de verborgen attractie van de aarde de verborgen attractie van de

1

De Verborgen Attractie van de Aarde

2017 - HOVO cursus 3N7 333

Cor Langereis

Paleomagnetisch Laboratorium

Fort Hoofddijk

Department Aardwetenschappen

Universiteit Utrecht


De Aarde is één grote magneetHOVO

Docent: Cor Langereis

1979: doktoraal Geofysica

1984: promotie Paleomagnetisme

1995: hoofd Fort Hoofddijk

1999: hoogleraar Paleomagnetisme

2000: oratie met als titel …

Beste werkplek in Utrecht


Oratie, January 2000


Beating magnetism into it …

Shock-induced Remanent Magnetization

Paleomagnetisch Laboratorium Fort Hoofddijk (1963)

Onderdeel Nieuwe Hollandse Waterlinie

2

Deelnemers aan de cursus 2017 (15)

Opzet van de cursus

1 - Magnetisme & Aardmagneetveld

2 – Het Aardmagneetveld in het verleden

3 – Drift der Continenten en Plaattektoniek

4 – Omkeringen van het Aardmagneetveld

5 – Gastlezing &

bezoek Fort Hoofddijk


Informatie omtrent de cursus

1 - Handouts van de Powerpoint presentaties

2 - Website: www.geo.uu.nl/~forth (click op Teaching)


1- Magnetisme en Aardmagneetveld

- Wat is magnetisme: de basis

- Geschiedenis van magnetisme

- Het externe magneetveld

- Het interne magneetveld

- Magnetisch veld H (wiki)

- Magnetisch moment m (wiki)

- Magnetische inductie B (wiki)

- Magnetische susceptibiliteit (wiki)

- Magnetische permeabiliteit m (wiki)

- Magnetisatie M (wiki)

- Magnetische dipool (wiki)

Magnetische monopool ?

Wat is magnetisme: de basis

3

Magnetisch veld H

Tauxe, 2005

H = i / l = i / 2 r [A/m]

m = i O = i r2 [Am2]

Tauxe, 2005

Magnetisch moment m (dipool)

m = n i O = n i r2 [Am2]

Magnetisch moment van een tram

Bovenleiding: 600-750 Volt

Afvoer via rails (aarding)

Duizenden Ampères stroomvooral bij optrekken en afremmen

Stroomkringen klein houden

Magnetic background noise (2012-2013)

nachtnacht nacht nacht

Fort Hoofddijk Another Uithof building

Maxwell sees the Light

Nikola Tesla

Magnetische inductie B

B = m H [Tesla]

4

Nikola Tesla Magnetische inductie B

MRI scan = 3 – 7 Tesla

Bmagnet = ~ 0.1 T

Belectromagnet = ~2 T


Link: Magnificent Magnets

Pulsed magnets: 100 T (non-destructive)-350 T (destructive)


August 2017: New world record (Guinnes Book …)

41.4 Tesla in Florida / New Mexico


BEarth = 30-60 mT

Tauxe, 2005

Magnetostatische Energie

Chinese compass, Han Dynasty

5

Magnetisatie M

Geïnduceerde magnetisatie (Mi = c H)

Remanente magnetisatie: Mr

Totale magnetisatie (bv. in gesteente)

Mtot = Mi + Mr

Eenheid als veldsterkte H [A/m]

Ofwel: magnetisch moment m [Am2] per volume V [m3]

Geschiedenis van magnetisme

Magnetische declinatie in China

Compass via Arabs to Europe

Pierre Pèlerin de Maricourt AKA

Petrus Peregrinus (‘Peter de Pelgrim’)

1269 AD: Beleg van Lucera (Apulia)ingenieur in leger van Charles d’Anjou

‘Epistola de Magnete’

Castle of Lucera

Petrus Peregrinus

Vroegste kompassen

- calamita (it), kalamos (gr) or

qaramît (ar): drijvende naald

- lodestone (loadstone), leiderstein,

leidarsteinn, segelstein, zeilsteen

- adamas (lat): adamant & aimant

Petrus Peregrinus - kompas

Kompas het eerste fysische meetintrument ?

Vroegste kompassen en poëzie

- Mazzeo di Rico (1230s)

“your loviliness attracts me irresistibly, as the lodestone does,

following its nature when it draws the needle”

- Gaulthier d’Espinois (before 1250)

“as the adamant turns away the little magnetic needle …, to

my lady is everybody detained, who knows and observes her

beauty”

De verborgen attractie …

Aimant (fr) betekent magneet maar ook geliefde

6

Petrus ontdekte dipool eigenschappen en schreef het oudst bekende wetenschappelijk artikelHij construeerde het eerste kompas met opgehangen naald (navigatie!)

Epistola de Magnete (1269) Navigatie

Les premières Oeuvres de Iacquesde Vaulx, pilotteen la Marine (Havrede Grace 1583)

(National Library, Paris)

Wat is een magneet ?

De Aarde ….

