МагнитноеМагнитное полеполе ЗемлиЗемли..

РассматриваемыеРассматриваемые вопросывопросы::

МагнитосфераМагнитосфера. . СоставляющиеСоставляющие

магнитногомагнитного

поляполя ЗемлиЗемли. . ГлавноеГлавное

магнитноемагнитное

полеполе..

ЭлементыЭлементы

геомагнитногогеомагнитного

поляполя. . ГеомагнитныйГеомагнитный потенциалпотенциал

ии

коэффициентыкоэффициенты

ГауссаГаусса. . ДвижениеДвижение

магнитныхмагнитных

полюсовполюсов..АномальноеАномальное

полеполе: : западныйзападный

дрейфдрейф, , линейчатыелинейчатые

структурыструктуры

днадна

океанаокеана, , КурскаяКурская

магнитнаямагнитная аномалияаномалия..

ПалеомагнетизмПалеомагнетизм. . МагнитохронологическаяМагнитохронологическая шкалашкала. . ИнверсииИнверсии. . ПолярныеПолярные

сияниясияния..

МагнитноеМагнитное

полеполе СолнцаСолнца::

инверсииинверсии

черезчерез

11 11 летлет..

СолнечныеСолнечные пятнапятна--

областиобласти оченьочень

сильногосильного магнитногомагнитного

поляполя

МагнитноеМагнитное

полеполе

ЗемлиЗемли

ии

планетпланет СолнечнойСолнечной

системысистемы

СоставляющиеСоставляющие магнитногомагнитного

поляполя ЗемлиЗемли..

ГлавноеГлавное

магнитноемагнитное

полеполе

сс

источникомисточником

вв областиобласти

ядраядра

ЗемлиЗемли

--9595%%

АномальноеАномальное

магнитноемагнитное

полеполе

сс

источникамиисточниками вв

областиобласти

земнойземной

корыкоры

--44%%

ЭлектромагнитноеЭлектромагнитное

полеполе

сс

источникамиисточниками

вв околоземномоколоземном

пространствепространстве

--11%%

ХарактернойХарактерной

особенностьюособенностью

магнитногомагнитного поляполя

ЗемлиЗемли

являетсяявляется

егоего

изменчивостьизменчивость

вово

временивремени

ии

пространствепространстве, , котораякоторая называетсяназывается

вариациямивариациями

магнитногомагнитного

поляполя..

ЭлектромагнитноеЭлектромагнитное

полеполе

возникаетвозникает

заза

счетсчет

обтеканияобтекания магнитосферымагнитосферы

ЗемлиЗемли

солнечнымсолнечным

ветромветром..

Магнитосфера

—

область

пространства

вокруг

планеты, которая

образуется, когда

поток

заряженных

частиц, например

солнечного

ветра, отклоняется

от

своей

первоначальной

траектории

под

воздействием

внутреннего

магнитного

поля планеты. Размер

магнитосферы

10-12 радиусов

Земли.

СтруктураСтруктура

электромагнитногоэлектромагнитного

поляполя

РадиационныеРадиационные

поясапояса

ЗемлиЗемли

Радиационный

пояс

—

область

магнитосфер

планет, в

которой накапливаются

и

удерживаются

проникшие

в

магнитосферу

высокоэнергичные

заряженные

частицы

(в основном протоны

и электроны).

ИнтенсивностьИнтенсивность космическогокосмического

излученияизлучения

МагнитосфераМагнитосфера ЗемлиЗемли..ГеомагнитноеГеомагнитное

полеполе

——

магнитноемагнитное

пополеле

ЗемлиЗемли, , генерируетсягенерируется

внутривнутри

земнымиземными

источникамиисточникамиНаНа

небольшомнебольшом

удаленииудалении

отот

поверхностиповерхности

ЗемлиЗемли, , магнитныемагнитные силовыесиловые

линиилинии

имеютимеют

диполеподобноедиполеподобное

расположениерасположение. . ЭтаЭта

областьобласть

называетсяназывается

плазмосферойплазмосферой

ЗемлиЗемли..ПоПо

меремере

удаленияудаления

отот

поверхностиповерхности

ЗемлиЗемли

усиливаетсяусиливается воздействиевоздействие

солнечногосолнечного

ветраветра: :

