1905'te Einstein, karasal manyetizmanın nedenini çağdaş fiziğin beş ana gizeminden biri olarak adlandırdı.

Yine 1905'te Fransız jeofizikçi Bernard Brunhes, Cantal'ın güney bölümündeki Pleistosen lav yataklarının manyetizma ölçümlerini gerçekleştirdi. Bu kayaların mıknatıslanma vektörü, gezegen manyetik alanının vektörüyle neredeyse 180 dereceydi (yurttaşı P. David, bir yıl önce bile benzer sonuçlar elde etmişti). Brunhes, üç çeyrek milyon yıl önce lavların fışkırması sırasında jeomanyetik alan çizgilerinin yönünün modern olanın tersi olduğu sonucuna vardı. Dünyanın manyetik alanının ters çevrilmesinin (kutupların tersine çevrilmesi) etkisi bu şekilde keşfedildi. 1920'lerin ikinci yarısında Brunhes'in vardığı sonuçlar P. L. Mercanton ve Monotori Matuyama tarafından doğrulandı, ancak bu fikirler ancak yüzyılın ortalarında kabul gördü.

Artık jeomanyetik alanın en az 3,5 milyar yıldır var olduğunu ve bu süre zarfında manyetik kutupların binlerce kez yer değiştirdiğini biliyoruz (Brunhes ve Matuyama, şu anda kendi adlarını taşıyan en son tersine dönmeyi incelediler). Jeomanyetik alan bazen on milyonlarca yıl boyunca yönünü korur, bazen de beş yüz asırdan fazla sürmez. Ters çevirme sürecinin kendisi genellikle birkaç bin yıl sürer ve tamamlandıktan sonra alan gücü kural olarak önceki değerine dönmez, ancak yüzde birkaç oranında değişir.

Jeomanyetik tersinmenin mekanizması bugüne kadar tam olarak açık değildir ve yüz yıl önce bile makul bir açıklamaya izin vermiyordu. Bu nedenle Brunhes ve David'in keşifleri yalnızca Einstein'ın değerlendirmesini güçlendirdi - aslında karasal manyetizma son derece gizemli ve anlaşılmazdı. Ancak o zamana kadar üç yüz yıldan fazla bir süredir inceleniyordu ve 19. yüzyılda büyük gezgin Alexander von Humboldt, parlak matematikçi Carl Friedrich Gauss ve parlak deneysel fizikçi Wilhelm Weber gibi Avrupa biliminin yıldızları tarafından incelendi. Yani Einstein gerçekten de köküne baktı.

Sizce gezegenimizin kaç tane manyetik kutbu var? Hemen hemen herkes ikisinin Arktik ve Antarktika'da olduğunu söyleyecektir. Aslında cevap kutup kavramının tanımına bağlıdır. Coğrafi kutuplar, dünya ekseninin gezegen yüzeyi ile kesişme noktaları olarak kabul edilir. Dünya katı bir cisim olarak döndüğü için böyle sadece iki nokta vardır ve başka hiçbir şey düşünülemez. Ancak manyetik kutuplarda durum çok daha karmaşıktır. Örneğin, bir kutup, manyetik kuvvet çizgilerinin dünya yüzeyine dik olduğu küçük bir alan (ideal olarak yine bir nokta) olarak düşünülebilir. Bununla birlikte, herhangi bir manyetometre yalnızca gezegenin manyetik alanını değil, aynı zamanda yerel kayaların, iyonosferik elektrik akımlarının, güneş rüzgarı parçacıklarının ve diğer ek manyetizma kaynaklarının alanlarını da kaydeder (ve bunların ortalama payı yüzde birkaç düzeyinde o kadar da küçük değildir). . Cihaz ne kadar doğru olursa, bunu o kadar iyi yapar ve bu nedenle kaynağı dünyanın derinliklerinde bulunan gerçek jeomanyetik alanı (ana alan olarak adlandırılır) izole etmeyi giderek zorlaştırır. Bu nedenle doğrudan ölçümle belirlenen kutup koordinatları kısa bir süre için bile sabit değildir.

Farklı davranabilir ve belirli karasal manyetizma modellerine dayanarak direğin konumunu belirleyebilirsiniz. İlk yaklaşıma göre gezegenimiz, ekseni merkezinden geçen yer merkezli bir manyetik dipol olarak düşünülebilir. Şu anda, onunla dünyanın ekseni arasındaki açı 10 derecedir (birkaç on yıl önce 11 dereceden fazlaydı). Daha doğru modelleme ile, dipol ekseninin Dünya'nın merkezine göre Pasifik Okyanusu'nun kuzeybatı kısmına doğru yaklaşık 540 km kaydırıldığı ortaya çıkıyor (bu eksantrik bir dipoldür). Başka tanımlar da var.

