დედამიწის ფარი: სად აქვს ჩვენს პლანეტას მაგნიტური ველი?

2024 ავტორი: Seth Attwood | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2023-12-16 16:09

მაგნიტური ველი იცავს დედამიწის ზედაპირს მზის ქარისგან და მავნე კოსმოსური გამოსხივებისგან. ის მუშაობს როგორც ერთგვარი ფარი - მისი არსებობის გარეშე ატმოსფერო განადგურდებოდა. ჩვენ გეტყვით, როგორ წარმოიქმნა და შეიცვალა დედამიწის მაგნიტური ველი.

დედამიწის მაგნიტური ველის სტრუქტურა და მახასიათებლები

დედამიწის მაგნიტური ველი ანუ გეომაგნიტური ველი არის მაგნიტური ველი, რომელიც წარმოიქმნება მიწისქვეშა წყაროებით. გეომაგნეტიზმის შესწავლის საგანი. გაჩნდა 4, 2 მილიარდი წლის წინ.

დედამიწის საკუთარი მაგნიტური ველი (გეომაგნიტური ველი) შეიძლება დაიყოს შემდეგ ძირითად ნაწილებად:

• მთავარი სფერო,
• მსოფლიო ანომალიების სფეროები,
• გარე მაგნიტური ველი.

მთავარი ველი

მისი 90%-ზე მეტი შედგება ველისაგან, რომლის წყარო დედამიწის შიგნით, თხევად გარე ბირთვშია – ამ ნაწილს მთავარ, მთავარ ან ნორმალურ ველს უწოდებენ.

იგი მიახლოებულია სერიების სახით ჰარმონიკაში - გაუსის სერია, ხოლო პირველი მიახლოებით დედამიწის ზედაპირთან ახლოს (მის სამ რადიუსამდე) ახლოსაა მაგნიტურ დიპოლურ ველთან, ანუ ჰგავს დედამიწას. არის ზოლიანი მაგნიტი, რომლის ღერძი მიმართულია დაახლოებით ჩრდილოეთიდან სამხრეთისაკენ.

მსოფლიო ანომალიების ველები

დედამიწის მაგნიტური ველის ძალის რეალური ხაზები, თუმცა საშუალოდ ახლოსაა დიპოლის ძალის ხაზებთან, განსხვავდება მათგან ადგილობრივი დარღვევებით, რომლებიც დაკავშირებულია ზედაპირთან ახლოს მდებარე ქერქში მაგნიტიზებული ქანების არსებობასთან.

ამის გამო, დედამიწის ზედაპირის ზოგიერთ ადგილას, ველის პარამეტრები ძალიან განსხვავდება მიმდებარე ტერიტორიების მნიშვნელობებისგან, რაც ქმნის ეგრეთ წოდებულ მაგნიტურ ანომალიებს. მათ შეუძლიათ ერთმანეთის გადახურვა, თუ მათ გამომწვევი მაგნიტიზებული სხეულები სხვადასხვა სიღრმეზეა.

გარე მაგნიტური ველი

იგი განისაზღვრება წყაროებით დედამიწის ზედაპირის გარეთ, მის ატმოსფეროში მდებარე მიმდინარე სისტემების სახით. ატმოსფეროს ზედა ნაწილში (100 კმ და ზემოთ) - იონოსფერო - მისი მოლეკულები იონირდება, ქმნიან მკვრივ ცივ პლაზმას, რომელიც მაღლა ადის, შესაბამისად, დედამიწის მაგნიტოსფეროს ნაწილი იონოსფეროზე მაღლა, ვრცელდება სამამდე მანძილზე. მის რადიუსებს პლაზმასფერო ეწოდება.

პლაზმას უჭირავს დედამიწის მაგნიტური ველი, მაგრამ მისი მდგომარეობა განისაზღვრება მზის ქართან ურთიერთქმედებით - მზის გვირგვინის პლაზმური ნაკადი.

ამრიგად, დედამიწის ზედაპირიდან უფრო დიდ მანძილზე, მაგნიტური ველი ასიმეტრიულია, რადგან ის დამახინჯებულია მზის ქარის მოქმედებით: მზიდან ის იკუმშება და მზის მიმართულებით იძენს "ბილიკს", რომელიც ვრცელდება. ასობით ათასი კილომეტრის მანძილზე, მთვარის ორბიტის მიღმა.

