Магнитное поле земли - структура, функции и физические свойства

История обнаружения и исследования
В античные времена неподалёку от древнегреческого города Магнисия обнаружили большие залежи оксида железа Fe3O4. Было замечено, что этот минерал обладает способностью притягиваться к железу. Считается, что его назвали магнезитом в честь города, возле которого найдено месторождение. Первое письменное упоминание об этом принадлежит известному греческому философу Фалесу Милетскому и датируется около 600 г. до н. э.
Более тысячи лет назад люди на территории современного Китая обнаружили, что если бросить в воду плавающие кусочки минерала, называемого сегодня магнезитом, можно наблюдать, как все они располагаются в определённом направлении. Это открытие привело к изобретению первого компаса. Морское судоходство было толчком к повсеместному применению прибора. Есть также непроверенные сообщения о том, что магнитной навигацией люди пользовались задолго до нашей эры.
Отсчёт начала исследований явления геомагнетизма можно начать с момента, когда в 1600 г. английский врач и естествоиспытатель Уильям Гильберт опубликовал работу, в которой впервые предположил, что причина отклонения стрелки компаса — наша планета. Дальнейшее познание учёными этого явления получило сильный толчок в XIX веке и выглядит так:

- 1804 г. — Гумбольдт публикует набросок распределения силовых линий.
- 1831 г. — первая успешная экспедиция к Северному магнитному полюсу под руководством Росса. В 1903 году Амундсен найдёт его в несколько другом месте.
- 1832 г. — Гаусс построил в Геттингене первую геофизическую лабораторию и создал чувствительный магнитометр, а семью годами позже доказал внутреннюю природу геомагнетизма. Местом источника он считал центр планеты.
- 1839 г. — Вебер сумел доказать колебания геомагнитного поля.
- 1919 г. — Лармор предположил, что Солнце и Земля представляют собой самовозбуждающиеся динамо.
Природа явления
Существует несколько теорий, объясняющих, как создаётся магнитное поле. За всю историю изучения магнитного поля учёными было выдвинуто немало экзотических гипотез о причинах явления. Например, в одной из них, основывающейся на теории полой Земли, наблюдаемое поле принадлежит звезде, заключённой в оболочку из земной коры.
В соответствии с современными представлениями силовые линии исходят из ядра Земли, являющегося огромным электромагнитом. Из законов физики, касающихся электромагнитной индукции, известно, что электрический ток всегда сопровождается магнитным полем. Генерация Землёй поля планетарного масштаба происходит благодаря следующим условиям:


- Присутствию твёрдого металлическое ядра, окружённого большим количеством электропроводящей жидкости. Независимо от состава земного ядра температура его всегда выше точки Кюри, поэтому оно не может проявлять ферромагнитные свойства. Следовательно, причиной геомагнетизма может быть только движение зарядов вокруг твёрдого сердечника.
- Наличию источника энергии, заставляющей перемещаться токопроводящий материал. Предполагается, что ядро Земли раскалено до нескольких тысяч градусов по Цельсию благодаря радиоактивному распаду урана и тория. Этой энергии достаточно для создания конвективных потоков, перемещающих заряженные частицы.
- Вращению планеты вокруг своей оси и Солнца. Благодаря силе Кориолиса в недрах Земли возникают мощные инерционные потоки вокруг твёрдого внутреннего ядра.
Таким образом, основа геомагнетизма — конвекция во внешнем жидком ядре планеты, поддерживаемая за счёт разницы температур между твёрдым внутренним ядром и мантией. Объём жидкого металла, участвующего в процессе, больше Луны в шесть раз. В соответствии с динамоэлектрическим эффектом электрический ток, индуцированный движением проводящего расплава в слабом поле, создаёт новое магнитное поле. Благодаря индукции процесс нарастает до тех пор, пока приток энергии вращения не уравновесится потерями тепла на сопротивление растущим токам.