Ama hepsi bu değil. Dünyanın manyetik alanı aslında dipol simetrisine sahip değildir ve bu nedenle çok sayıda ve çok sayıda kutba sahiptir. Dünya'nın manyetik bir dört kutuplu, bir dört kutuplu olduğunu düşünürsek, iki kutbu daha tanıtmamız gerekecek - Malezya'da ve Atlantik Okyanusu'nun güney kesiminde. Sekiz kutuplu model sekiz kutbu vb. belirtir. Karasal manyetizmanın en gelişmiş modern modelleri 168'e kadar kutupla çalışır. Ters çevirme sırasında, jeomanyetik alanın yalnızca dipol bileşeninin geçici olarak ortadan kaybolduğunu, diğerlerinin ise çok daha az değiştiğini belirtmekte fayda var.

Kutuplar ters

Kutupların genel kabul gören isimlerinin tam tersi olduğunu birçok kişi biliyor. Kuzey Kutbu'nda manyetik iğnenin kuzey ucunun işaret ettiği bir kutup vardır - bu nedenle güney olarak kabul edilmelidir (kutupların itmesi, zıt kutupların çekmesi gibi!). Aynı şekilde, manyetik kuzey kutbu da Güney Yarımküre'de yüksek enlemlerde bulunmaktadır. Ancak geleneksel olarak kutuplara coğrafyaya göre isim veririz. Fizikçiler uzun zamandır kuvvet çizgilerinin herhangi bir mıknatısın kuzey kutbundan çıkıp güneye girdiği konusunda hemfikirdi. Buradan dünyanın manyetizma çizgilerinin güney jeomanyetik kutbundan ayrılarak kuzeye doğru çekildiği sonucu çıkıyor. Bu bir gelenektir ve onu ihlal etmemelisiniz (Panikovsky'nin üzücü deneyimini hatırlamanın zamanı geldi!).

Manyetik kutup, onu nasıl tanımlarsanız tanımlayın, yerinde durmaz. Jeosantrik dipolün Kuzey Kutbu, 2000'de 79,5 K ve 71,6 B ve 2010'da 80,0 K ve 72,0 B koordinatlarına sahipti. Gerçek Kuzey Kutbu (fiziksel ölçümlerle ortaya çıkan) 2000'den bu yana 81,0 N ve 109,7 B'den 81,0 K ve 109,7 B'ye kaymıştır. 85,2 K ve 127,1 B. Neredeyse yirminci yüzyılın tamamı boyunca yılda 10 km'den fazla yol kat etmedi, ancak 1980'den sonra aniden çok daha hızlı hareket etmeye başladı. 1990'lı yılların başında hızı yılda 15 km'yi aştı ve artmaya devam ediyor.

Kanada Jeoloji Araştırma Servisi'nin jeomanyetik laboratuvarının eski başkanı Lawrence Newitt'in Popular Mechanics'e söylediği gibi, gerçek kutup artık yılda 50 km hareket ederek kuzeybatıya doğru hareket ediyor. Hareketinin vektörü birkaç on yıl boyunca değişmezse, 21. yüzyılın ortalarında Sibirya'ya ulaşacak. Birkaç yıl önce aynı Newitt tarafından gerçekleştirilen bir yeniden yapılanmaya göre, 17. ve 18. yüzyıllarda kuzey manyetik kutbu esas olarak güneydoğuya kaymış ve ancak 1860 civarında kuzeybatıya dönmüştür. Gerçek güney manyetik kutbu son 300 yıldır aynı yönde hareket ediyor ve yıllık ortalama yer değiştirmesi 10-15 km'yi geçmiyor.

Dünyanın manyetik alanı nereden geliyor? Olası bir açıklama basitçe göz kamaştırıcıdır. Dünya, yarıçapı 1220 km olan bir iç katı demir-nikel çekirdeğe sahiptir. Bu metaller ferromanyetik olduğuna göre, neden iç çekirdeğin jeomanyetik alanın varlığını sağlayan statik mıknatıslanmaya sahip olduğunu varsaymıyorsunuz? Karasal manyetizmanın çok kutupluluğu, çekirdek içindeki manyetik alanların dağılımının asimetrisine atfedilebilir. Kutupların yer değiştirmesini ve jeomanyetik alanın tersine dönmesini açıklamak daha zordur, ancak muhtemelen deneyebiliriz.

Ancak bundan hiçbir şey çıkmaz. Tüm ferromıknatıslar yalnızca belirli bir sıcaklığın (Curie noktası) altında ferromanyetik kalır (yani kendiliğinden mıknatıslanmayı korurlar). Demir için bu sıcaklık 768°C'dir (nikel için bu çok daha düşüktür) ve Dünya'nın iç çekirdeğinin sıcaklığı 5000 dereceyi önemli ölçüde aşmaktadır. Bu nedenle statik jeomanyetizma hipotezinden ayrılmak zorundayız. Ancak uzayda ferromanyetik çekirdeklere sahip soğutulmuş gezegenlerin bulunması mümkündür.

