолнечная точка находится на расстоянии 15–20 радиусов Земли.

Солнечный ветер –

истечение плазмы солнечной короны в межпланетное пространство. На уровне орбиты Земли средняя скорость частиц солнечного ветра (протонов и электронов) около 400 км/с, число частиц – несколько десятков в 1 см³.

Магнитная буря.

Локальные характеристики магнитного поля изменяются и колеблются иногда в течение многих часов, а потом восстанавливаются до прежнего уровня. Это явление называется магнитной бурей. Магнитные бури часто начинаются внезапно и одновременно по всему земному шару.

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. Согласно наблюдениям, геомагнитные вариации непрерывно изменяются во времени, причем такие изменения часто носят периодический характер.

Cуточные вариации. Cуточные вариации геомагнитного поля возникают регулярно в основном за счет токов в ионосфере Земли, вызванных изменениями освещенности земной ионосферы Солнцем в течение суток.

Нерегулярные вариации. 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. 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. 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.

Радиационные пояса и космические лучи.

Радиационные пояса Земли – две области ближайшего околоземного космического пространства, которые в виде замкнутых магнитных ловушек окружают Землю.

В них сосредоточены огромные потоки протонов и электронов, захваченных дипольным магнитным полем Земли. Магнитное поле Земли оказывает сильное влияние на электрически заряженные частицы, движущиеся в околоземном космическом пространстве. Есть два основных источника возникновения этих частиц: космические лучи, т.е. энергичные (от 1 до12 ГэВ) электроны, протоны и ядра тяжелых элементов, приходящие с почти световыми скоростями, главным образом, из других частей Галактики. И корпускулярные потоки менее энергичных заряженных частиц (10⁵–10⁶ эВ), выброшенных Солнцем. В магнитном поле электрические частицы движутся по спирали; траектория частицы как бы навивается на цилиндр, по оси которого проходит силовая линия. Радиус этого воображаемого цилиндра зависит от напряженности поля и энергии частицы. Чем больше энергия частицы, тем при данной напряженности поля радиус (он называется ларморовским) больше. Если ларморовский радиус много меньше, чем радиус Земли, частица не достигает ее поверхности, а захватывается магнитным полем Земли. Если ларморовский радиус много больше, чем радиус Земли, частица движется так, как будто бы магнитного поля нет, частицы проникают сквозь магнитное поле Земли в экваториальных районах, если их энергия больше 10⁹ эв. Такие частицы вторгаются в атмосферу и вызывают при столкновении с ее атомами ядерные превращения, которые дают определенные количества вторичных космических лучей. Эти вторичные космические лучи уже регистрируются на поверхности Земли. Для исследования космических лучей в их первоначальной форме (первичных космических лучей) аппаратуру поднимают на ракетах и искусственных спутниках Земли. Примерно 99% энергичных частиц, «пробивающих» магнитный экран Земли, являются космическими лучами галактического происхождения и лишь около 1% образуется на Солнце. Магнитное поле Земли удерживает огромное число энергичных частиц, как электронов, так и протонов. Их энергия и концентрация зависят от расстояния до Земли и геомагнитной широты. Частицы заполняют как бы огромные кольца или пояса, охватывающие Землю вокруг геомагнитного экватора.

Эдвард Кононович

Магнитное поле Земли оказалось почти на миллиард лет старше

Вкрапления циркона в кварце

John Tarduno et al. / PNAS, 2020

Ученые подтвердили существование мощного магнитного поля Земли уже 4,2 миллиарда лет назад, в древнейшую геологическую эпоху — Катархей. Это стало известно благодаря детальному изучению древних вкраплений кристаллов циркона, обнаруженных в недрах гряды Джек Хиллс в Австралии. До этого исследования считалось, что нельзя получить достоверную информацию о магнитном поле старше 3,4 миллиарда лет. Работа, опубликованная в Proceedings of the National Academy of Sciences, поможет понять эволюцию ядра планеты и ее атмосферы, что важно для исследования зарождения жизни на Земле.

В ядре Земли постоянно текут конвективные потоки жидкого металла, работающие как естественный генератор магнитного поля, — магнитное динамо. Магнитное поле отражает солнечный ветер, без чего атмосфера планеты постепенно бы сдувалась, а вода распадалась на кислород и водород. Чистый водород, будучи очень легким, плохо удерживается силой притяжения и постепенно улетучивается в космос. Таким образом, без магнитного поля на Земле не смогла бы сохраниться вода и зародиться жизнь.

Обычно историю земной магнитосферы изучают по остаточной намагниченности древних пород. Тела приобретают индукцию при помещении в магнитное поле, но некоторые материалы могут сохранить индуктивность и после того, как внешнее поле исчезнет. Измеряя эту остаточную индуктивность, можно вычислить характеристики поля, которое ее породило. Проблема, однако, в том, что древнейшие доступные для изучения горные породы хранят информацию не старше 3,4 миллиарда лет: предыдущие данные стерты геологическими метаморфозами, прежде всего — сильным нагревом в земных недрах и химическими изменениями.

Для того, чтобы обойти это ограничение, можно исследовать древние вкрапления не изменившихся минералов в более молодые осадочные породы. У этого метода есть существенные ограничения, в том числе, количество таких вкраплений в образце должно быть весьма велико, и они должны быть организованы в единый плотный домен.

Циркон — наиболее привлекательный минерал для такого анализа, поскольку он весьма стабилен и время его формирования легко датировать. Пригодные для такого метода исследования образцы были найдены в геологическом обнажении Дискавери в гряде Джек Хиллс, в Австралии. Самые старые зерна циркона оттуда образовались 4,2 миллиарда лет назад и хранят информацию о той эпохе.

Критики этого метода утверждают, что значительная часть намагниченности в найденных образцах вторична и образовалась уже после отложения кристаллов циркона в породу. Они обнаружили в кристаллах микровключения магнетита и следы относительно молодых трещин, через которые, по их мнению, он туда и попал, и предположили, что магнитный след циркона из Джек Хиллс загрязнен этими более поздними включениями. Также оппоненты сомневались в возможности отделить остаточную индукцию самих кристаллов от индукции окружающего их кварца.

A) общий вид кристалла циркония, B) C) D) вкрапления магнетита

John Tarduno et al. / PNAS, 2020

В ответ на это группа ученых во главе с Джоном Тардуно (John Tarduno) из Рочестерского университета в первую очередь решила проверить, действительно ли намагниченность окружающего кварца может повлиять на метод исследования. Для этого они воссоздали температуру 575 градусов Цельсия и магнитное поле силой 61 микротесла, при которых формировались найденные образцы, и поместили в эти условия сначала циркон, а затем окружающий его минерал. Выяснилось, что кварц не сохраняет существенного магнитного следа, в отличие от зерен циркона.