Исходящие от Луны и Солнца приливные силы также играют роль в образовании электромагнитного поля у нашей планеты. Притяжение других тел действует на мантию сильнее, чем на ядро. Следствием торможения мантии является более быстрое вращение железного сердечника Земли, индуцирующего электрический ток. В настоящее время почти доказано, что твёрдое ядро делает относительно мантии один дополнительный полный оборот приблизительно за 900 лет.
Расположение и изменение полюсов

В общем смысле можно сказать, что земной магнетизм порождается кинетической энергией ядра планеты за счёт вращения жидкой его части, стремящейся сохранить первоначальное направление подобно маятнику Фуко. Такое определение объясняет расположение магнитных полюсов в непосредственной близости от географических. И первые, и вторые обозначаются в виде N и S.
Из-за постоянного дрейфа любые координаты магнитных полюсов временны. Например, северный смещается в год приблизительно на 10 км и находится примерно в радиусе 85 км от среднего положения в зависимости от геомагнитных возмущений.
В 1906 году французский физик Брюнес обнаружил породы с намагниченностью, ориентированной противоположно полю Земли. Он допустил, что такие характеристики они приобрели до того момента, когда магнитные полюсы имели ориентацию, обратную современной. Идея получила поддержку, и некоторые исследователи нашли подтверждение тому, что подобное явление происходило несколько раз за всю историю планеты. Сегодня на основании накопленных данных можно утверждать, что было не меньше 9 смен полюсов за последние 3,6 млн лет.
В соответствии с компьютерным моделированием сдвиг полюсов занимает около 10 тыс. лет. Нарушения в геодинамической машине начинаются со снятия первоначальной полярности. Развороты полюсов на протяжении последних 100 миллионов лет изучены хорошо. Есть несколько фактов, дающих основания предполагать, что в ближайшие 3—4 тысячи лет может произойти очередной реверс:
- смена полюсов происходит приблизительно раз в 250 тыс. лет;
- последняя переполюсовка состоялась примерно 780 тыс. лет назад;
- наблюдается заметное уменьшение магнитного момента на протяжении последних 150 лет.
Точная причина такого свойства магнитного поля Земли до сих пор неизвестна. Современные гипотезы предполагают, что переменные полюсы — это результат внутренних процессов, а не внешних воздействий, например, всплесков солнечной активности.
Влияние на биосферу
Бо́льшая часть наблюдаемых явлений геомагнетизма объясняется аналогией с моделью из гипотетического стержневого магнита, размещённого с наклоном около 11 градусов внутри нашей планеты. Максимальная индукция (измеряется в гауссах и теслах) находится во внешнем ядре Земли. Предельный параметр известен расчётно и составляет около 25 Гс, что приблизительно в 25 раз больше, чем на поверхности планеты. Эта величина колеблется на поверхности и составляет:
- 0,3 Гс на большей части Южной Америки и Южной Африки;
- 0,6 Гс вокруг магнитных полюсов на севере Канады, юге Австралии и в части Сибири.

Основной особенностью, отличающей Землю от стержневого магнита, является наличие магнитосферы. Так называется пространство вокруг планеты, образованное полем планеты и его взаимодействием с заряженными частицами из космоса. Солнечный ветер деформирует магнитосферу, но не может полностью прорваться сквозь неё к поверхности.
Большинство заряженных частиц мигрирует вдоль силовых линий на противоположную светилу сторону Земли. Благодаря такой оболочке планета в значительной степени защищена от космического ионизирующего излучения. Колебания скорости, плотности и направления солнечного ветра оказывают сильное влияние на земную жизнь.
Подавляющая часть космических лучей представляет собой вредные для биосферы формы излучения из положительно заряженных частиц. Результатом их воздействия на животных и растения могут быть многочисленные мутации, подобные тем, что происходят в зонах техногенных катастроф, вызванных неосторожным обращением с ядерным топливом.