ეს თავისებური "კუდიანი" ფორმა წარმოიქმნება, როდესაც მზის ქარისა და მზის კორპუსკულური ნაკადების პლაზმა მოედინება დედამიწის მაგნიტოსფეროს გარშემო - დედამიწის მახლობლად მდებარე სივრცის რეგიონი, რომელსაც ჯერ კიდევ აკონტროლებს დედამიწის მაგნიტური ველი და არა მზე და სხვა. პლანეტათაშორისი წყაროები.

იგი პლანეტათაშორისი სივრცისგან გამოყოფილია მაგნიტოპაუზით, სადაც მზის ქარის დინამიური წნევა დაბალანსებულია საკუთარი მაგნიტური ველის წნევით.

ველის პარამეტრები

დედამიწის ველის მაგნიტური ინდუქციის ხაზების პოზიციის ვიზუალური წარმოდგენა მოცემულია მაგნიტური ნემსით, დამაგრებული ისე, რომ მას შეუძლია თავისუფლად ბრუნოს როგორც ვერტიკალური, ასევე ჰორიზონტალური ღერძის გარშემო (მაგალითად, გიმბალში), - დედამიწის ზედაპირის მახლობლად თითოეულ წერტილში, იგი დამონტაჟებულია გარკვეული გზით ამ ხაზების გასწვრივ.

ვინაიდან მაგნიტური და გეოგრაფიული პოლუსები ერთმანეთს არ ემთხვევა, მაგნიტური ნემსი მხოლოდ ჩრდილოეთ-სამხრეთის სავარაუდო მიმართულებას აჩვენებს.

ვერტიკალურ სიბრტყეს, რომელშიც დაყენებულია მაგნიტური ნემსი, ეწოდება მოცემული ადგილის მაგნიტური მერიდიანის სიბრტყეს, ხოლო იმ ხაზს, რომლითაც ეს სიბრტყე კვეთს დედამიწის ზედაპირს - მაგნიტური მერიდიანი.

ამრიგად, მაგნიტური მერიდიანები არის დედამიწის მაგნიტური ველის ძალის ხაზების პროგნოზები მის ზედაპირზე, რომლებიც გადადიან ჩრდილოეთ და სამხრეთ მაგნიტურ პოლუსებზე. კუთხეს მაგნიტური და გეოგრაფიული მერიდიანების მიმართულებებს შორის მაგნიტური დახრილობა ეწოდება.

ეს შეიძლება იყოს დასავლეთი (ხშირად მითითებულია "-" ნიშნით) ან აღმოსავლური ("+" ნიშანი), იმისდა მიხედვით, გადახრის თუ არა მაგნიტური ნემსის ჩრდილოეთ პოლუსი გეოგრაფიული მერიდიანის ვერტიკალური სიბრტყიდან დასავლეთით თუ აღმოსავლეთით.

გარდა ამისა, დედამიწის მაგნიტური ველის ხაზები, ზოგადად, არ არის მისი ზედაპირის პარალელურად. ეს ნიშნავს, რომ დედამიწის ველის მაგნიტური ინდუქცია არ დევს მოცემული ადგილის ჰორიზონტის სიბრტყეში, არამედ ქმნის გარკვეულ კუთხეს ამ სიბრტყით - მას მაგნიტური დახრილობა ეწოდება. ნულს უახლოვდება მხოლოდ მაგნიტური ეკვატორის წერტილებში - დიდი წრის გარშემოწერილობა სიბრტყეში, რომელიც პერპენდიკულარულია მაგნიტური ღერძის მიმართ.

დედამიწის მაგნიტური ველის რიცხვითი მოდელირების შედეგები: მარცხნივ - ნორმალური, მარჯვნივ - ინვერსიის დროს.

დედამიწის მაგნიტური ველის ბუნება

პირველად ჯ.ლარმორმა სცადა აეხსნა დედამიწისა და მზის მაგნიტური ველების არსებობა 1919 წელს, შემოგვთავაზა დინამოს კონცეფცია, რომლის მიხედვითაც ციური სხეულის მაგნიტური ველის შენარჩუნება ხდება მოქმედების ქვეშ. ელექტროგამტარი გარემოს ჰიდროდინამიკური მოძრაობის შესახებ.