Başka bir olasılığı düşünelim. Gezegenimizin ayrıca yaklaşık 2.300 km kalınlığında sıvı bir dış çekirdeği var. Daha hafif elementlerin (kükürt, karbon, oksijen ve muhtemelen radyoaktif potasyum - kimse kesin olarak bilmiyor) karışımıyla birlikte demir ve nikel eriyiğinden oluşur. Dış çekirdeğin alt bölümünün sıcaklığı neredeyse iç çekirdeğin sıcaklığıyla örtüşür ve manto sınırındaki üst bölgede 4400°C'ye düşer. Bu nedenle, Dünya'nın dönmesi nedeniyle orada dairesel akımların oluştuğunu ve bunun da karasal manyetizmanın ortaya çıkmasının nedeni olabileceğini varsaymak oldukça doğaldır.

Konvektif dinamo

"Poloidal alanın görünümünü açıklamak için nükleer maddenin dikey akışlarını hesaba katmak gerekir. Konveksiyon nedeniyle oluşurlar: ısıtılmış demir-nikel eriyiği çekirdeğin alt kısmından mantoya doğru yüzer. Bu jetler, siklonların hava akımları gibi Coriolis kuvveti tarafından bükülür. Kaliforniya Üniversitesi profesörü Gary Glatzmeier, Kuzey Yarımküre'de yukarı yönlü akımların saat yönünde döndüğünü, Güney Yarımküre'de ise saat yönünün tersine döndüğünü açıklıyor. - Mantoya yaklaşıldığında çekirdek malzemesi soğur ve içeriye doğru geri hareket etmeye başlar. Yükselen ve alçalan akışların manyetik alanları birbirini iptal eder ve bu nedenle alan dikey olarak kurulmaz. Ancak konveksiyon jetinin bir döngü oluşturup kısa bir süre yatay olarak hareket ettiği üst kısmında durum farklıdır. Kuzey Yarımküre'de konvektif yükselişten önce batıya bakan alan çizgileri saat yönünde 90 derece döner ve kuzeye yönlendirilir. Güney Yarımküre'de doğudan saat yönünün tersine dönerler ve kuzeye doğru yönelirler. Sonuç olarak, her iki yarım kürede de güneyden kuzeye doğru bir manyetik alan oluşur. Her ne kadar bu, poloidal alanın ortaya çıkışının tek olası açıklaması olmasa da, en muhtemel açıklama olarak kabul ediliyor."

Bu tam olarak jeofizikçilerin 80 yıl önce tartıştığı plandır. Dış çekirdeğin iletken sıvısının akışlarının kinetik enerjileri nedeniyle dünyanın eksenini kaplayan elektrik akımları ürettiğine inanıyorlardı. Bu akımlar, Dünya yüzeyindeki alan çizgileri meridyenler boyunca uzatılmış olan (böyle bir alana poloidal denir), ağırlıklı olarak dipol tipinde bir manyetik alan oluşturur. Bu mekanizma bir dinamonun çalışmasıyla bir ilişkiyi çağrıştırıyor, dolayısıyla adı da buradan geliyor.

Açıklanan şema güzel ve görsel ama maalesef yanlış. Dış çekirdekteki maddenin hareketinin dünya eksenine göre simetrik olduğu varsayımına dayanmaktadır. Bununla birlikte, 1933'te İngiliz matematikçi Thomas Cowling, hiçbir eksenel simetrik akışın uzun vadeli bir jeomanyetik alanın varlığını sağlayamayacağı teoremini kanıtladı. Ortaya çıksa bile yaşı kısa ömürlü olacak, gezegenimizin yaşından onbinlerce kat daha az olacaktır. Daha karmaşık bir modele ihtiyacımız var.

Kaliforniya Teknoloji Enstitüsü'nden profesör, gezegen manyetizması konusunda önde gelen uzmanlardan biri olan David Stevenson, "Dünya'nın manyetizmasının tam olarak ne zaman ortaya çıktığını bilmiyoruz, ancak manto ve dış çekirdeğin oluşumundan hemen sonra gerçekleşmiş olabilir" diyor. . - Jeodinamoyu açmak için harici bir tohum alanı gereklidir ve bu alanın çok güçlü olması gerekmez. Bu rol, örneğin Güneş'in manyetik alanı veya termoelektrik etki nedeniyle çekirdekte üretilen akım alanları tarafından üstlenilebilir. Sonuçta bu çok önemli değil; yeterli miktarda manyetizma kaynağı vardı. Böyle bir alanın ve iletken sıvı akışlarının dairesel hareketinin varlığında, gezegen içi bir dinamonun fırlatılması kaçınılmaz hale geldi."