Само по себе явление геомагнетизма крайне важно для мигрирующих на большие расстояния животных. Многие из них обладают соответствующими органами чувств, помогающими им определять направление на полюса. Биологи доказали, что перелётные птицы ориентируются с помощью магнитного поля Земли.
Полярное сияние

Это интересное и красивое явление наблюдается во время магнитных бурь на Солнце. Сильные вспышки на поверхности звезды характеризуются мощными выбросами заряженных частиц с высокой энергией. Когда порция солнечного ветра такой плотности достигает окрестностей Земли, благодаря скольжению по силовым линиям магнитосферы она попадает в верхние слои атмосферы в районе магнитных полюсов. Взаимодействие заряженных частиц с атомами азота и кислорода заставляет последние излучать кванты света.
Аврора наблюдается в виде цветных дуг, лучей, полос и узоров. Тем не менее учёные до сих пор не знают, почему полярное сияние принимает овальную форму или становится похожим на занавес. В большинстве случаев явление состоит из отдельных полос, будто сгенерированных пучком лучей от фар.
Есть несколько гипотез, объясняющих эти факты. Многие исследователи склоняются к мнению, что наблюдаемый эффект — результат постоянных электрических напряжений, образуемых между различными слоями атмосферы.
Наличие поля у других планет
В соответствии с характеристиками магнитное поле у планет в большинстве случаев имеет похожую природу с геомагнетизмом. Если разность температур между жидким ядром и корой довольно велика для запуска тепловой конвекции, то механизм образования поля называют термическим динамо. Такой принцип обладает низкой эффективностью и активен только на ранних этапах развития планеты.
Если после выравнивания температур мантии и ядра он не будет заменён на другой способ генерации, тогда магнитное поле исчезает. Когда условия (температура, давление, химический состав) позволяет ядру затвердеть, поле может образоваться с помощью механизма так называемого термохимического динамо. Этот принцип значительно эффективнее. Именно он создаёт сильное магнитное поле вокруг Земли вот уже более 4 миллиардов лет. Перечень полей и их свойств у некоторых объектов солнечной системы выглядит так:

- Меркурий. Генерируется аналогично земному с ярко выраженными приливными явлениями.
- Венера. Очень слабое. Возможная причина — медленное вращение, недостаточное для самовозбуждения внутреннего динамо из жидкого металла.
- Марс. Слабое. Вероятно, обладал сильной генерацией в первые несколько миллионов лет после формирования. Неизвестное событие разрушило поле.
- Юпитер. Планета с крупнейшей магнитосферой в Солнечной системе.
- Сатурн. Самое слабое поле среди газовых гигантов. Генерируется, как и у Юпитера, ядром из металлического водорода.
- Уран и Нептун. Обладают четырьмя полюсами. Источник неизвестен.
Без магнитосферы, вероятно, не было бы жизни на Земле. Она беззащитна перед космическим излучением. В случае потери поля планетой животные и растения, скорее всего, погибнут через некоторое время. Возможно, когда-то подобная трагедия случилась с Марсом.