თუმცა 1934 წელს ტ.კაულინგმა დაამტკიცა თეორემა ღერძული სიმეტრიული მაგნიტური ველის შენარჩუნების შეუძლებლობის შესახებ ჰიდროდინამიკური დინამოს მექანიზმის საშუალებით.

და რადგან შესწავლილი ციური სხეულების უმეტესობა (და მით უმეტეს, დედამიწა) ღერძულად სიმეტრიულად ითვლებოდა, ამის საფუძველზე შესაძლებელი იყო ვარაუდი, რომ მათი ველი ასევე იქნებოდა ღერძულად სიმეტრიული და შემდეგ მისი წარმოქმნა ამ პრინციპის მიხედვით. შეუძლებელი იქნებოდა ამ თეორემის მიხედვით.

ალბერტ აინშტაინიც კი სკეპტიკურად იყო განწყობილი ასეთი დინამოს მიზანშეწონილობის შესახებ მარტივი (სიმეტრიული) გადაწყვეტილებების არსებობის შეუძლებლობის გათვალისწინებით. მხოლოდ მოგვიანებით აჩვენეს, რომ ღერძული სიმეტრიის მქონე ყველა განტოლებას, რომელიც აღწერს მაგნიტური ველის წარმოქმნის პროცესს, არ ექნება ღერძულად სიმეტრიული ამონახსნები, თუნდაც 1950-იან წლებში. ნაპოვნია ასიმეტრიული გადაწყვეტილებები.

მას შემდეგ დინამოს თეორია წარმატებით ვითარდებოდა და დღეს დედამიწისა და სხვა პლანეტების მაგნიტური ველის წარმოშობის საყოველთაოდ მიღებული სავარაუდო ახსნა არის თვითაღგზნებული დინამოს მექანიზმი, რომელიც დაფუძნებულია გამტარში ელექტრული დენის წარმოქმნაზე. როდესაც ის მოძრაობს მაგნიტურ ველში, რომელიც წარმოიქმნება და გაძლიერებულია ამ დენებისაგან.

დედამიწის ბირთვში იქმნება აუცილებელი პირობები: თხევად გარე ბირთვში, რომელიც შედგება ძირითადად რკინისგან დაახლოებით 4-6 ათასი კელვინის ტემპერატურაზე, რომელიც შესანიშნავად ატარებს დენს, იქმნება კონვექციური ნაკადები, რომლებიც შლის სითბოს მყარი შიდა ბირთვიდან. (წარმოქმნილი რადიოაქტიური ელემენტების დაშლის ან ლატენტური სითბოს გამოყოფის გამო მატერიის გამაგრების დროს შიდა და გარე ბირთვებს შორის საზღვარზე, როდესაც პლანეტა თანდათან გაცივდება).

კორიოლისის ძალები ახვევენ ამ დინებებს დამახასიათებელ სპირალებად, რომლებიც ქმნიან ეგრეთ წოდებულ ტეილორის სვეტებს. ფენების ხახუნის გამო, ისინი იძენენ ელექტრულ მუხტს, ქმნიან მარყუჟის დენებს. ამრიგად, იქმნება დენების სისტემა, რომელიც ცირკულირებს გამტარ მიკროსქემის გასწვრივ დირიჟორებში, რომლებიც მოძრაობენ (თავდაპირველად არსებული, თუმცა ძალიან სუსტი) მაგნიტურ ველში, როგორც ფარადეის დისკზე.

ის ქმნის მაგნიტურ ველს, რომელიც ნაკადების ხელსაყრელი გეომეტრიით აძლიერებს საწყის ველს და ეს, თავის მხრივ, აძლიერებს დენს და გაძლიერების პროცესი გრძელდება მანამ, სანამ ჯოულის სითბოს დანაკარგები, გაზრდილი დენის მატებასთან ერთად, არ დააბალანსებს. ენერგიის შემოდინება ჰიდროდინამიკური მოძრაობების გამო.

ვარაუდობდნენ, რომ დინამო შეიძლება აღგზნდეს პრეცესიის ან მოქცევის ძალების გამო, ანუ ენერგიის წყაროა დედამიწის ბრუნვა, თუმცა ყველაზე გავრცელებული და განვითარებული ჰიპოთეზა არის, რომ ეს არის ზუსტად თერმოქიმიური კონვექცია.

დედამიწის მაგნიტური ველის ცვლილებები

მაგნიტური ველის ინვერსია არის დედამიწის მაგნიტური ველის მიმართულების ცვლილება პლანეტის გეოლოგიურ ისტორიაში (განისაზღვრება პალეომაგნიტური მეთოდით).