Manyetik koruma

Dünyanın manyetizması, yaratılışı 1830'larda başlayan geniş bir jeomanyetik gözlemevleri ağı kullanılarak izleniyor.

Aynı amaçlar için gemi, havacılık ve uzay araçları da kullanılmaktadır (örneğin, 1999'dan beri faaliyet gösteren Danimarka Ørsted uydusunun skaler ve vektör manyetometreleri).

Jeomanyetik alan güçleri Brezilya kıyılarındaki yaklaşık 20.000 nanotesla ile güney manyetik kutbu yakınındaki 65.000 nanotesla arasında değişmektedir. 1800'den bu yana dipol bileşeni neredeyse %13 (ve 16. yüzyılın ortasından bu yana %20) azalırken, dört kutuplu bileşeni biraz arttı. Paleomagnetik araştırmalar, çağımızın başlangıcından birkaç bin yıl önce, jeomanyetik alanın yoğunluğunun sürekli olarak arttığını ve ardından azalmaya başladığını göstermektedir. Bununla birlikte, mevcut gezegensel dipol momenti, geçmiş yüz elli milyon yılın ortalama değerinden önemli ölçüde daha yüksektir (2010 yılında, 3,5 milyar yıl önce Dünya'nın manyetik alanının şimdikinin yarısı kadar güçlü olduğunu gösteren paleomanyetik ölçümler yayınlandı). Bu, ilk devletlerin ortaya çıkışından günümüze kadar insan toplumlarının tüm tarihinin, dünyanın manyetik alanının yerel maksimumuna düştüğü anlamına gelir. Bunun uygarlığın ilerleyişini etkileyip etkilemediğini düşünmek ilginçtir. Manyetik alanın biyosferi kozmik radyasyondan koruduğunu düşünürsek, bu varsayım artık fantastik görünmemektedir.

Ve burada dikkate değer bir durum daha var. Gezegenimizin gençliğinde ve hatta ergenlik döneminde çekirdeğindeki tüm madde sıvı fazdaydı. Katı iç çekirdek nispeten yakın zamanda, belki de sadece bir milyar yıl önce oluştu. Bu gerçekleştiğinde, konveksiyon akımları daha düzenli hale geldi ve bu da jeodinamonun daha kararlı çalışmasına yol açtı. Bu nedenle jeomanyetik alan büyüklük ve istikrar kazanmıştır. Bu durumun canlı organizmaların evrimi üzerinde olumlu bir etkisi olduğu varsayılabilir. Özellikle jeomanyetizmanın güçlenmesi, biyosferin kozmik radyasyondan korunmasını iyileştirdi ve böylece yaşamın okyanustan karaya çıkışını kolaylaştırdı.

İşte böyle bir lansman için genel kabul gören açıklama. Basit olması açısından, tohum alanının Dünya'nın dönme eksenine neredeyse paralel olmasına izin verin (aslında bu yönde sıfır olmayan bir bileşene sahip olması yeterlidir ki bu neredeyse kaçınılmazdır). Derinlik azaldıkça dış çekirdeğin malzemesinin dönme hızı azalır ve yüksek elektrik iletkenliği nedeniyle manyetik alan çizgileri onunla birlikte hareket eder - fizikçilerin dediği gibi alan, ortamda "dondurulur". Bu nedenle, tohum tarlasının kuvvet çizgileri bükülecek, daha büyük derinliklerde ileri doğru gidecek, daha sığ derinliklerde ise geride kalacaktır. Sonunda o kadar esneyecek ve deforme olacaklar ki, Dünya'nın ekseni boyunca uzanan ve kuzey ve güney yarımkürelerde zıt yönlere işaret eden toroidal bir alan, dairesel manyetik döngüler oluşturacaklar. Bu mekanizmaya w etkisi denir.

Profesör Stevenson'a göre, dış çekirdeğin toroidal alanının poloidal tohum alanı nedeniyle ortaya çıktığını ve bunun sonucunda dünya yüzeyinde gözlemlenen yeni bir poloidal alana yol açtığını anlamak çok önemlidir: “Her iki gezegensel jeodinamo türü de Alanlar birbirine bağlıdır ve birbirleri olmadan var olamazlar.