сосо

стороныстороны

СолнцаСолнца геомагнитноегеомагнитное

полеполе

сжимаетсясжимается, , аа

сс

противоположнойпротивоположной, , --

онооно вытягиваетсявытягивается

вв

длинныйдлинный

хвостхвост..

СолнечныйСолнечный

ветерветер

вытягиваетвытягивает

газыгазы

изиз атмосферыатмосферы

планетыпланеты

ГлавноеГлавное

магнитноемагнитное

полеполе

представляетпредставляет собойсобой

магнитныймагнитный

дипольдиполь

СеверныйСеверный магнитныймагнитный

полюсполюс

находитсянаходится

вв южномюжном

полушарииполушарии

ВозникновениеВозникновение магнитногомагнитного

поляполя

ЗемлиЗемли

связаносвязано

сс турбулентнымтурбулентным

движениемдвижением

токовтоков

вв жидкомжидком

ядреядре..

МеханизмМеханизм ««магнитноемагнитное динамодинамо»», , действуетдействует

нана

расстояниирасстоянии

22--3 3 радиусарадиуса

ЗемлиЗемли..

ХарактеристикиХарактеристики

магнитногомагнитного

диполядиполя..

ПрямаяПрямая, , проходящаяпроходящая

черезчерез магнитныемагнитные

полюсыполюсы, , называетсяназывается

магнитноймагнитной

осьюосью

ЗемлиЗемли. . ОнаОна наклоненанаклонена

подпод

угломуглом

11,511,5ºº

относительноотносительно

географическойгеографической осиоси

ЗемлиЗемли..

ОкружностьОкружность

большогобольшого

кругакруга

вв плоскостиплоскости, , котораякоторая перпендикулярнаперпендикулярна

кк

магнитноймагнитной

осиоси, , называетсяназывается

магнитныммагнитным экваторомэкватором..

ЦентрЦентр

магнитногомагнитного

диполядиполя смещенсмещен

относительноотносительно

центрацентра

ЗемлиЗемли, , поэтомупоэтому

онон

называетсяназывается

–– эксцентрическимэксцентрическим

диполемдиполем..

МагнитныйМагнитный

полюсполюс прецессируетпрецессирует

относительноотносительно

географическогогеографического

сс

периодомпериодом ~~1200 1200 летлет

ЭлементыЭлементы геомагнитногогеомагнитного поляполя..СиловыеСиловые: :

ИзолинииИзолинии

--

изодиныизодины1.1.

НапряженностьНапряженность

––

HH

(A/m),(A/m),

2.2.

МагнитнаяМагнитная

индукцияиндукция

––BB ((теслатесла),),

3.3.

НамагниченностьНамагниченность

––

II

(A/m),(A/m),4.4.

МагнитныйМагнитный

моментмомент

––

MM

(A*m(A*m22))

ии

дрдр..1 1 эрстедэрстед

= 79,6 = 79,6 АА//мм;;

1 1 теслатесла

= 1= 1кгкг//АА**сс22

НапряженностьНапряженность

магнитныхмагнитных

полейполей ((вв

эрстедахэрстедах))

НапряженностьНапряженность магнитногомагнитного

поляполя нана большихбольших

расстоянияхрасстояниях отот ЗемлиЗемли..

ЭлементыЭлементы

магнитногомагнитного

поляполяУгловыеУгловые::1.1.МагнитноеМагнитное

склонениесклонение

––

DD--

уголугол

междумежду географическимгеографическим

ии

магнитныммагнитным меридианамимеридианами..

ИзолинииИзолинии

равныхравных склоненийсклонений

––изогоныизогоны..