Далее ученые детально изучили образцы при помощи электронного микроскопа и обнаружили, что нет однозначной связи между трещинами и включениями магнетита, что опровергает гипотезу позднейшего загрязнения. Кроме того, некоторые магниты меняют свои свойства в зависимости от температуры, их магнитное поле можно блокировать и разблокировать, а для разных материалов эти температуры разные. Исследования при низких (около 300 градусов Цельсия) температурах разблокировки магнитного поля показали, что картина намагниченности была бы другой в случае, если бы за остаточную индукцию отвечали эти вкрапления.

Авторы исследования заключили, что можно с уверенностью говорить о существовании земного магнитного поля, а значит, и конвективных потоков лавы, уже 4,2 миллиарда лет назад, в эпоху Катархея, вскоре после импактного события, сформировавшего Луну. Также в эту эпоху наблюдаются изменения интенсивности магнитного поля примерно в два раза: их невозможно объяснить нагревом или охлаждением земного ядра. Вероятно, эти изменения были вызваны увеличением количества оксида магния в магме, который усиливает эффект динамо.

Ранее ученые пересмотрели дату исчезновения магнитного поля Луны, исследовав образцы, полученные миссией Аполлон-15. Оказалось, что оно исчезло всего миллиард лет назад, на миллиард лет позже, чем ранее считалось.

Василий Зайцев

Магнитное поле помогает оздоровлению мышц. В спортзал можно не ходить?

1 декабря 2020

Автор фото, Getty Images

Недавнее исследование, проведенное учеными из Национального университета Сингапура, показало, что один из белков, входящих в состав нашей мышечной ткани, реагирует на слабое магнитное поле, стимулируя мышечный рост.

С возрастом люди постепенно теряют мышечную массу и силу. Причины этого до сих пор толком не известны, поэтому изучение всех аспектов мышечного здоровья представляет немалый интерес, как для ученых, так и для всех, кто столкнулся с проблемой возрастной потери мышечной массы.

Команда под руководством доцента Альфредо Франко-Обрегона из Института инноваций и технологий здравоохранения при сингапурском университете (iHealthtech) обнаружила, что белок TRPC1 реагирует на слабые колебания магнитного поля.

Такая реакция обычно наблюдается во время физических упражнений. Эту чувствительность к воздействию магнитного поля можно использовать для стимуляции восстановления мышц, что может улучшить качество жизни пациентов с нарушенной подвижностью.

Результаты совместного исследования ученых из сингапурского университета и швейцарского Федерального технологического института опубликованы в журнале Advanced Biosystems.

Магнитное поле и здоровье мышц

Магнитные поля, которые исследователи использовали для стимуляции мышц, всего в 10-15 раз сильнее, чем магнитное поле Земли, но намного слабее, чем привычный нам стержневой магнит. Это дало ученым возможность предположить, что мышцы человека естественным образом реагируют на слабое магнитное поле.

Чтобы проверить эту теорию, группа исследователей сначала использовала специальную экспериментальную установку, чтобы нейтрализовать влияние всех окружающих магнитных полей. Исследователи обнаружили, что мышечные клетки действительно росли медленнее, когда они были защищены от воздействия всех магнитных полей окружающей среды.

Автор фото, Westend61

Подпись к фото,

Об отказе от физических упражнений в исследовании не говорится — какая незадача для лентяев…

Эти наблюдения убедительно подтвердили идею о том, что магнитное поле Земли естественным образом взаимодействует с мышцами, вызывая биологические реакции.

Чтобы продемонстрировать участие TRPC1 в качестве своего рода «антенны», реагирующей на магнитное поле, исследователи с помощью генной инженерии создали мышечные клетки, из генома которых был удален белок TRPC1.

Оказалось, что клетки-мутанты не реагируют на любое магнитное поле. Затем исследователи смогли восстановить магнитную чувствительность путем избирательной доставки TRPC1 к этим клеткам.

Метаболические изменения, аналогичные тем, которые достигаются при физических упражнениях, наблюдались в предыдущих клинических испытаниях и исследованиях, проведенных доцентом Франко-Обрегоном. Как оказалось, для стимуляции мышечных клеток достаточно воздействия магнитного поля в течение всего 10 минут в неделю.

Почему это важно

Здоровье мышц сильно влияет на общее метаболическое состояние человека — вес, уровень сахара в крови, инсулина и холестерина, и в целом на самочувствие человека. Особенно это важно для людей с различными заболеваниями, которым трудно поддерживать высокий уровень физической активности в повседневной жизни.

Магнитные поля, симулируя работу мышц, могут помочь пациентам, неспособным выполнять упражнения из-за травм, болезней или слабости. Сейчас ученые исследуют возможности снижения зависимости пациентов от лекарственных препаратов при лечении таких заболеваний, как диабет.

«Мы надеемся, что наши исследования помогут снизить количество прописываемых препаратов для лечения заболеваний, и таким образом уменьшить побочные эффекты от лекарств и повысить качество жизни пациентов», — говорит Франко-Обрегон.

NASA предупредило об аномалии в магнитном поле над Землей :: Общество :: РБК

Она наблюдается, в частности, над Южной Америкой. Из-за аномалии могут возникать сбои при получении данных со спутников, а также может нарушаться работа бортовых компьютеров

Фото: NASA / Reuters

В магнитном поле Земли существует аномалия, из-за которой могут выходить из строя бортовые компьютеры и нарушаться порядок получения данных со спутников, сообщило NASA. Ученые назвали это явление Южно-Атлантической аномалией, оно наблюдается над Южной Америкой и южной частью Атлантического океана.

Как пояснило NASA, магнитное поле Земли действует как щит, защищая планету от солнечных частиц. Однако в районе Южно-Атлантической аномалии действие щита необычайно слабое, что позволяет частицам ближе проникать к поверхности Земли. Испускаемое ими излучение может выводить из строя бортовые компьютеры и мешать сбору данных со спутников.

«Роскосмос» назвал неопасным приближающийся к Земле астероид

Сейчас аномалия не оказывает видимого воздействия на повседневную жизнь на Земле, однако наблюдения агентства показывают, что она расширяется в западном направлении, а действие щита продолжает ослабевать. Более того, область аномалии разделяется на две зоны, что создает дополнительные проблемы для спутниковых программ, сообщает NASA.

Южно-Атлантическая аномалия возникает из-за двух особенностей ядра Земли: наклона ее магнитной оси и потока расплавленных металлов внутри ее внешнего ядра, считают в NASA.

Невероятная странность магнитного поля Земли

Большинство людей не знают, что магнитное поле Земли имеет слабое место размером с континентальную часть Соединенных Штатов, которое парит над Южной Америкой и южной частью Атлантического океана.

Мы защищены от любых воздействий на земле, но нашим спутникам не так повезло: когда они проникают через эту магнитную аномалию, их бомбардируют излучением более интенсивным, чем где-либо еще на орбите. Есть основания полагать, что эта вмятина в магнитном поле, называемая Южно-Атлантической аномалией, становится только больше.