15 yıl önce Gary Glatzmeier, Paul Roberts ile birlikte jeomanyetik alanın çok güzel bir bilgisayar modelini yayınladı: “Prensip olarak, jeomanyetizmayı açıklamak için uzun süredir yeterli bir matematiksel aparat vardı - manyetik hidrodinamik denklemleri artı kuvveti tanımlayan denklemler Yerçekimi ve ısı dünyanın çekirdeğinin içinde akar. Bu denklemlere dayalı modeller orijinal hallerinde oldukça karmaşıktır ancak basitleştirilebilir ve bilgisayar hesaplamalarına uyarlanabilirler. Roberts ve ben de tam olarak bunu yaptık. Bir süper bilgisayar üzerinde yapılan bir çalışma, dış çekirdekteki madde akışlarının hızı, sıcaklığı ve basıncının uzun vadeli evriminin ve bununla ilişkili manyetik alanların evriminin kendi içinde tutarlı bir tanımını oluşturmayı mümkün kıldı. Ayrıca simülasyonu onlarca ve yüzbinlerce yıllık zaman aralıklarında oynarsak, o zaman jeomanyetik alan dönüşümlerinin kaçınılmaz olarak meydana geldiğini de öğrendik. Dolayısıyla bu bakımdan modelimiz gezegenin manyetik tarihini aktarma konusunda iyi bir iş çıkarıyor. Ancak henüz çözülmemiş bir zorluk var. Bu tür modellerde yer alan dış çekirdeğin malzemesinin parametreleri hala gerçek koşullardan çok uzak. Örneğin viskozitesinin çok yüksek olduğunu kabul etmek zorundaydık, aksi takdirde en güçlü süper bilgisayarların kaynakları yeterli olmazdı. Aslında durum böyle değil; bunun neredeyse suyun viskozitesiyle örtüştüğüne inanmak için her türlü neden var. Mevcut modellerimiz şüphesiz meydana gelen türbülansı hesaba katma konusunda güçsüzdür. Ancak bilgisayarlar her yıl güç kazanıyor ve on yıl içinde çok daha gerçekçi simülasyonlar olacak.”

Profesör Stevenson, "Bir jeodinamonun çalışması kaçınılmaz olarak demir-nikel eriyiği akışındaki kaotik değişikliklerle ilişkilidir, bu da manyetik alanlarda dalgalanmalara neden olur" diye ekliyor. - Karasal manyetizmanın tersine çevrilmesi olası en güçlü dalgalanmalardır. Doğaları gereği stokastik oldukları için önceden tahmin edilmesi pek mümkün değil; en azından bunu nasıl yapacağımızı bilmiyoruz.”

Dünya, çevresinde manyetik alanın oluştuğu dev bir mıknatıstır. Dünyanın manyetik kutupları gerçek coğrafi kutuplarla (kuzey ve güney) çakışmıyor. Bir manyetik kutuptan diğerine uzanan kuvvet çizgilerine manyetik meridyenler denir. Manyetik ve coğrafi meridyenler arasında belirli bir açı oluşur (yaklaşık 11,5° - yaklaşık. Bu nedenle, mıknatıslanmış pusula iğnesi, manyetik meridyenlerin yönünü ve kuzey coğrafi kutbun yönünü yalnızca yaklaşık olarak doğru bir şekilde gösterir.

Serbestçe asılı bir manyetik iğne, yalnızca coğrafi ekvatorla çakışmayan manyetik ekvator çizgisi üzerinde yatay olarak bulunur. Manyetik ekvatorun kuzeyine doğru hareket ederseniz, iğnenin kuzey ucu yavaş yavaş alçalır. Manyetik iğne ile yatay düzlemin oluşturduğu açıya manyetik eğim denir. Kuzey Manyetik Kutbuna (77° Kuzey ve 102° Batı), kuzey ucu aşağıya gelecek şekilde dikey olarak serbestçe asılı bir manyetik iğne yerleştirilecek ve Güney Manyetik Kutbuna (65° Güney ve 139° Doğu - yaklaşık. ..) manyetik iğne, manyetik alan çizgilerinin dünya yüzeyinin üzerindeki yönünü gösterir.

Gezegenimizin kendisinin sabit bir manyetik alan ürettiğine inanılıyor. Dünya döndüğünde ortaya çıkan karmaşık bir elektrik akımı sistemi ve dış çekirdeğindeki sıvı maddenin hareketi nedeniyle oluşur. Manyetik kutupların konumu ve manyetik alanın dünya yüzeyindeki dağılımı zamanla değişmektedir. Dünyanın manyetik alanı yaklaşık 100 bin km yüksekliğe kadar uzanıyor. Tüm canlı organizmalara zarar veren güneş rüzgarı parçacıklarını saptırır veya yakalar. Bu yüklü parçacıklar Dünya'nın radyasyon kuşağını oluşturur ve içinde bulundukları Dünya'ya yakın alanın tamamına manyetosfer denir.

Güneş, Dünya'ya elektromanyetik radyasyondan (görünür ışık, kızılötesi ve radyo radyasyonu - yaklaşık) oluşan büyük bir enerji akışı gönderir; ultraviyole ve x-ışını radyasyonu; yalnızca çok güçlü patlamalar sırasında ortaya çıkan kozmik güneş ışınları; ve güneş rüzgarı - esas olarak protonlardan (hidrojen iyonları) oluşan sabit bir plazma akışı.