2.2.МагнитноеМагнитное

наклонениенаклонение

––JJ–– уголугол

междумежду

горизонтальнойгоризонтальной составляющейсоставляющей

ии

направлениемнаправлением

силовогосилового векторавектора. .

ИзолинииИзолинии

равныхравных наклоненийнаклонений

--

изоклиныизоклины

СоотношенияСоотношения междумежду

элементамиэлементами геомагнитногогеомагнитного

поляполя

Вертикальная составляющая

силовой

компоненты

поля

считается положительной,

если

ее

вектор

в

северном полушарии

направлен

вниз.

22

222

yx

z

x

y

xzyx

HH

HtgJ

HH

tgD

JDHHHHH

+=

=

=++=

;

;coscos

ЭкстремальныеЭкстремальные

значениязначения

силовыхсиловых

компоненткомпонент..

Напряжённость

магнитного поля

(сила, действующая

на

помещенный

в

поле

пробный магнит) на

магнитном

экваторе

около

0,34 э

(эрстед), у

магнитных

полюсов

около

0,66 э. Максимальное

значение

вектора

магнитной индукции

(импульс

напряжения

в

катушке

при включении

поля) на

полюсе

~65нТл, при

этом

J=90º; минимальное

–

на

экваторе

~35 нТл

при

J=0.

СкалярныйСкалярный

потенциалпотенциал

магнитногомагнитного

поляполя ЗемлиЗемли..

( )

( ) ( )[ ] ( )θλλ

λθ

cossincos

,,,

mn

n

m

mn

mn

nN

n

Pmthmtg

rRtrU

∑

∑

=

+

=

+

×⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=

0

1

1

Где:

( ) ( )( )θ

λθ

cos

,,,,

mn

mn

mn

P

thtgtrкмR 6371= -радиус

Земли

-сферические

координаты

и время

-коэффициенты

Гаусса-присоединенные

функции

Лежандра

ВыражениеВыражение

компоненткомпонент

векторавектора

магнитноймагнитной индукциииндукции

черезчерез

значениязначения

геопотенциалагеопотенциала..

rUB

rUB

rUB

z ∂∂

−=

∂∂

−=

∂∂

−=

λθ

θ

λ

θ

sin

rz

y

x

BB

BBBB

−=

=

−=

λ

θ

В

декартовой

системе

координат:

КоэффициентыКоэффициенты ГауссаГаусса

00311

00311

0301

λθ

λθ

θ

sinsin

;cossin

;cos

RM

h

RMg

RM

g

y

x

z

=

=

=

−00 λθ ,координатымагнитногополюса

СмещениеСмещение магнитныхмагнитных полюсовполюсов

ЗемлиЗемли

За

последние

100 лет магнитный

полюс

в

южном

полушарии

переместился

почти

на 900

км

и

вышел

в

Индийский

океан

Новейшие

данные

по состоянию

арктического

магнитного

полюса

(движущегося по

направлению

к

Восточно-

Сибирской

мировой магнитной

аномалии

через

Ледовитый

океан) показали, что скорость

дрейфа

северного

магнитного

полюса

увеличилась

с 10 км/год

в

70-х годах, до

60 км/год

в

2004-м году.

КоординатыКоординаты дипольногодипольного

магнитногомагнитного полюсаполюса

( ) ( )( )

00

11

11

0

01

211

211

0

2θπϕ

λ

θ

−=

=

+=

;

;

ghtg

ghg

tg

=

=

0

0

λϕ 78,5ºс.ш.

70ºз.д

МагнитныйМагнитный моментмомент

M=7,79*1022

A*m2

( ) ( ) ( )211

211

201

3 hggRM ++=

=

=

=

11

11

01

h

g

g -3034нТл

-2123нТл

5758нТл

РасположениеРасположение

геомагнитныхгеомагнитных

станцийстанций..