Эта аномалия — далеко не единственная необычная особенность магнитного поля Земли.

Сотни раз в истории Земли наше магнитное поле менялось на противоположное, переключаясь между севером и югом в планетарном триггере. Магнитный Северный полюс Земли тоже продолжает дрейфовать, в хаотичном танце спотыкаясь вокруг Арктики. И ученые обнаружили импульсы магнитного поля Земли — так называемые геомагнитные рывки — которые могут подорвать наши навигационные системы.

Тем не менее, прогнозирование этих изменений остается сложной задачей.«Так же, как и прогнозы погоды, вы не можете предсказать эволюцию ядра дальше нескольких десятилетий», — сказал Жюльен Обер, исследователь из Парижского института физики Земли.

Напряженность магнитного поля, измеряемая в нанотеслах, резко падает в районе Южно-Атлантической аномалии. Фото: ESA

Но ученые хотят знать, как магнитное поле Земли изменится в более отдаленном будущем. Без магнитного поля спутники могут быть потеряны, а инструменты, основанные на точных магнитных моделях для навигации, могут выйти из строя.

Ответы придут еще не скоро. Магнитное поле защищает атмосферу Земли от вредного излучения Солнца. Ученые узнают, что Солнце способно к эмиссии — солнечным вспышкам — даже более разрушительным, чем мы когда-либо думали, и понимание силы и вариаций нашего магнитного поля жизненно важно для понимания того, насколько мы можем оказаться в опасности от следующей большой солнечной бури.

Железное сердце

Кукольник, который управляет магнитным полем, — это ядро ​​Земли, перегретое сердце нашей планеты, которое горит так же горячо, как поверхность Солнца.

В ядре расплавленные металлы постоянно находятся в движении, так как горячие плавучие струи более легкого материала поднимаются наружу. В самом центре находится небольшое твердое внутреннее ядро, которое растет по мере охлаждения Земли.

Математика геодинамо настолько запутана, что Альберт Эйнштейн не поверил ей. Эта планетарная анатомия создает основу для активного магнитного поля. Постоянная потребность ядра в охлаждении и, следовательно, в конвекции приводит в действие электрический генератор нашей планеты. Генератор создает самоподдерживающееся магнитное поле посредством процесса, называемого геодинамо.Математика геодинамо настолько запутана, что Альберт Эйнштейн не поверил этой теории, когда один из ее основателей, Вальтер М. Эльзассер, предложил ему ее.

Геодинамо работает, потому что естественная конвекция жидкого ядра проталкивает металлы через существующее слабое магнитное поле, возбуждая электрический ток. Из-за взаимосвязи между электричеством и магнетизмом ток создает второе магнитное поле, и процесс повторяется. Этот процесс был самоподдерживающимся на протяжении большей части истории Земли.

Хотя ядро ​​находится в тысячах километров под нашими ногами, создаваемое им магнитное поле простирается далеко в космос, окружая планету подобно броне. Но доспехи нашей планеты несовершенны, и результаты могут быть душераздирающими.

Щель в броне Земли Геомагнитные рывки движутся вдоль силовых линий магнитного поля Земли, показанных здесь внутри ядра. Фото: Жюльен Обер, IPGP / CNRS

Ранней весной 2016 года группы инженеров в Японии наблюдали, как их ценный спутник вышел из-под контроля.

Команды, создавшие спутник Hitomi, запущенный всего пятью неделями ранее, надеялись, что космический корабль будет наблюдать черные дыры, скопления галактик и другие объекты с высокой энергией. На спутнике даже был замечательный рентгеновский калориметр — триумф инженерной мысли за три десятилетия.

Но каскад событий, начавшийся с столкновения с Южно-Атлантической аномалией, казалось, обрекал Хитоми на гибель. Пройдя через аномалию, бортовая система, которая контролировала ориентацию спутника, дала сбой, когда он поворачивался для наблюдения за новым звездным скоплением.Этот маневр привел к серии программных ошибок, которые заставили Hitomi безумно крутиться. Вскоре спутник разбился на 11 частей.

«Это научная трагедия», — сказал тогда « Nature » Ричард Мушоцки, астроном из Университета Мэриленда в Колледж-Парке.

Другой космический корабль стал жертвой Южно-Атлантической аномалии. Напряженность магнитного поля на высоте многих спутников в аномалии вдвое меньше, чем где-либо еще, а слабое поле не так эффективно отталкивает излучение.Внутренний радиационный пояс Ван Аллена, радиационный диск в форме пончика вокруг Земли, который улавливает частицы высоких энергий, прилегает к аномалии намного ближе к поверхности из-за ослабленного поля.

Любой спутник на околоземной орбите — обычная высота для спутников наблюдения Земли — должен пройти через аномалию. Космический телескоп Хаббл проводит в этом регионе 15% своей жизни и регулярно отключает свои светочувствительные камеры, чтобы избежать повреждений. Некоторые инструменты, такие как Ionospheres Connection Explorer НАСА, отключают электрические компоненты детектора ультрафиолетовых фотонов каждый раз, когда они проходят.В первые дни существования Международной космической станции аномалия вызвала бы сбой в компьютерах астронавтов.

Радиация оставляет зеленые и красные пятна на изображениях космического телескопа Хаббл во время прохождения через Южно-Атлантическую аномалию. Одна камера на борту телескопа может бодрствовать в аномалии, но ее изображения зашумлены. Предоставлено: ESA

. Но иногда спутнику просто не везет. Эшли Грили, научный сотрудник Центра космических полетов имени Годдарда НАСА, вспомнила спутник CubeSat, который умер вскоре после запуска.Во время пусковых проверок и этапа ввода в эксплуатацию «мы думаем, что энергичная частица попала в неправильное место и в неподходящее время, и, к сожалению, мы так и не получили данных», — сказала она.

Растущая аномалия

Исследователи обнаружили Южно-Атлантическую аномалию в 1958 году, когда спутники впервые начали измерять радиацию в космосе. «Теперь этот регион занимает видное место в большинстве моделей», — сказал Теренс Сабака из НАСА. «Все в значительной степени согласны с его размером, формой и прочностью.«Хотя это все еще вопрос предположений, есть некоторые свидетельства того, что аномалия существует с самого начала 19 века, а может быть, даже раньше.

Настоящие дебаты связаны с тем, что аномалия сделает дальше.

Возможно, вмятина раскалывается, или, возможно, появляется еще одно слабое место, которое врезается в нее. Грили впервые взглянула на аномалию во время своей докторской работы. Просматривая спутниковые данные за 20 лет, она вычислила размер аномалии во время каждого прохода Солнечных аномальных и магнитосферных частиц.По ее словам, спутники на низкой околоземной орбите проходят через регион примерно раз в неделю, и этот переход длится несколько минут.