Güneş'ten gelen elektromanyetik radyasyon Dünya'ya 8 dakikada ulaşır ve Güneş'ten gelen rahatsızlığın büyük kısmını getiren parçacık akıntıları yaklaşık 1000 km/s hızla hareket eder ve iki ila üç gün gecikir. Karasal süreçleri önemli ölçüde etkileyen güneş rüzgarı bozukluklarının ana nedeni, güneş koronasından muazzam miktarda madde püskürmesidir. Dünya'ya doğru ilerledikçe manyetik bulutlara dönüşürler ve Dünya'da güçlü, bazen de aşırı rahatsızlıklara yol açarlar. Dünyanın manyetik alanındaki özellikle güçlü bozulmalar (manyetik fırtınalar) radyo iletişimini bozar ve yoğun kutup ışıklarına neden olur.

Dünya üzerindeki Aurora (uzaydan görüntü)

Manyetik anomaliler

Gezegenin bazı bölgelerinde, manyetik sapma ve manyetik eğimin belirli bir bölge için ortalama değerlerden sapmaları gözlenmektedir. Örneğin Kursk bölgesinde demir cevheri yataklarının bulunduğu bölgede manyetik alan voltajı bu alanın ortalamasından 5 kat daha yüksektir. Mevduata Kursk Manyetik Anomalisi adı verilir - yaklaşık olarak bu tür sapmalar geniş alanlarda gözlemlenir. Doğu Sibirya manyetik anomalisi, doğudaki değil batıdaki manyetik sapmayla karakterize edilir.

Dünyanın manyetik alanı.

Derste tartışılan ana konular:

1. Jeomanyetizmanın doğası.

2. Dünyanın manyetik alanının unsurları.

3. Jeomanyetik alanın yapısı.

4. Dünyanın manyetosferi ve radyasyon kuşakları.

5. Jeomanyetik alanın dünyevi değişimleri.

6. Jeomanyetik alan anomalileri.

1. Jeomanyetizmanın doğası. Karasal manyetizma veya jeomanyetizma, etrafındaki manyetik alanın varlığını belirleyen bir gök cismi olarak Dünya'nın bir özelliğidir. Jeomanyetoloji yer bilimidir.

Hidromanyetik dinamo teorisi, jeofizikçiler tarafından 2900 km derinlikte, iyi elektriksel iletkenliğe (106-105 S/m) sahip “sıvı” bir dış Dünya çekirdeğinin bulunduğu gerçeğine dayanmaktadır.

Hidromanyetik dinamo fikri ilk olarak 1919'da İngiltere'de Larmore tarafından Güneş'in manyetizmasını açıklamak için önerildi. Dünyanın Manyetizması (1947) kitabında Sovyet fizikçi Ya. I. Frenkel, dünyanın çekirdeğindeki termal konveksiyonun tam olarak dünyanın çekirdeğinin hidromanyetik dinamosunu harekete geçiren neden olduğu fikrini ifade etti.

Hidromanyetik dinamo hipotezinin ana hükümleri aşağıdaki gibidir.

1. Sözde jiromanyetik (Yunanca Gyro - dönme, dönme) etkisi ve oluşumu sırasında Dünya'nın dönmesi sayesinde, çok zayıf bir manyetik alan ortaya çıkabilir. Jiromanyetik etki, ferromanyetik cisimlerin belirli mıknatıslanma koşulları altında dönmeleri ve dönmeleri nedeniyle mıknatıslanmasıdır. Jiromanyetik etki, bir atomun mekanik ve manyetik momentleri arasındaki bağlantıyı ortaya çıkarır.

2. Çekirdekte serbest elektronların varlığı ve Dünya'nın bu kadar zayıf bir manyetik alanda dönmesi, çekirdekte girdap elektrik akımlarının indüklenmesine yol açtı.

3. İndüklenen girdap akımları, dinamolarda olduğu gibi bir manyetik alan yaratır (oluşturur). Dünyanın manyetik alanındaki bir artış, çekirdekteki girdap akımlarında yeni bir artışa yol açmalı ve ikincisi, manyetik alanda bir artışa yol açmalıdır.

4. Rejenerasyona benzer bir süreç, çekirdeğin viskozitesi ve elektrik direnci nedeniyle oluşan enerji kaybı, girdap akımlarının ve diğer nedenlerin ek enerjisiyle telafi edilinceye kadar devam eder.