Еще тесты
- Анатомия
- Английский язык
- Астрономия
- Биология
- Литература
- История
- Педсовет
- Естествознание
- Финансы и кредит
- Правоведение
- Товароведение
- Экономика
- Социология
- Маркетинг
- Обществознание
- Культурология
- Математика
- Философия
- Русский язык
- Психология
- Политология
- Делопроизводство
- Бухгалтерия
- ОБЖ
- Орфография
- География
- Биографии
- Физика
- Пунктуация
- Краткие содержания
- Химия
- Менеджмент
- Тест на тему Тест по теме Дыхательная система человека 7 вопросов
- Тест на тему Строение человека - анатомия внутренних органов 7 вопросов
- Тест на тему Гормоны - определение, виды, функции, роль в организме человека 5 вопросов
- Тест на тему Лейкоциты в крови - строение, где образуются и разрушаются, норма содержания 5 вопросов
- Тест на тему Одноклеточные организмы - строение , формы и признаки представителей 8 вопросов
- Тест на тему Бесполое размножение - виды, формы и биологическое значение процесса 9 вопросов
- Тест на тему Синтез АТФ - структура, функции и пути образования аденозинтрифосфорной кислоты 7 вопросов
- Тест на тему Биогеоценоз - определение, структура и свойства 5 вопросов
- Тест на тему Символизм в литературе - основные черты и представители направления 6 вопросов
- Тест на тему "У Лукоморья дуб зеленый" - анализ стихотворения Александра Сергеевича Пушкина 8 вопросов
- Тест на тему Родион Раскольников и Соня Мармеладова - история взаимоотношений в романе Ф. М. Достоевского "Преступление и наказание" 6 вопросов
- Тест на тему Семья Мелеховых в романе М. Шолохова "Тихий дон" 7 вопросов
- Тест на тему Отечественная война 1812 года - причины, основные сражения, итоги 7 вопросов
- Тест на тему Правление Ивана Грозного - внутренняя и внешняя политика 7 вопросов
- Тест на тему Образование СССР - причины, этапы становления, состав, итоги 6 вопросов
- Тест на тему Крещение руси князем Владимиром - причины, история, значение принятия христианства 6 вопросов
- Тест на тему Пищевая цепочка в природе - звенья, схемы и примеры цепей 5 вопросов
- Тест на тему Экологические факторы - классификация, примеры, общие закономерности воздействия 5 вопросов
- Тест на тему Биосфера - определение, состав, свойства, границы 5 вопросов
- Тест на тему Возникновение жизни на земле 6 вопросов
- Тест на тему Права и свободы человека и гражданина 5 вопросов
- Тест на тему Унитарное предприятие - виды, признаки, участники, особенности 7 вопросов
- Тест на тему Формы собственности - типы и виды и их характеристика 7 вопросов
- Тест на тему Предпринимательское право - понятие, принципы, предмет и объект, функции 5 вопросов
- Тест на тему Ликвидность предприятия - определение, виды, формула расчета 7 вопросов
- Тест на тему Процентная ставка - понятие, виды, методы расчета и начисления 5 вопросов
- Тест на тему Финансы - определние, сущность, основные функции, виды 7 вопросов
- Тест на тему Коммерческая деятельность - сущность и содержание 7 вопросов
- Тест на тему Статистическое наблюдение - виды, способы, последовательность этапов 6 вопросов
- Тест на тему Социальный контроль - понятие и функции, формы и методы, значение 5 вопросов
- Тест на тему Анкетирование - правила составления и виды вопросов, оформление результатов 5 вопросов
- Тест на тему Социальная группа — понятие, типы, критерии выделения 8 вопросов
- Тест на тему Деятельность человека - основные виды и характеристики 7 вопросов
- Тест на тему Воздушно-десантные войска (ВДВ) - история создания, подразделения, оснащение 7 вопросов
- Тест на тему Субъекты РФ - количество, виды, правовой статус 7 вопросов
- Тест на тему Социальные нормы - понятие, виды и характеристка, функции, примеры 6 вопросов
- Тест на тему Что такое угол 5 вопросов
- Тест на тему Деление в столбик — подробное описание алгоритма решения задач, примеры 10 вопросов
- Тест на тему Вычитание дробей - правила и примеры с решениями 5 вопросов
- Тест на тему Модуль числа - свойства, действия, как решать уравнения и неравенства с модулем 10 вопросов