РегистрацияРегистрация

вариацийвариаций

геомагнитногогеомагнитного поляполя

СуточныеСуточные магнитныемагнитные вариациивариации

ВековыеВековые

вариациивариации

связанысвязаны

сс

процессамипроцессами вово

внешнемвнешнем

ядреядре

ЗемлиЗемли..

Расплавленное

внешнее

ядро, где

сложная

турбулентная

конвекция

генерирует геомагнитное

поле.

Периоды

от

10 до

10 000 лет.Максимумы: 7000 лет, 600лет, 60 лет

ЗападныйЗападный

дрейфдрейф

вертикальнойвертикальной

составляющейсоставляющей вв

экваториальныхэкваториальных

широтахширотах..

Недипольная

составляющая

поля

дрейфует

к

западусосо

скоростьюскоростью

22 22 кмкм//

годгод

((с

периодом

1800 лет).

СовременноеСовременное полеполе

векторавектора магнитноймагнитной

индукциииндукции..

ИзоклиныИзоклины

((наклонениенаклонение) ) магнитногомагнитного

поляполя..

ИзогоныИзогоны

((склонениесклонение) ) магнитногомагнитного

поляполя..

СкоростьСкорость

измененияизменения

магнитногомагнитного

склонениясклонения

ЛитосферныеЛитосферные

магнитныемагнитные

аномалиианомалии

Аномальная

составляющая

магнитного

поля

Земли

несет информацию

о

строении

верхних

оболочек

Земли.

АномалииАномалии

магнитногомагнитного

поляполя

севернойсеверной АтлантикиАтлантики

ии

ЕвропыЕвропы

((

видвид

сосо

стороныстороны

ИспанииИспании).).

КурскаяКурская магнитнаямагнитная

аномалияаномалия..Напряженность

аномального

магнитного

поля

Курской

магнитной

аномалии

в

два-три

раза превышает

напряженность

магнитного

поля

Земли.

ПалеомагнетизмПалеомагнетизм..

χ

χμ

μ

χμ

n

n

IH

мАсВ

IHI

0

60

0

10251⋅⋅

×=

+=

−,

;

-индуктивная

намагниченность,всегда

направлена

по

современному

полю

-естественная

остаточная

намагниченность, возникла

в

момент

образования

пород

и

отражает

направление

древнего

поляHIn 0χμ≥

-

магнитная

восприимчивость

ферримагнетика

Палеомагнетизм,

свойство

горных

пород

намагничиваться

в

период своего

формирования

под

действием

магнитного

поля

Земли

и

сохранять

приобретённую

остаточную

намагниченность

в

последующие

эпохи.

Магнитная

постоянная

ТипыТипы

намагничиваниянамагничивания

горныхгорных

породпород..Термоостаточная

намагниченность

образуется

при

охлаждении

ферромагнитных

минералов

до

температур ниже

точки

Кюри. Основная

составляющая.

Точка

Кюри: железа

–

770 С; никеля

– 358 С; магнетита

– 572 С.

ХимическаяХимическая

намагниченностьнамагниченность

образуетсяобразуется

вв

процессепроцессе метаморфизмаметаморфизма

припри

образованииобразовании

новыхновых

минераловминералов

((окислениеокисление

магнетитамагнетита

вв

гематитгематит))ДетритнаяДетритная

илиили

ориентационнаяориентационная

––

вв

осадочныхосадочных

породахпородах

зерназерна

минераловминералов

ориентированыориентированы

попо

направлениюнаправлению отложенияотложения

осадковосадков

ВязкаяВязкая

––вв

слабомслабом

магнитноммагнитном

полеполе

припри

низкихнизких температурахтемпературах, , нестабильнаянестабильная

составляющаясоставляющая

НамагничиваниеНамагничивание

ферромагнетиковферромагнетиков

cHB

HB

0

0

111

>>><

=

μμμμ

μμ-

магнитная

проницаемость

-

диамагнетики

-

парамагнетики

-

ферромагнетики

-остаточная

намагниченность

-

коэрцитивная

сила

СтадииСтадии

намагничиваниянамагничиванияДомены

–

макроскопические

области

ферромагнетика

с

различно

ориентированной

намагниченностью

( П.Вейс, 1907г.69 1010 −− ÷

хаотическаяориентациябез

поля

частичноориентированныедомены

в

слабом

поле

домены

всильном

поле

ЛинейчатыеЛинейчатые

магнитныемагнитные

аномалиианомалии срединносрединно--океаническихокеанических

хребтовхребтов..