Dolayısıyla Frenkel'e göre dünyanın çekirdeği bir tür doğal turbojeneratördür. Bir türbinin içindeki rolü ısı akışları tarafından oynanır: sıvı özelliğine sahip büyük erimiş metal kütlelerini çekirdeğin derinliklerinden yarıçap boyunca yukarı doğru kaldırırlar. Üst katmanların daha soğuk ve dolayısıyla daha ağır parçacıkları aşağıya doğru çöker. Coriolis kuvveti onları dünyanın ekseni etrafında "döndürür", böylece "dünyanın dinamosu" içinde dev bobinler oluşturur. Sıcak metalin bu kapalı akışlarında, sıradan bir dinamonun armatüründeki telin dönüşlerinde olduğu gibi, bir endüksiyon akımının uzun zaman önce ortaya çıkması gerekirdi. Yavaş yavaş dünyanın çekirdeğini mıknatısladı. Başlangıçta çok zayıf olan manyetik alan, zamanla sınır değerine ulaşana kadar yoğunlaştı. Bu sınıra uzak geçmişte ulaşıldı. Dünyanın turbojeneratörü çalışmaya devam etse de, sıvı metal akışlarının kinetik enerjisi artık dünyanın çekirdeğini mıknatıslamak için harcanmıyor, tamamen ısıya dönüşüyor.

Dünyanın manyetik alanı yaklaşık 3 milyar yıldır var, bu da yaşından yaklaşık 1,5 milyar yıl daha genç. Bu, onun kalıntı olmadığı ve bir restorasyon mekanizmasının yokluğunda, Dünya'nın tüm jeolojik tarihi boyunca var olamayacağı anlamına gelir.

2. Dünyanın manyetik alanının unsurları. Dünya yüzeyindeki her noktada, manyetik alan, büyüklüğü ve yönü dünya manyetizmasının üç unsuru tarafından belirlenen toplam yoğunluk vektörü Ht ile karakterize edilir; gerilimin yatay bileşeni H, manyetik sapma D ve eğim I. Manyetik sapma, coğrafi ve manyetik meridyenler arasındaki yatay düzlemdeki açıdır; Manyetik eğim, dikey düzlemde yatay düzlem ile Hm tam vektörünün yönü arasındaki açıdır.

H, X, Y, Z, D ve I niceliklerine karasal manyetizmanın elemanları, H, X, Y ve Z elementlerine yersel manyetik alanın kuvvet bileşenleri, D ve I büyüklüklerine ise açısal manyetik alan adı verilir. olanlar.

Dünyanın manyetik alan kuvveti Ht'nin toplam vektörü, kuvvet bileşenleri H, X, Y ve Z, A/m boyutuna, D eğimine ve I eğimine (açısal dereceler, dakikalar ve saniyeler) sahiptir. Dünyanın manyetik alanının gücü nispeten düşüktür: toplam vektör Ht kutupta 52,5 A/m'den ekvatorda 26,3 A/m'ye kadar değişir.

Pirinç. 5.1 – Karasal manyetizmanın unsurları

Karasal manyetizma elemanlarının mutlak değerleri küçüktür ve bu nedenle bunları ölçmek için yüksek hassasiyetli aletler kullanılır - manyetometreler ve manyetik variometreler; H değerleri ve Z değerlerinin ölçümü için variometreler mevcuttur. Karmaşık optik-mekanik ve kuantum manyetometrelerle donatılmış hareketli manyetik istasyonlar kullanılır. Haritadaki noktaları aynı D eğimine sahip birleştiren çizgilere izogon denir, aynı eğime sahip I - izoklinler, toplam gerilim vektörü Ht'nin yatay veya dikey bileşenlerinin aynı H veya Z - izodinleri ve aynı X veya Y ile - kuzey veya doğu bileşenlerinin izodinleri. Dünyanın manyetizma elementlerinin değerleri zaman içinde sürekli olarak değişmektedir ve bu nedenle manyetik haritalar her beş yılda bir güncellenmektedir.

3. Jeomanyetik alanın yapısı. Dünyanın manyetik alanı yapı olarak heterojendir. İki bölümden oluşur: sabit ve alternatif alanlar. Sabit alan, iç manyetizma kaynaklarından kaynaklanır; Alternatif alanın kaynakları, atmosferin üst katmanlarındaki (iyonosfer ve manyetosfer) elektrik akımlarıdır. Buna karşılık, sabit bir manyetik alan doğası gereği homojen değildir ve birkaç parçadan oluşur. Bu nedenle genel olarak Dünya'nın manyetik alanı aşağıdaki alanlardan oluşur:

Нт =Ho+Hm+Ha+Hв+δH, (5.1)

burada N – Dünyanın manyetik alanının yoğunluğu; Ancak dipol alan kuvveti, yerkürenin tek biçimli mıknatıslanmasıyla yaratılmıştır; Nm - Dünya'nın derin katmanlarının heterojenliğinden kaynaklanan iç nedenlerin yarattığı dipol olmayan veya kıtasal alanın yoğunluğu; Na, yer kabuğunun üst kısımlarının farklı mıknatıslanmasının yarattığı anormal alan kuvvetidir; Nв – kaynağı dış nedenlerle ilişkili olan alan gücü; δH – dış nedenlerden kaynaklanan manyetik değişimlerin alan gücü.