Со временем Грили обнаружил, что Южно-Атлантическая аномалия смещается на запад (примерно на 1 ° долготы каждые 5 лет) и даже немного на север. В конце концов, «большая часть этого будет над сушей», — сказала она. Прицел от аномалии пройдет над Аргентиной, Боливией, Бразилией, Чили и Парагваем.

Прогноз, сделанный ученым НАСА Вейджиа Куанг и профессором округа Балтимор Эндрю Тангборном из Университета Мэриленда, показывает, что аномалия не только мигрирует на запад, но и увеличивается в размерах.Через пять лет область ниже напряженности поля 24000 нанотесла (примерно половина нормальной магнитной напряженности) вырастет примерно на 10% по сравнению со значениями 2019 года. По словам Куанг, вмятина также может расколоться, или, возможно, независимо от нее возникнет другое слабое место.

Южноатлантическая аномалия в настоящее время охватывает части южной части Африки, большую часть южной части Атлантического океана и Южную Америку. По прогнозам, через 5 лет регион будет расти и раздваиваться. Нажмите на изображение для увеличения.Предоставлено: Вейцзя Куанг и Теренс Сабака / NASA GSFC

. Хотя, по прогнозам, в следующие 5 лет вмятина будет расти, делать прогнозы на будущее невозможно, сказал Куанг. Движение жидкости в ядре Земли настолько турбулентно, что небольшое возмущение в системе может привести к целому ряду результатов, которые мы не можем предвидеть. Чем дальше вы продвигаетесь во времени, тем больше появляется безудержных ситуаций.

Хотя будущее остается неопределенным, изучение аномалии «дает нам очень хорошее окно для понимания не только основной динамики», — сказал Куанг, но также «региональных свойств этой области.”

К счастью, аномалия не может повредить жизни на поверхности, сказал Куанг. «Но если он продолжит ослабевать со временем, это может в конечном итоге повлиять на нас». Дыра в нашем поле подвергнет нас воздействию частиц высокой энергии, которые могут вызвать выброс энергосистем и разъедать защитные газы в нашей атмосфере.

Магнитные содрогания и блуждающий полюс

Дочь Чэнли Хуанга часто слышала знакомую историю перед сном.

Однажды четверо слепых решили пойти в зоопарк навестить слона.Они никогда не встречали ни одного раньше и хотели знать, как он выглядит. Первый человек подошел к слону, пощупал его хобот и объявил, что это «изогнутая лопатка». Второй коснулся его хвоста и пришел к выводу, что это похоже на палку. Третий мужчина осторожно похлопал по телу и объявил, что животное похоже на стену, тогда как четвертый почувствовал его ногу и сказал, что это было похоже на столб.

По отдельности четверо мужчин понимали только одну часть слона. Но вместе они получили более четкое представление об истинной природе слона.

Древние исследователи погибли, пытаясь установить станции наблюдения в отдаленных местах. Хуан также рассказывает эту историю своему коллеге Пэншо Дуаню. Когда астрономы заглядывают внутрь Земли, у них нет возможности «почувствовать» истинную природу ядра. Но они могут исследовать различные аспекты, сотрудничать и сравнивать с другими, чтобы составить более полную картину.

Ученые давно занимаются этим поиском, иногда со смертельным исходом. Исследователи прошлого погибли, пытаясь установить станции наблюдения в отдаленных местах, как обреченный английский исследователь сэр Джон Франклин, чья экспедиция по магнитным наблюдениям Северного полюса в 1845 году закончилась тем, что 129 человек погибли и два корабля потерялись.

Как только во всем мире возникли долговечные наземные обсерватории, ученые заметили странные отклонения в полевых условиях, в том числе, например, то, что наши магнитные Северный и Южный полюса свободно перемещаются по планете. Это правда, что полюса не уклоняются от осей вращения Земли из-за неравномерного и турбулентного потока в ядре, но они также постепенно дрейфуют, как силовые линии закрученного поля динамики ядра. В прошлом веке магнитный Северный полюс шествовал через канадскую Арктику, а с 2000-х годов он шагает по Северному Ледовитому океану.

Но иногда это постепенное движение ускоряется, казалось бы, случайным образом, и дрейф магнитного поля Земли идет в другом направлении. Эти отклонения называются геомагнитными рывками.

Вы можете заметить рывки на V-образных графиках изменения направления магнитного поля с течением времени. Предоставлено: Жюльен Обер, IPGP / CNRS из французских данных BCMT

. Ученые также называют рывки «V-образными» событиями, основываясь на их появлении на графиках скорости изменения поля во времени. События обычно длятся от 1 до 3 лет, а первый задокументированный случай был зарегистрирован в 1902 году.С тех пор произошли десятки рывков.

Последний рывок был в 2016 году, когда он толкнул поле и резко сместил дрейф Северного полюса. Мероприятие было довольно неудобным, потому что ученые только что выпустили 5-летнюю модель магнитного поля Земли, названную World Magnetic Model (WMM). Команде WMM пришлось досрочно обновить модель, чтобы избежать недопустимых навигационных ошибок.

Хотя происхождение рывков является предметом активных исследований, недавнее исследование в журнале Nature Geoscience, проведенное Обертом и Крисом Финли из Технического университета Дании, предполагает, что рывки могут возникать в результате толчка и притяжения сил внутри Земли (немного.ly / jerks-research). Когда горячий шлейф вырывается через внешнее ядро, тонкий баланс между планетарными, вращательными и электромагнитными силами нарушается. Несбалансированные силы вызывают дрожь вдоль силовых линий магнитного поля в виде волн.

Следующий рывок может уже начаться. Недавний анализ Хуанга и Дуана предсказал, что следующее событие произойдет в 2020 или 2021 году.

В этом случае ученым, возможно, потребуется обновить магнитные карты, на которые опирается деятельность промышленности и правительства.Компании, ведущие бурение на нефть и газ, например, используют точно настроенные магнитные модели для рытья скважин. Но не все рывки вызывают изменения направления, поэтому время покажет, каков будет результат.

Рывки могут пролить свет на тепловые свойства ядра — горячо обсуждаемая тема, которая влияет на наши представления обо всем, от возраста ядра до начала тектоники плит. Однако еще слишком рано говорить о том, происходит ли толчок прямо сейчас. Финли, член группы, которая публикует модели магнитного поля каждые 6 месяцев, сказал, что невозможно идентифицировать геомагнитные рывки, пока они не произошли, потому что исследователи должны анализировать данные с течением времени.По словам Финли, на то, чтобы узнать это наверняка, потребуется около двух лет.

Независимо от того, приближается ли к нам следующее событие, геомагнитные рывки — это одна из составляющих видения «слона» магнитного поля Земли. Скачки могут пролить свет на тепловые свойства ядра — горячо обсуждаемая тема, которая влияет на наши представления обо всем, от возраста ядра до начала тектоники плит.

Решение загадки происхождения рывка устранит «камень преткновения» в будущих предсказаниях магнитного поля, сказал Обер, что нам крайне необходимо, чтобы лучше понять защитную броню нашей планеты.