ВозрастВозраст

океаническойокеанической

корыкоры ((краснымкрасным

показаныпоказаны

молодыемолодые

участкиучастки

земнойземной

корыкоры).).

СимметрияСимметрия

магнитныхмагнитных

аномалийаномалий

относительноотносительно

осиоси срединносрединно--океаническогоокеанического

хребтахребта..

МагнитохронологическаяМагнитохронологическая

шкалашкала

нана

периодпериод 115 115 млнмлн..летлет

ГлобальнаяГлобальная палеомагнитнаяпалеомагнитная

реконструкцияреконструкция движениядвижения

континентовконтинентов (600 (600 млнмлн. . летлет томутому

назадназад))

МагнитныеМагнитные

силовыесиловые

линиилинии

внешнеговнешнего магнитногомагнитного

поляполя

ЗемлиЗемли..

Начало

инверсий отмечается

появлением

нескольких

ареалов обратного

магнитного

поля

(голубой

цвет

в Южном

полушарии

и

желтый

в

Северном), напоминающих

об

образовании

его участков

на

границе

ядро-мантия.

ОбращениеОбращение магнитныхмагнитных

силовыхсиловых линийлиний

внутреннеговнутреннего поляполя..

Турбулентные

перемещения могут

закручивать

линии

тороидальных

полей

в петли, называемые

полоидальными

полями. Иногда

закручивание

происходит

при

поднятии текучей

массы. Если

такое

излияние

достаточно

мощно, то

вершина

полоидальной

петли

выталкивается

из

ядра В

результате

образуются

два

участка, на

которых

петля пересекает

границу

ядро-

мантия.

КартаКарта

направленностинаправленности

магнитныхмагнитных

силовыхсиловых линийлиний

нана

границегранице

ядроядро--мантиямантия

1980 1980 годагода..

КартаКарта

направленностинаправленности

магнитныхмагнитных

силовыхсиловых линийлиний

нана

границегранице

ядроядро--мантиямантия

вв

2000 2000 годугоду..

ИнверсииИнверсии магнитногомагнитного

поляполя

ОриентацияОриентация

магнитныхмагнитных

силовыхсиловых

линийлиний

заза

500 500 летлет

додо сменысмены

полярностиполярности, , вв

процессепроцессе

инверсииинверсии

ии

черезчерез

500 500

летлет

послепосле

неёнеё..

Инверсии

магнитного

поля

сопровождаются

изменением

масс

в

северноми

южном

полушарии, ускоренным

движением

литосферных

плит.

ПолярныеПолярные сияниясияния..Полярное

сияние

(лат.

Aurora

Australis)

— свечение

(люминесценции) верхних слоёв

атмосфер

планет, обладающих

магнитосферой, вследствие

их взаимодействия

с

заряженными

частицами

солнечного

ветра.

Проекция

плазменного

слоя

вдоль

геомагнитных

силовых

линий

на земную

атмосферу

имеет

форму

колец, окружающих

северный

и

южный

магнитные

полюса

(авроральные

овалы).

Полярные

сияния

возникают

вследствие

бомбардировки

верхних

слоёв атмосферы

заряженными

частицами, движущимися

к

Земле

вдоль

силовых

линий

геомагнитного

поля

из

области

околоземного

космического пространства, называемой

плазменным

слоем.

ПолярноеПолярное

сияниесияние..