ინვერსიის დროს, მაგნიტური ჩრდილოეთი და მაგნიტური სამხრეთი შებრუნებულია და კომპასის ნემსი იწყებს მიმართულებას საპირისპირო მიმართულებით. ინვერსია შედარებით იშვიათი მოვლენაა, რომელიც არასოდეს ყოფილა ჰომო საპიენსის არსებობის განმავლობაში. სავარაუდოდ, ბოლოს ეს დაახლოებით 780 ათასი წლის წინ მოხდა.

მაგნიტური ველის უკუქცევა ხდებოდა დროის ინტერვალით ათიათასობით წლებიდან ათობით მილიონი წლის მშვიდი მაგნიტური ველის უზარმაზარ ინტერვალებამდე, როდესაც უკუქცევები არ ხდებოდა.

ამრიგად, პოლუსის შებრუნებაში პერიოდულობა არ იქნა ნაპოვნი და ეს პროცესი სტოქასტურად ითვლება. მშვიდი მაგნიტური ველის ხანგრძლივ პერიოდს შეიძლება მოჰყვეს მრავალჯერადი შებრუნების პერიოდები სხვადასხვა ხანგრძლივობით და პირიქით. კვლევები აჩვენებს, რომ მაგნიტური პოლუსების ცვლილება შეიძლება გაგრძელდეს რამდენიმე ასეულიდან რამდენიმე ასეულ ათას წლამდე.

ჯონს ჰოპკინსის უნივერსიტეტის (აშშ) ექსპერტები ვარაუდობენ, რომ უკუქცევების დროს დედამიწის მაგნიტოსფერო იმდენად შესუსტდა, რომ კოსმოსური გამოსხივება შეიძლება მიაღწიოს დედამიწის ზედაპირს, ამიტომ ამ ფენომენმა შეიძლება ზიანი მიაყენოს ცოცხალ ორგანიზმებს პლანეტაზე, ხოლო პოლუსების მომდევნო ცვლილებამ შეიძლება გამოიწვიოს კიდევ უფრო მეტი. სერიოზული შედეგები კაცობრიობისთვის გლობალურ კატასტროფამდე.

ბოლო წლების სამეცნიერო მუშაობამ აჩვენა (მათ შორის, ექსპერიმენტში) მაგნიტური ველის მიმართულებით შემთხვევითი ცვლილებების შესაძლებლობა ("ნახტომები") სტაციონარულ ტურბულენტურ დინამოში. დედამიწის ფიზიკის ინსტიტუტის გეომაგნეტიზმის ლაბორატორიის ხელმძღვანელის, ვლადიმერ პავლოვის თქმით, ინვერსია საკმაოდ ხანგრძლივი პროცესია ადამიანის სტანდარტებით.

ლიდსის უნივერსიტეტის გეოფიზიკოსები იონ მაუნდი და ფილ ლივერმორი თვლიან, რომ რამდენიმე ათასი წლის შემდეგ მოხდება დედამიწის მაგნიტური ველის ინვერსია.

დედამიწის მაგნიტური პოლუსების გადაადგილება

პირველად ჩრდილოეთ ნახევარსფეროში მაგნიტური პოლუსის კოორდინატები განისაზღვრა 1831 წელს, ისევ - 1904, შემდეგ 1948 და 1962, 1973, 1984, 1994 წლებში; სამხრეთ ნახევარსფეროში - 1841 წელს, ისევ - 1908 წელს. მაგნიტური პოლუსების გადაადგილება დაფიქსირდა 1885 წლიდან. ბოლო 100 წლის განმავლობაში, სამხრეთ ნახევარსფეროში მაგნიტური პოლუსი თითქმის 900 კმ-ით გადავიდა და სამხრეთ ოკეანეში შევიდა.

არქტიკული მაგნიტური პოლუსის მდგომარეობის შესახებ უახლესმა მონაცემებმა (აღმოსავლეთ ციმბირის მსოფლიო მაგნიტური ანომალიისკენ მიმავალი არქტიკული ოკეანის გასწვრივ) აჩვენა, რომ 1973 წლიდან 1984 წლამდე მისი გარბენი იყო 120 კმ, 1984 წლიდან 1994 წლამდე - 150 კმ-ზე მეტი. მიუხედავად იმისა, რომ ეს ციფრები გამოითვლება, ისინი დადასტურებულია ჩრდილოეთ მაგნიტური პოლუსის გაზომვებით.