Как избежать Судного дня

Владимир Айрапетян не жалеет слов, когда речь идет об апокалиптических сценариях и нашем магнитном поле.

Художник показывает солнечную вспышку, покидающую Солнце и несущуюся к Земле. Предоставлено: NASA

. В одном мрачном сценарии катастрофически массивная солнечная вспышка охватывает Землю и выбивает озоновый слой, подвергая нас разрушительному ультрафиолетовому излучению, которое, как известно, вызывает рак. По словам Айрапетяна, за 6–12 месяцев, которые потребуются для восстановления нашего озонового слоя, мы будем жить как «ночные животные».

«Вам придется спуститься под землю и выйти ночью», — сказал Айрапетян, ученый НАСА из Центра космических полетов Годдарда. «Это сценарий голливудского типа».

Рассказы о катастрофическом отказе нашего поля являются частью знаний о работе с магнитным полем Земли. Люди всегда хотят знать: «Когда происходит действительно действительно плохое?» — сказал Обер.

Хотя преобладающая наука предполагает, что эти сценарии конца света возможны, они крайне маловероятны.Магнитное поле Земли непостоянно, покрыто кратерами и постоянно меняется, но у ученых нет оснований полагать, что это поле не защитит нас на десятилетия — а, скорее всего, столетия — в будущем.

Даже один из самых драматических сценариев — перемагничивание — маловероятен в обозримом будущем. Последний поворот произошел 780 000 лет назад, и исследователи предполагают, что за многомиллиардное время существования магнитного поля полюса менялись сотни раз.

Наша звезда может быть способна выстрелить вспышкой эпических масштабов.Но у ученых нет убедительных доказательств того, что нас ждет инверсия поля, сказала Кэтрин Констебл, ученый из Института океанографии Скриппса, изучающая инверсию магнитного поля. «Сфера меняется так постепенно, что мы будем справедливо предупреждены, по крайней мере, через несколько десятилетий», — сказал Констебль.

Возможно, более серьезная опасность исходит из космоса. Магнитное поле — наша главная линия защиты от натиска высокоэнергетических частиц Солнца. Недавнее исследование Айрапетяна предполагает, что в нашей Солнечной системе возможны гигантские солнечные вспышки.Наблюдения за другими звездами, похожими на Солнце, показывают, что наше Солнце может испускать вспышку эпических масштабов.

Конгресс

принял в 2020 году PROSWIFT (Закон о содействии исследованиям и наблюдениям космической погоды для улучшения прогнозов завтрашнего дня), чтобы вложить деньги в исследования космической погоды, которые авторы закона назвали вопросом национальной безопасности. Гелиофизика — это самое маленькое подразделение НАСА, поэтому Айрапетян «очень рад» дополнительному финансированию и поддержке, чтобы узнать, какие космические опасности ждут впереди.

До тех пор наше магнитное поле будет продолжать делать то, что умеет лучше всего: дрейфовать, дрожать и трансформироваться в свою следующую грандиозную конфигурацию.

Информация об авторе

Дженесса Данкомб (@jrdscience), штатный писатель

Благодарности

Eos благодарит Вейцзя Куанга, который щедро предоставил прогноз Южно-Атлантической аномалии по запросу.

Магнитное поле Земли

Магнитное поле Земли похоже на что из стержневого магнита наклонен на 11 градусов от ось вращения Земной шар.Проблема с этой картинкой заключается в том, что температура Кюри железо около 770 С. Ядро Земли горячее, чем это, и, следовательно, не намагничен. Так как же Земля получила свое магнитное поле?

Магнитные поля окружают электрические токи, поэтому мы предполагаем, что циркулирующие электрические токи в расплавленном металлическом ядре Земли являются источником магнитного поля. Токовая петля дает поле, подобное земному. Величина магнитного поля, измеренная на поверхности Земли, составляет около половины Гаусса и падает в сторону Земли в северном полушарии.Величина колеблется по поверхности Земли в пределах от 0,3 до 0,6 Гаусса.

Магнитное поле Земли объясняется динамо-эффектом циркулирующего электрического тока, но оно не является постоянным по направлению. Образцы горных пород разного возраста в одинаковых местах имеют разное направление постоянной намагниченности. Сообщалось о 171 инверсии магнитного поля за последние 71 миллион лет.

Хотя детали динамо-эффекта подробно не известны, вращение Земли играет роль в генерировании токов, которые, как предполагается, являются источником магнитного поля. Маринер 2 обнаружил, что Венера не имеет такого магнитного поля, хотя содержание железа в ее ядре должно быть таким же, как и на Земле. Период вращения Венеры в 243 земных дня слишком медленный, чтобы вызвать эффект динамо.

Взаимодействие магнитного поля Земли с частицами солнечного ветра создает условия для явлений полярных сияний вблизи полюсов.

Северный полюс стрелки компаса — это северный магнитный полюс. Его привлекает географический Северный полюс, который является южным магнитным полюсом (притягиваются противоположные магнитные полюса).

геомагнитного поля | Определение, сила и факты

Представление поля

Электрические и магнитные поля создаются фундаментальным свойством материи — электрическим зарядом. Электрические поля создаются зарядами, находящимися в состоянии покоя относительно наблюдателя, тогда как магнитные поля создаются движущимися зарядами.Эти два поля представляют собой разные аспекты электромагнитного поля, которое является силой, заставляющей электрические заряды взаимодействовать. Электрическое поле E в любой точке вокруг распределения заряда определяется как сила на единицу заряда, когда в этой точке помещается положительный тестовый заряд. Для точечных зарядов электрическое поле направлено радиально от положительного заряда в сторону отрицательного заряда.

Магнитное поле создается движущимися зарядами, т. Е. Электрическим током. Магнитная индукция B может быть определена аналогично E как пропорциональная силе на единицу силы полюса, когда испытательный магнитный полюс приближается к источнику намагничивания.Однако чаще его определяют уравнением силы Лоренца. Это уравнение утверждает, что сила, воспринимаемая зарядом q , движущимся со скоростью v, равна F = q (vx B ).

В этом уравнении жирным шрифтом обозначены векторы (величины, которые имеют как величину, так и направление), а жирным шрифтом обозначены скалярные величины, такие как B , длина вектора B. Символ x указывает на перекрестное произведение (т. Е. Вектор справа углы как к v, так и к B, с длиной v B sin θ).Тета — это угол между векторами v и B. (B обычно называют магнитным полем, несмотря на то, что это название зарезервировано для величины H, которая также используется при изучении магнитных полей). Для простого линейного тока. вокруг тока поле имеет цилиндрическую форму. Смысл поля зависит от направления тока, который определяется как направление движения положительных зарядов. Правило правой руки определяет направление B, утверждая, что оно указывает в направлении пальцев правой руки, когда большой палец указывает в направлении тока.