N

S

De Magnete (1600)

De Magnete, Magneticisque

Corporibus, et de Magno

Magnete Tellure (William Gilbert)

Eerst bekende fysische eigenschap van de Aarde (Newton ontdekte zwaartekracht in 1672)

… zèlf is een Grote Magneet

19e eeuw:

Natuurlijke remanente magnetisatie (NRM)

Aardmagneetveld geregistreerd in gesteente

‘Rock Music of the Earth’

Paleomagnetisme

Mathematische beschrijving van het Aardmagneetveld

)(02 Laplacegraddiv

a

P

Cr

aC

a

rg m

Sr

aS

a

rh m

l

m

m

l

l

l

m l

l

m l

l

m

l

m l

l

m l

l

m0 00

1

1

1

1

(cos )

( ) ( )( ) cos

( ) ( )( ) sin

a a

rP g m h mllm

m

l

llm

lm

0

1

00

( ) (cos ) cos sin

Carl Friedrich Gauss (1838)

7

Bernard Brunhes (1906):veldomkeringen

Joseph Larmor (1919):dynamo proces

Recente geschiedenis

50-er jaren: Bewijs van continental drift

60-er jaren: Geboorte platentektoniek

Het externe magneetveld

De Aarde zelf is een grote magneet (en beschermt het leven op Aarde)

Het externe magneetveld is het domein van Space Weather

Zonnewind & ‘Space Weather’

1‰ of the internal field

Dagelijkse variatie (zonnewind)

8

Folklore & Mythologie

Bovennatuurlijke krachten, geestenwereldVoorteken van onheil en oorlogKracht van het ijs op GroenlandReflectie van school haringenDansende geesten, branden van de hemel

Relatie met zonnevlekken

1826: Duitse apotheker & sterrekundige

1840: Ierse sterrekundige & militair

Fysica

Zonnewind en uitbarstingen (zonnevlam)AMV: afbuiging naar Noordpool en ZuidpoolBotsingen met zuurstof/stikstof atomenEnergie komt vrij als poollicht (1957)

Poollicht

Het Aardmagneetveld:

heeft invloed op dieren zeeschildpadden, walvissen, vogels & bacteriën

maar ook op de mens ?vliegtuigen, satellieten, energie centrales, …

Magnetische stormen

Prachtig noorderlicht ….

Magnetische stormen

… maar ook grote schade

Magnetische stormen Magnetische stormen

9

Gas pijplijn (Finland)

I > 10 Ampere

Bijvoorbeeld …

Magnetische stormen hebben impact:- op satellieten & vliegtuigen- op globale telecommunicatie- op pijplijnen- …

Magnetische stormen

Augustus-September 1859- Coronal Mass Ejection (plasmawolk)- Poolicht tot in Hawaii, Cuba, Italië- Veld met 1600 nT gereduceerd

(~4% van het huidige veld)

Maart 1989- Coronal Mass Ejection- Poollicht tot in Texas- Quebec: in 90 seconden 6 miljoen

mensen zonder electriciteit

IJskernen laten zien dat magnetische stormen - zoals in 1859 –gemiddeld 1x per 500 jaar voorkomen.

Grootste magnetische stormen Het interne magneetveld

De Aarde is zèlf een

grote magneet …

… et de Magno Magnete Tellure

… maar geeft ook een kijkje in de diepe Aarde

Het interne magneetveld

Simpel: een staaf magneet (dipool) Niet zo simpel: dynamo proces in vloeibare buitenkern

Het dipoolveld van de Aarde

10

MantleConvection time scale ~100 Myr

Reversal frequency, Superchrons

Solid inner coreDiffusion time scale 3-5 kyr

Stabilises geodynamo process

Kuang & Bloxham, 1997

Liquid outer coreConvection time scale 300-500 yr

Geodynamo action: Secular variation, excursions, reversals

Oorsprong van het veld

Tauxe, 2005

Geomagnetische pool:(90%) best passende dipool

di-

quadru-

octu-

Non-dipoolveld van de Aarde

eclinatie

nclinatie

De elementen van het veld

Declinatie en inclinatie variëren in

plaats en in tijd: Seculaire Variatie

Magnetische Observatoria

Magnetische Observatoria Magnetische Observatoria

Wat ongelijk verdeeld …

11

Hulot et al., 2002

Magnetische observaties: satellieten

Verschillende generaties zoals Magsat (1980), Oersted (1999), CHAMP (2000)


Laatste generatie: SWARM (European Space Agency) Gelanceerd November 2013


SWARM (European Space Agency) – 3 satellieten

Verandering in het veld

SWARM (European Space Agency)

Huidige veld: declinatie Huidige veld: declinatie

12

Jaarlijkse verandering in declinatie

Borssele, in 1615 gesticht

Seculaire Variatie (SV)

Seculaire Variatie: declinatie Seculaire Variatie:inclinatie

DD ~65°

DI ~20°

~3000 yr

Seculaire Variatie laatste 3 millennia Polen

Geographisch

vs.

Magnetisch

vs.

Geomagnetisch

Butler, 1992

13

Magnetische & geomagnetischepolen

Noordelijk halfrond

Magnetische & geomagnetischepolen

Zuidelijk halfrond

NRC 19-01-2013

Het kan erger ...

14

En als het veld omkeert … ? Daarover later …

de verborgen attractie van de aarde de verborgen attractie van de

Documents