Žemės magnetinis (geomagnetinis) laukas: apibrėžimas, veikimas ir reikšmė

Sužinokite, kas yra Žemės magnetinis laukas, kaip jis susidaro, saugo planetą, veikia kompasus ir migruojančius gyvūnus bei kodėl keičiasi per istoriją.

Žemės magnetinis laukas - tai Žemę supantis magnetinis laukas. Kartais jis vadinamas geomagnetiniu lauku.

Žemės magnetinį lauką sukuria Žemės ir jos branduolio sukimasis. Jis saugo Žemę nuo kenksmingų dalelių kosmose. Laukas yra nestabilus ir Žemės istorijoje dažnai keitėsi. Žemei sukantis abi branduolio dalys juda skirtingu greičiu ir manoma, kad dėl to aplink Žemę susidaro magnetinis laukas, tarsi joje būtų didelis strypinis magnetas.

Kas yra geomagnetinis laukas ir kaip jis atrodo

Geomagnetinis laukas yra vektorinė fizikinė lauko reikšmė, kuri turi kryptį ir stiprį. Jį galima vaizduoti magnetinėmis linijomis, kurios išeina iš vieno magnetinio polo, apgaubią planetą ir įsilenkia prie kito polo. Šios linijos nulemia, kaip elgsis laisvi magnetiniai žymenys (pavyzdžiui, kompaso rodyklė) ir į ką orientuojasi magnetiniai dalelės kosminėse erdvėse.

Kaip susidaro (geodinamika)

Magnetinis laukas susidaro dėl geodinamos proceso: skysto geležies ir nikeliu turinčio išorinio branduolio konvekcinių srovių, kartu su rotacija (Coriolis jėga) ir laisvųjų elektros srovių susidarymu. Judančios elektrinės srovės generuoja magnetinį lauką, kurį palaiko ir toliau sudėtingas atgalinis ryšys tarp lauko ir skysčių judėjimo. Tai reiškinys, panašus į dinamo principą, tačiau vykstantis milžiniškuose masteliuose ir ilgu laiko mastu.

Magnetiniai poliai, declinacija ir inklinacija

Magnetinis laukas sukuria magnetinius polius, kurie paprastai yra netoli geografinių polių, tačiau jų padėtis nėra stabili ir keičiasi laikui bėgant. Kompasas nurodo magnetinį šiaurę, o ne tikrąją geografinių krypčių šiaurę; skirtumas tarp jų vadinamas magnetine declinacija (nuokrypa). Be to, lauke yra vertikalus komponentas—magnetinė inklinacija arba polinkis—kuri rodo, kiek lauko linijos krypsta į žemę arba nuo jos tam tikroje vietoje.

Funkcijos ir reikšmė

• Apsauga nuo saulės vėjo: magnetosfera nukreipia daugumą įelektrintų dalelių, kuriuos skleidžia Saulė, taip mažindama jonizuotos radiacijos poveikį atmosferai ir gyvybei.
• Auros ir kosminės reakcijos: sąveika tarp saulės vėjo ir magnetosferos sukelia auroras (poliarinius šviesulius) aukštose platumose.
• Navigacija: daugelis tradicinių ir kai kurių šiuolaikinių navigacijos priemonių (pirmiausia kompasai) remiasi geomagnetiniu lauku orientacijai nustatyti. Taip pat daug migracinių gyvūnų naudoja lauką orientacijai ir migracijos maršrutams.
• Geologiniai tyrimai: paleomagnetizmas (uolienų magnetinių savybių tyrimas) suteikė svarbių įrodymų tektoninių plokščių judėjimui ir ankstesniems geomagnetinio lauko apsisukimams.

Magnetinis apsisukimas ir kiti pokyčiai

Magnetiniai poliai kartais apsikeičia vietomis — tai vadinama magnetiniu apsisukimu arba poliarumo inversija. Toks reiškinys vyksta nereguliariai: kartais praėjus keliems šimtams tūkstančių metų, kartais per ilgesnį ar trumpesnį intervalą. Paskutinis žymus ilgesnės trukmės apsisukimas (Brunhes–Matuyama) įvyko maždaug prieš 780 000 metų. Be to, būna trumpalaikių pokyčių, vadinamų magnetinėmis ekskursijomis (pvz., Laschamps įvykis), kai laukas stipriai sumažėja ar pasikeičia lokalūs poliai.

Stiprumas, variacijos ir judėjimas

Žemės magnetinio lauko stiprumas paviršiuje svyruoja maždaug tarp 25 ir 65 μT (mikroteslų) — tai atitinka maždaug 0,25–0,65 gauso. Lauko stiprumas ir kryptis keičiasi laike (vadinama sekuline variacija) ir vietoje; magnetiniai poliai nuolat „vagzdo“ — magnetinis šiaurės polius juda keliolika-keliasdešimt kilometrų per metus, o pastaraisiais dešimtmečiais jo judėjimas pagreitėjo.

Matuokliai, stebėjimas ir praktinė reikšmė

• Matuokliai: magnetometrai (žemėje ir palydovuose) leidžia tiksliai matuoti lauko stiprį ir kryptį. Palydovinės misijos, pavyzdžiui, specialios geomagnetinės misijos, nuolat stebi lauko pokyčius.
• Technologijos: geomagnetiniai įvykiai (pavyzdžiui, stiprios magnetosferos audros) gali paveikti palydovus, radijo ryšį, globalines navigacijos sistemas (GNSS), elektros tinklus ir vamzdynus. Dėl to stebėjimas ir modeliavimas yra svarbūs kibernetinio ir energetinio saugumo požiūriu.
• Praktiniai patarimai: naviguojant tradiciniu kompasu būtina žinoti vietinę magnetinę declinaciją ir atnaujinti žemėlapius; mokslininkai ir agentūros pateikia periodines korekcijas ir modelius.