В Международной системе единиц (СИ) электрическое поле измеряется скоростью изменения потенциала, вольт на метр (В / м). Магнитные поля измеряются в единицах тесла (Тл). Тесла — это большая единица для геофизических наблюдений, и обычно используется меньшая единица, нанотесла (нТл; одна нанотесла равна 10 ⁻⁹ тесла). Нанотесла эквивалентна одной гамме, единице, первоначально определенной как 10 ⁻⁵ гаусс, которая является единицей магнитного поля в системе сантиметр-грамм-секунда.И гаусс, и гамма все еще часто используются в литературе по геомагнетизму, хотя они больше не являются стандартными единицами измерения.

Как электрическое, так и магнитное поля описываются векторами, которые могут быть представлены в различных системах координат, таких как декартова, полярная и сферическая. В декартовой системе вектор разбивается на три компонента, соответствующие проекциям вектора на три взаимно ортогональных оси, которые обычно обозначаются как x , y , z .В полярных координатах вектор обычно описывается длиной вектора в плоскости x — y , его азимутальным углом в этой плоскости относительно оси x и третьей декартовой компонентой z . В сферических координатах поле описывается длиной вектора полного поля, полярным углом этого вектора от оси z и азимутальным углом проекции вектора в плоскости x — y . В исследованиях магнитного поля Земли широко используются все три системы.

Номенклатура, используемая при изучении геомагнетизма для различных компонентов векторного поля, представлена ​​на рисунке. B — векторное магнитное поле, а F — величина или длина B. X , Y и Z — три декартовых компонента поля, обычно измеряемых относительно географической системы координат. X — север, Y — восток, и, завершая правостороннюю систему, Z — вертикально вниз к центру Земли.Величина поля, проецируемого в горизонтальной плоскости, называется H . Эта проекция составляет угол D (для склонения), измеренный положительным с севера на восток. Угол наклона, I (для наклона), представляет собой угол, который общий вектор поля составляет по отношению к горизонтальной плоскости, и является положительным для векторов ниже плоскости. Это дополнение к обычному полярному углу сферических координат. (Географический и магнитный север совпадают по «линии агонии».”)

Компоненты вектора магнитной индукции B показаны в трех системах координат: декартовой, полярной и сферической.

Британская энциклопедия, Inc.

Магнитосфера Земли | NOAA / NWS Центр прогнозирования космической погоды

Магнитосфера — это область космоса, окружающая Землю, где преобладающим магнитным полем является магнитное поле Земли, а не магнитное поле межпланетного пространства. Магнитосфера образуется в результате взаимодействия солнечного ветра с магнитным полем Земли.Этот рисунок иллюстрирует форму и размер магнитного поля Земли, которое постоянно меняется под действием солнечного ветра.

Прошло несколько тысяч лет с тех пор, как китайцы обнаружили, что некоторые магнитные минералы, называемые магнетитами, выстраиваются примерно в направлении север-юг. Причина этого эффекта не была понятна до 1600 года, когда Уильям Гилберт опубликовал книгу «Де Магнет» и продемонстрировал, что наша Земля ведет себя как гигантский магнит, а грузовые камни выравниваются с магнитным полем Земли.

После нескольких столетий исследований теперь известно, что магнитное поле Земли довольно сложно, но все же в значительной степени может рассматриваться как диполь с северным и южным полюсами, как у простого стержневого магнита. Магнитная ось Земли, диполь, наклонена примерно на 11 градусов к оси вращения Земли. Если бы космос был вакуумом, магнитное поле Земли простиралось бы до бесконечности, становясь слабее с расстоянием, но в 1951 году, изучая, почему хвосты комет всегда направлены в сторону от Солнца, Людвиг Бирманн обнаружил, что Солнце излучает то, что мы теперь называем солнечным ветром.Этот непрерывный поток плазмы, состоящей в основном из электронов и протонов, со встроенным магнитным полем, взаимодействует с Землей и другими объектами Солнечной системы.

Давление солнечного ветра на магнитное поле Земли сжимает поле на дневной стороне Земли и вытягивает поле в длинный хвост на ночной стороне. Форму образовавшегося искаженного поля сравнивают с тем, как вода течет по скале в ручье. На дневной стороне Земли, вместо того, чтобы простираться до бесконечности, магнитное поле ограничено в пределах примерно 10 земных радиусов от центра Земли, а на ночной стороне поле простирается до сотен земных радиусов, далеко за пределами орбиты Земли. Луна в 60 радиусов Земли.

Граница между солнечным ветром и магнитным полем Земли называется магнитопаузой. Граница постоянно движется, так как Землю ударяет постоянно меняющийся солнечный ветер. Хотя магнитопауза в некоторой степени защищает нас от солнечного ветра, она далеко не непроницаема, и энергия, масса и импульс передаются от солнечного ветра в регионы внутри магнитосферы Земли. Взаимодействие между солнечным ветром и магнитным полем Земли, а также влияние нижележащей атмосферы и ионосферы создают различные области полей, плазмы и токов внутри магнитосферы, такие как плазмосфера, кольцевой ток и радиационные пояса.Следствием этого является то, что условия внутри магнитосферы очень динамичны и создают то, что мы называем «космической погодой», которая может влиять на технологические системы и деятельность человека. Например, радиационные пояса могут влиять на работу спутников, а частицы и токи из магнитосферы могут нагревать верхние слои атмосферы и приводить к сопротивлению спутника, которое может влиять на орбиты спутников, находящихся на низкой высоте над Землей. Влияние магнитосферы на ионосферу также может влиять на системы связи и навигации.Все эти эффекты более подробно обсуждаются в другом месте.

Магнитное поле Земли и блуждающие полюса

Представьте себе стержневой магнит внутри Земли, более или менее выровненный с осью, где концы этого магнита лежат близко к географическим Северному и Южному полюсам планеты. Линии магнитного поля движутся от северного полюса магнита, возвращаясь назад к южному полюсу. На каждом полюсе силовые линии магнитного поля почти вертикальны.

Хотя внутри Земли определенно нет магнитного стержня, то же самое явление происходит вокруг Земли, создавая защитную зону вокруг всей планеты, называемую магнитосферой, согласно НАСА.Магнитосфера Земли защищает нас от вредного космического излучения и солнечного ветра и отвечает за прекрасные полярные сияния, наблюдаемые в высоких широтах Северного и Южного полушарий.

Магнитный и географический полюса Земли расположены друг напротив друга. Другими словами, южный магнитный полюс Земли на самом деле находится около географического Северного полюса. Поэтому, когда мы используем компас для определения нашего местоположения, стрелка компаса фактически указывает на южный магнитный полюс в Северном полушарии и на северный магнитный полюс в Южном полушарии.

Магнитные полюса не являются фиксированными и немного блуждают по поверхности планеты относительно географических полюсов. Около 75 процентов напряженности магнитного поля Земли представлено «магнитной полосой». Остальные 25 процентов напряженности магнитного поля Земли, которые можно представить как движущиеся стержневые магниты меньшего размера, исходят от меньших частей движущейся магмы и могут быть тем, что позволяет полюсам двигаться.