- Тест на тему Ислам - история возникновения религии, основные положения 7 вопросов
- Тест на тему Мышление - определение, виды, функции, свойства 5 вопросов
- Тест на тему Что такое мораль, ее категории и функции 6 вопросов
- Тест на тему Буддизм - кратко о религии (история возникновения, основные положения, священные книги) 6 вопросов
- Тест на тему Безличные предложения в русском языке 8 вопросов
- Тест на тему Ударение в словах в русском языке - правила и проверка постановки 5 вопросов
- Тест на тему Морфемный разбор слова - правила выполнения с примерами 5 вопросов
- Тест на тему Сложноподчиненные предложения в русском языке 6 вопросов
- Тест на тему Мотивация - определение, виды и типы в психологии, менеджменте 5 вопросов
- Тест на тему Интеллект - понятие, признаки, как развивать, оценка 5 вопросов
- Тест на тему Социализация личности - понятие и сущность, агенты, примеры 5 вопросов
- Тест на тему Типы темперамента и их психологическая характеристика 5 вопросов
- Тест на тему Органы исполнительной власти РФ - понятие и правовой статус, структура и фунции 7 вопросов
- Тест на тему Европейский союз - история создания, цели, состав 5 вопросов
- Тест на тему Тоталитаризм - определение, характерные черты, плюсы и минусы идеологии 5 вопросов
- Тест на тему Политическая идеология - определение понятия, функции, классификация, особенности 5 вопросов
- Тест на тему Оборотные средства предприятия, их структура, учет и анализ 7 вопросов
- Тест на тему Бюджетная классификация - определение, структура 7 вопросов
- Тест на тему Калькуляция - основные понятия, примеры расчетов себестоимости 7 вопросов
- Тест на тему Бухгалтерский учет материально-производственных запасов на предприятии 8 вопросов
- Тест на тему Пистолет Макарова - шпаргалка по тактико-техническим характеристикам 9 вопросов
- Тест на тему Чрезвычайная ситуация - понятие, типы ЧС, причины возникновения, стадии развития 7 вопросов
- Тест на тему Вооруженные силы Российской Федерации — организационная структура и предназначение 7 вопросов
- Тест на тему ВМФ (Военно-Морской флот) России - структура, история, состав 7 вопросов
- Тест на тему Перу - географическое положение, климат и достопримечательности 9 вопросов
- Тест на тему Климатические пояса Земли - характеристика и особенности 8 вопросов
- Тест на тему Тайга - географическое положение, животный и растительный мир, особенности и характеристика природной зоны 7 вопросов
- Тест на тему Озеро - определение, классификация, признаки 6 вопросов
- Тест на тему Братья Гримм - биография, жизнь и творчество немецких писателей 10 вопросов
- Тест на тему Тамерлан (1336-1405) - биография, жизнь и завоевания великого полководца 10 вопросов
- Тест на тему Максим Горький (1868-1936) - биография, кратко самое важное, интересные факты из жизни писателя 9 вопросов
- Тест на тему Блок Александр Александрович (1880-1921) - биография, жизненный и творческий путь 11 вопросов
- Тест на тему "Ночь перед Рождеством" - краткое содержание повести Н. В. Гоголя 10 вопросов
- Тест на тему "Маленький Мук" - краткое содержание сказки Вильгельма Гауфа 10 вопросов
- Тест на тему "Дворянское гнездо" - краткое содержание романа И.С. Тургенева 8 вопросов
- Тест на тему "Бирюк" - краткое содержание рассказа И.С. Тургенева 10 вопросов
- Тест на тему Серная кислота - химические и физические свойства и реакции 8 вопросов
- Тест на тему Муравьиная кислота - формула, свойства, получение и применение 7 вопросов
- Тест на тему Сложные эфиры - характеристика, классификация и примеры соединений 8 вопросов
- Тест на тему Толуол - формула, свойства и применение химического вещества 8 вопросов
- Тест на тему Оценка персонала - виды, критерии и методы 7 вопросов
- Тест на тему Управление персоналом - задачи, функции, современные подходы 5 вопросов
- Тест на тему Менеджмент предприятий — сущность, виды, задачи и цели 7 вопросов
- Тест на тему Организационная структура предприятия — типы и предназначение 7 вопросов