Tyrimai ir istorija

Paleomagnetiniai tyrimai (uolienų magnetinių savybių registravimas) suteikė įžvalgų apie plokščių tektoniką ir praeities magnetinio lauko elgesį. Mokslininkai naudoja žemės stebėjimo tinklus, laivo ir lėktuvų matavimus bei palydovų duomenis modeliui sudaryti ir prognozuoti lauko kitimus. Tęstiniai stebėjimai yra svarbūs tiek mokslo, tiek praktinių taikymų (navigacijos, kosminės meteorologijos) srityse.

Apibendrinant: Žemės magnetinis (geomagnetinis) laukas yra dinamiškas reiškinys, gimstantis giliai planetoje ir veikiantis daugelį procesų — nuo gyvybės apsaugos iki žmogaus technologijų. Jo kaita turi tiek ilgalaikių geologinių, tiek trumpalaikių technologinių pasekmių.

Charakteristikos

Žemės geomagnetinis laukas susidaro dėl dviejų priežasčių. Magnetiniam laukui susiformuoti svarbūs konvekciniai judesiai Žemės centre esančiame skystojo laidumo branduolyje. Kai konvekciniai judesiai vyksta kartu su elektros srovėmis aplink Žemę, sukuriamas magnetinis laukas. Magnetinį lauką palaiko Žemės sukimasis. Dėl konvekcinių judesių ir elektros srovių sąveikos susidaro dinamo efektas.

Magnetinio lauko intensyvumas didžiausias ties magnetiniais poliais, kur jis yra vertikalus. Laukas silpniausias prie pusiaujo, kur jis yra horizontalus. Magnetinio lauko intensyvumas matuojamas gausais.

Pastaraisiais metais magnetinio lauko stiprumas sumažėjo. Per pastaruosius dvidešimt dvejus metus magnetinio lauko stiprumas sumažėjo vidutiniškai 1,7 %. Kai kuriose lauko srityse jo stiprumas sumažėjo iki 10 %. Spartus lauko stiprumo mažėjimas yra ženklas, kad magnetinis laukas gali keistis. Apsisukimas gali įvykti per ateinančius kelis tūkstančius metų. Įrodyta, kad magnetinių polių judėjimas susijęs su mažėjančiu magnetinio lauko stiprumu.

Geomagnetinis apsisukimas yra tada, kai šiaurinis ir pietinis magnetiniai poliai apsikeičia vietomis. Per visą Žemės istoriją tai įvyko keletą kartų. Magnetinis apsisukimas įvyksta lauko stiprumui pasiekus nulį. Kai stipris vėl pradės didėti, jis didės priešinga kryptimi, todėl magnetiniai poliai apsikeis. Laikas, per kurį įvyksta magnetinio lauko apsisukimas, nežinomas, bet gali trukti iki dešimties tūkstančių metų. Žemės magnetiniai posūkiai užfiksuoti uolienose, ypač bazalte. Mokslininkai mano, kad paskutinis geomagnetinis apsisukimas įvyko prieš 780 000 metų.

Magnetosfera

Magnetosferą sukuria magnetinis laukas. Tai aplink Žemę esanti sritis, kuri veikia kaip skydas nuo kenksmingų Saulės vėjo dalelių. Magnetosferą sudaro daug skirtingų sluoksnių ir struktūrų, o Saulės vėjas formuoja kiekvieną iš šių sluoksnių. Saulės vėjo ir magnetosferos sąveika taip pat lemia Šiaurės ir Pietų pašvaistės atsiradimą. Magnetosfera labai svarbi apsaugant Žemę nuo Saulės audrų, kurios padidina Saulės vėjo aktyvumą. Saulės audros gali sukelti geomagnetines audras, kurios kartais turi rimtų padarinių Žemei.

Plotai tarp šiaurės ir pietų magnetinių polių yra magnetinio lauko linijos. Šios linijos palieka Žemę iš vertikalaus pietų taško ir vėl įeina į ją per vertikalų šiaurės tašką. Šie du vertikalūs taškai vadinami magnetinio pasinėrimo poliais. Magnetinio pasinėrimo poliai paprastai vadinami magnetiniais poliais. Magnetiniai poliai kerta Žemę dviejuose taškuose. Šiaurės magnetinis polius kerta Žemę 78,3 šiaurės platumos ir 100 vakarų ilgumos taške. Dėl to šiaurinis magnetinis polius yra poliariniame rate. Pietų magnetinis polius kerta Žemę 78,3 pietų platumos ir 142 rytų ilgumos taške. Pietų magnetinis polius yra Antarktidoje. Magnetiniai poliai taip pat yra stipriausių magnetinių laukų vieta.

Šiame paveikslėlyje pavaizduota magnetosfera, blokuojanti Saulės vėją.


Šiaurės magnetinio poliaus judėjimas. Tikimasi, kad jis praeis netoli šiaurės geografinio ašigalio ir toliau keliaus į Sibirą

Klausimai ir atsakymai

K: Koks yra Žemės magnetinis laukas?

K: Kas sukuria Žemės magnetinį lauką?

K: Kokią funkciją atlieka Žemės magnetinis laukas?

K: Kiek stabilus yra Žemės magnetinis laukas?

K: Kaip susidaro Žemės magnetinis laukas?

K: Ką sukuria magnetiniai poliai?

K: Kokią paskirtį turi Žemės magnetinis laukas?

Paieška pagal raidę