Согласно данным, опубликованным Национальными центрами экологической информации в феврале 2019 года, северный магнитный полюс расположен в точке 86.54 N 170,88 E, в Северном Ледовитом океане и направляясь из Канады в Сибирь. Южный магнитный полюс расположен на точке 64,13 ю.ш., 136,02 в.д., недалеко от побережья Антарктиды в направлении Австралии.

Откуда поле?

Хотя это все еще остается загадкой, ученые в целом согласны с тем, что магнитное поле Земли начинается глубоко в ядре планеты. Внешнее ядро ​​планеты состоит из расплавленных металлов, в первую очередь железа, которое является проводником.

«Взбивание расплавленного металла во внешнем ядре создает [магнитное] поле под действием так называемого динамо-действия, — сказал Алексей Смирнов, профессор геофизики в Мичиганском технологическом университете.

Действие динамо, или теория динамо, описывает способ, которым планета может выдерживать магнитное поле. Динамо-машина, или источник магнитного поля, создается вращающимся, конвектирующим и электропроводящим материалом, таким как расплавленное железо внутри Земли.

«Есть много ионизированных атомов и свободных электронов, блуждающих вокруг, плюс есть сложная форма конвекции, происходящая внутри, в сочетании с естественным вращением Земли — есть много движущихся зарядов», — сказал Дуг Ингрэм, профессор физики и астрономии Техасского христианского университета.

Ученые полагают, что заряды, создаваемые движущимся металлическим материалом, перемещаются вокруг экваториальной области Земли в круговом движении, которое создает северный и южный магнитные полюса на поверхности, сказал Ингрэм.

Иллюстрация того, как магнитное поле Земли защищает планету от солнечной радиации. (Изображение предоставлено Майклом Осадцивом / Университет Рочестера)

Почему смещаются полюса?

Динамо-машина Земли устойчива, но нестабильна. Прямо сейчас магнитное поле быстро меняется, и северный магнитный полюс внезапно подскакивает в сторону Сибири.Согласно исследованию 2019 года, опубликованному в журнале Nature, с 1990-х годов северный магнитный полюс сдвигался в среднем примерно на 35 миль (55 км) в год.

По словам Смирнова, возмущения в текущей металлической магме могут быть причиной нестабильности магнитного поля, которое может привести к такому сдвигу полюсов. Движение жидкого железа глубоко под Канадой может немного ослабить магнитное поле в этом месте, что и позволяет северному магнитному полюсу перемещаться в сторону Сибири, говорится в статье Nature.

Другие электромагнитные аномалии можно увидеть по всему миру, например, на юге Африки, где возмущение магнитного поля, подобное водовороту в потоке, может быть вызвано более плотной частью мантии вблизи границы с жидкой внешней средой планеты. основной.

История сдвига и разворота полюсов

По данным НАСА, хотя полюса постоянно смещаются, они также полностью менялись местами, по крайней мере, несколько сотен раз за последние 3 миллиарда лет. Во время этого процесса, который обычно происходит каждые 200000–300000 лет в течение от 100 до нескольких тысяч лет за раз, магнитное поле сжимается и притягивается множеством полюсов, беспорядочно вырастающих над поверхностью Земли.Последний полный поворот произошел около 780 000 лет назад.

История магнитного поля, включая сдвиги и инверсии, подтверждается геологической летописью. Металлы, обнаруженные в горных породах, в том числе железо, выравниваются с магнитным полем до того, как расплавленные породы затвердевают, или в виде фрагментов, содержащих магнитные металлы, выровненных с магнитным полем и оседающих в слоях осадочных пород.

«Поскольку Земля является динамичным и постоянно меняющимся местом, новые горные породы и их магнитные записи генерируются постоянно в течение геологического времени», — сказал Смирнов, добавив, что эти записи могут сохраняться в течение миллионов или миллиардов лет.

Подобные записи обнаружены на дне Атлантического океана, где постоянно создается новое морское дно в средней части Атлантического хребта.

«По мере того, как лава поднимается на поверхность [через длинную трещину, составляющую гребень], она расплавляется, и частицы железа, взвешенные в лаве, ориентируются в направлении преобладающего магнитного поля Земли», — сказал Инграм. По мере того, как лава затвердевает, она фиксирует металлические отложения на месте и, таким образом, создает историческую запись сдвигов и разворотов магнитного поля Земли.

Что означают эти блуждающие и переворачивающиеся полюса для жизни на нашей планете? По данным НАСА, в летописи окаменелостей растений или животных во время как сдвигов, так и инверсий нет резких изменений, что позволяет предположить, что влияние переворота полюсов на жизнь минимально. Хотя среди ученых есть некоторые предположения, что в периоды пониженной напряженности магнитного поля большее количество космического излучения могло достигнуть поверхности Земли и вызвать повышенную скорость генетических мутаций и, следовательно, дать импульс эволюции, сказал Смирнов.

Дополнительные ресурсы:

Магнитное поле Земли усиливается, и геологи не знают, почему

Обновление , 9 января: Выпуск Мировой Магнитной Модели был отложен до 30 января из-за продолжающегося закрытия правительства США .

Что-то странное происходит на вершине мира. Северный магнитный полюс Земли смещается от Канады в сторону Сибири, движимый жидким железом, плещущимся в ядре планеты.Магнитный полюс движется так быстро, что заставил мировых экспертов по геомагнетизму сделать редкий шаг.

15 января они собираются обновить Магнитную модель мира, которая описывает магнитное поле планеты и лежит в основе всей современной навигации, от систем, управляющих кораблями в море, до Карт Google на смартфонах.

Самая последняя версия модели вышла в 2015 году и должна была продержаться до 2020 года, но магнитное поле меняется так быстро, что исследователям приходится исправлять модель сейчас.«Ошибка постоянно увеличивается», — говорит Арно Чуллиат, геомагнетист из Университета Колорадо в Боулдере и Национальных центров экологической информации Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA).

Проблема частично связана с движущимся полюсом, а частично с другими сдвигами глубоко внутри планеты. Взбивание жидкости в ядре Земли генерирует большую часть магнитного поля, которое со временем меняется по мере изменения глубинных потоков. Например, в 2016 году часть магнитного поля временно усилилась глубоко под северной частью Южной Америки и восточной частью Тихого океана.Спутники, такие как миссия Swarm Европейского космического агентства, отслеживали сдвиг.

К началу 2018 года магнитная модель мира оказалась в затруднительном положении. Исследователи из NOAA и Британской геологической службы в Эдинбурге ежегодно проверяли, насколько хорошо модель улавливает все вариации магнитного поля Земли. Они поняли, что это было настолько неточно, что было готово превысить допустимый предел для навигационных ошибок.