1831 წლის შემდეგ, როდესაც პირველად დაფიქსირდა ბოძის პოზიცია, 2019 წლისთვის ბოძი უკვე 2300 კმ-ზე მეტით იყო გადახრილი ციმბირისკენ და აგრძელებს მოძრაობას აჩქარებით.

მისი მოგზაურობის სიჩქარე გაიზარდა 2000 წელს 15 კმ-დან წელიწადში 55 კმ-მდე 2019 წელს. ეს სწრაფი დრიფტი საჭიროებს ნავიგაციის სისტემების უფრო ხშირ კორექტირებას, რომლებიც იყენებენ დედამიწის მაგნიტურ ველს, როგორიცაა კომპასები სმარტფონებში ან სარეზერვო სანავიგაციო სისტემები გემებისა და თვითმფრინავებისთვის.

დედამიწის მაგნიტური ველის სიძლიერე ეცემა და არათანაბრად. ბოლო 22 წლის განმავლობაში ის შემცირდა საშუალოდ 1,7%-ით, ზოგიერთ რეგიონში, მაგალითად, სამხრეთ ატლანტის ოკეანეში, 10%-ით. ზოგ ადგილას მაგნიტური ველის სიძლიერე, ზოგადი ტენდენციის საწინააღმდეგოდ, გაიზარდა კიდეც.

პოლუსების მოძრაობის აჩქარება (საშუალოდ 3 კმ / წელიწადში) და მათი მოძრაობა მაგნიტური პოლუსების ინვერსიის დერეფნების გასწვრივ (ამ დერეფნებმა შესაძლებელი გახადა 400-ზე მეტი პალეოინვერსიის გამოვლენა) ვარაუდობს, რომ პოლუსების ამ მოძრაობაში ერთი უნდა ნახოთ არა ექსკურსია, არამედ დედამიწის მაგნიტური ველის კიდევ ერთი ინვერსია.

როგორ გაჩნდა დედამიწის მაგნიტური ველი?

სკრიპსის ოკეანოგრაფიის ინსტიტუტისა და კალიფორნიის უნივერსიტეტის ექსპერტები ვარაუდობენ, რომ პლანეტის მაგნიტური ველი მანტიის მიერ იყო ჩამოყალიბებული.ამერიკელმა მეცნიერებმა შეიმუშავეს ჰიპოთეზა, რომელიც შემოთავაზებული იყო 13 წლის წინ საფრანგეთის მკვლევართა ჯგუფის მიერ.

ცნობილია, რომ დიდი ხნის განმავლობაში პროფესიონალები ამტკიცებდნენ, რომ სწორედ დედამიწის გარე ბირთვი წარმოქმნიდა მის მაგნიტურ ველს. მაგრამ შემდეგ ექსპერტებმა საფრანგეთიდან ვარაუდობდნენ, რომ პლანეტის მანტია ყოველთვის მყარი იყო (დაბადებიდან).

ამ დასკვნამ მეცნიერებს დააფიქრა, რომ მაგნიტური ველის წარმოქმნას არა ბირთვი, არამედ ქვედა მანტიის თხევადი ნაწილი შეეძლო. მანტიის შემადგენლობა არის სილიკატური მასალა, რომელიც ითვლება ცუდ გამტარებლად.

მაგრამ ვინაიდან ქვედა მანტია უნდა დარჩენილიყო თხევადი მილიარდობით წლის განმავლობაში, სითხის მოძრაობა მის შიგნით არ წარმოქმნიდა ელექტრული დენის და სინამდვილეში უბრალოდ საჭირო იყო მაგნიტური ველის გამომუშავება.

დღეს პროფესიონალებს მიაჩნიათ, რომ მანტია შეიძლებოდა ყოფილიყო უფრო ძლიერი გამტარი, ვიდრე ადრე ეგონათ. სპეციალისტების ეს დასკვნა სრულად ამართლებს ადრეული დედამიწის მდგომარეობას. სილიკატური დინამო შესაძლებელია მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ მისი თხევადი ნაწილის ელექტრული გამტარობა გაცილებით მაღალი იყო და ჰქონდა დაბალი წნევა და ტემპერატურა.