Блуждающий полюс

«Мы оказались в интересной ситуации, — говорит Чуллиат.»Что происходит?» Ответ двоякий, сообщил он в прошлом месяце на заседании Американского геофизического союза в Вашингтоне.

Во-первых, геомагнитный импульс 2016 года под Южной Америкой произошел в самый неподходящий момент, сразу после обновления Мировой магнитной модели 2015 года. Это означало, что магнитное поле пошатнулось сразу после последнего обновления, чего планировщики не ожидали.

Источник: Мировой центр данных по геомагнетизму / Kyoto Univ.

Во-вторых, движение северного магнитного полюса усугубило проблему.Полюс перемещается непредсказуемым образом, что очаровало исследователей и ученых с тех пор, как Джеймс Кларк Росс впервые измерил его в 1831 году в канадской Арктике. В середине 1990-х он набрал скорость с примерно 15 километров в год до примерно 55 километров в год. К 2001 году он вошел в Северный Ледовитый океан, где в 2007 году команда, в которую входил Чуллиат, приземлила самолет на морской лед, пытаясь определить местонахождение полюса.

В 2018 году полюс пересек международную линию перемены дат в Восточном полушарии.Сейчас он летит в Сибирь.

Геометрия магнитного поля Земли увеличивает ошибки модели в местах, где поле быстро меняется, например, на Северном полюсе. «Тот факт, что полюс движется быстро, делает этот регион более подверженным большим ошибкам», — говорит Чуллиат.

Чтобы исправить магнитную модель мира, он и его коллеги предоставили ей данные за последние три года, в том числе данные о геомагнитном импульсе 2016 года. По его словам, новая версия должна оставаться точной до следующего регулярного обновления, запланированного на 2020 год.

Основные вопросы

Тем временем ученые работают над тем, чтобы понять, почему магнитное поле меняется так резко. Геомагнитные импульсы, подобные тому, который произошел в 2016 году, можно проследить до «гидромагнитных» волн, возникающих из глубины ядра ¹ . А быстрое движение северного магнитного полюса может быть связано с высокоскоростной струей жидкого железа под Канадой ² .

Струя, кажется, размазывает и ослабляет магнитное поле под Канадой, сказал Фил Ливермор, геомагнетист из Университета Лидса, Великобритания, на заседании Американского геофизического союза.А это означает, что Канада по сути проигрывает магнитное перетягивание каната с Сибирью.

«Расположение северного магнитного полюса, по-видимому, определяется двумя крупномасштабными участками магнитного поля, одним под Канадой и одним под Сибирью», — говорит Ливермор. «Сибирский патч побеждает в соревновании».

Это означает, что геомагнетистам всего мира будет чем заняться в обозримом будущем.

Смена магнитных полюсов Земли могла вызвать вымирание неандертальцев — и это могло произойти снова

Магнитное поле Земли защищает нас, действуя как щит от солнечного ветра (потока заряженных частиц и излучения), истекающего от Солнца. .Но геомагнитное поле нестабильно по силе и направлению, и оно может переворачиваться или разворачиваться.

Около 42000 лет назад во время события, известного как Экскурсия Лашампа, полюса делали именно это в течение примерно 800 лет, прежде чем поменяться местами, но ученые не были уверены, как именно и повлияло ли это на мир.

Команда исследователей из Сиднейского университета Нового Южного Уэльса и Музея Южной Австралии считает, что это изменение, наряду с изменением солнечного ветра, могло спровоцировать целый ряд драматических климатических изменений, ведущих к изменению окружающей среды и массовым вымираниям.

Ученые проанализировали кольца, обнаруженные в древних новозеландских деревьях каури, некоторые из которых хранились в отложениях более 40 000 лет, чтобы создать временную шкалу того, как атмосфера Земли менялась с течением времени.

Используя радиоуглеродное датирование, команда исследовала поперечные срезы деревьев, годовые кольца которых служили естественной меткой времени, чтобы отследить изменения в уровнях радиоуглерода во время смены полюсов.

«Используя древние деревья, мы смогли измерить и датировать всплеск уровней радиоуглерода в атмосфере, вызванный коллапсом магнитного поля Земли», — Крис Терни, профессор UNSW Science, директор университетского центра исследований Земли и устойчивого развития. и соавтор исследования, говорится в сообщении.

Команда сравнила свою новую шкалу времени с записями в пещерах, ледяных кернах и торфяных болотах по всему миру.

«Конец дней»

Исследователи обнаружили, что обращение вспять привело к «выраженному изменению климата». Их моделирование показало, что рост ледникового покрова и ледников в Северной Америке и сдвиги в основных ветровых поясах и системах тропических штормов можно проследить до периода переключения магнитных полюсов, которое ученые назвали «событием Адамса».

«Фактически, магнитное поле Земли почти исчезло, и это открыло планету для всех этих частиц высокой энергии из космоса.«Это было бы невероятно страшное время, почти как конец света», — сказал Терни.

Исследователи говорят, что событие Адамса могло объяснить многие загадки эволюции Земли, включая исчезновение неандертальцев и внезапное широкое распространение изобразительного искусства на Земле. пещеры по всему миру.

Явление привело бы к некоторым драматическим и ослепляющим событиям. В преддверии события Адамса магнитное поле Земли упало всего до 0–6% от его силы , в то время как Солнце испытало несколько длительные периоды спокойной солнечной активности.

«У нас вообще не было магнитного поля — наш экран от космического излучения полностью исчез», — сказал Терни.

Ослабление магнитного поля означало, что больше космической погоды, такой как солнечные вспышки и галактические космические лучи, может направиться к Земле.

«Нефильтрованное излучение из космоса разрывает частицы воздуха в атмосфере Земли, отделяя электроны и испуская свет — процесс, называемый ионизацией», — говорится в заявлении Терни. «Ионизированный воздух« поджарил »озоновый слой, вызвав волну изменения климата по всему миру.»

В это время жители Земли подверглись бы ослепляющим явлениям — северное и южное сияние, вызванное солнечными ветрами, поражающими атмосферу Земли, было бы частым. Между тем, ионизированный воздух увеличил бы частоту таких явлений. электрические бури — то, что, по мнению ученых, заставило людей искать убежище в пещерах.

«Распространенный в пещерном искусстве мотив отпечатков ладоней красной охры может указывать на то, что он использовался в качестве солнцезащитного крема, метод, который до сих пор используется некоторыми группами», — Алан Купер, почетный исследователь Южно-Австралийского музея, говорится в заявлении.

«Удивительные изображения, созданные в пещерах за это время, были сохранены, в то время как другие произведения искусства на открытых пространствах с тех пор разрушились, создавая впечатление, что искусство внезапно началось 42000 лет назад», — добавил Купер, соавтор книги.

Предстоящий разворот

В статье, опубликованной в журнале Science, эксперты говорят, что в настоящее время наблюдается быстрое движение северного магнитного полюса через Северное полушарие, что может сигнализировать о том, что на карте еще один разворот.

No related posts.