Ho+Hm=NG alanlarının toplamı Dünya'nın ana manyetik alanını oluşturur. Anormal alan iki bölümden oluşur: bölgesel nitelikteki bir alan Нр ve yerel (yerel) nitelikteki bir alan Нл. Yerel bir anomali, bölgesel bir anomalinin üzerine bindirilebilir ve bu durumda Ha = Нр+Нл.

Ho+Hm+Hb alanlarının toplamına genellikle normal alan adı verilir. Ancak Hb alanı genel jeomanyetik alan Hb'ye çok küçük bir katkı sağlar. Manyetik gözlemevleri ve manyetik araştırmalara göre jeomanyetik alan üzerine yapılan sistematik bir çalışma, dış alanın iç alana göre %1'den az olduğunu ve bu nedenle ihmal edilebileceğini göstermektedir. Bu durumda normal alan Dünya'nın ana manyetik alanıyla çakışır.

Jeomanyetik kutuplar, Dünya'nın manyetik ekseninin Dünya yüzeyiyle kesiştiği yerde bulunur. Kuzey manyetik kutbu Güney Yarımküre'de, Güney Kutbu ise Kuzey Yarımküre'de yer almasına rağmen günlük yaşamda coğrafi kutuplara benzetilerek anılırlar.

Zamanla manyetik kutupların konumları değişir. Böylece, kuzey manyetik kutbu Dünya yüzeyinde günde 20,5 m (yılda 7,5 km), güney kutbu ise 30 m (yılda 11 km) hareket eder.

4. Dünyanın manyetosferi ve radyasyon kuşakları. Dünyanın manyetik alanı yalnızca dünya yüzeyine yakın değil, aynı zamanda uzay roketleri ve gezegenler arası uzay istasyonlarının yardımıyla keşfedilen ondan büyük mesafelerde de mevcuttur. 10-14 Dünya yarıçapı uzaklıkta, jeomanyetik alan, plakalar arası manyetik alanla ve güneş rüzgarı adı verilen alanla buluşuyor. Güneş rüzgarı, plazmanın güneş koronasından (çoğunlukla hidrojen ve helyumdan oluşan koronal gaz) gezegenler arası uzaya çıkışıdır. Güneş rüzgarı parçacıklarının (protonlar ve elektronlar) hızı çok büyüktür - yaklaşık 400 km/s, parçacıkların (parçacıkların) sayısı 1 cm3 başına birkaç onluktur, sıcaklık 1,5-2 milyon dereceye kadardır. Manyetik alanın ve Dünyanın manyetik alanının sınırında yoğunluk yaklaşık (0,4–0,5)·10-2 A/m'dir.

Dünyanın manyetik alanının etki alanına manyetosfer denir ve dış sınırına manyetopoz denir (Şekil 5.3). Jeomanyetik alan güneş rüzgârından önemli ölçüde etkilenir. Manyetosfer muazzam mesafelere uzanır: en küçüğü - Güneş'e doğru - 10-14 Dünya yarıçapına ulaşır, en büyüğü - gece tarafında - yaklaşık 16 Dünya yarıçapına ulaşır. Manyetik kuyruk daha da büyük boyutlara sahiptir (yapay Dünya uydularından alınan verilere göre - yüzlerce Dünya yarıçapı).

Şekil 5.3 - Dünyanın manyetosferinin yapısı: 1 - güneş rüzgarı; 2 – ön şok; 3 - manyetik boşluk; 4 – manyetopoz; 5 – kutupsal manyetosferik boşluğun üst sınırı; 6 - plazma mantosu; 7 – dış radyasyon kuşağı veya plazmasfer; 9 – nötr katman; 10 – plazma katmanı

Dahili proton kuşağının maksimumu 3,5 Dünya yarıçapı (22 bin km) uzaklıkta bulunmaktadır. Plazma kürenin içinde, Dünya yüzeyine yakın ikinci bir elektron radyasyon kuşağı vardır. Kutupların yakınında bu kuşak 100 km uzaklıkta bulunuyor ancak ana kısmı gezegenin yüzeyinden 4,4 - 10 bin km uzaklıkta bulunuyor. İçindeki elektronlar onlarca ila yüzlerce keV arasında bir enerjiye sahiptir. Elektron akışlarının yoğunluğunun cm2/s başına 109 parçacık olduğu, yani dış elektron kuşağından bir kat daha yüksek olduğu tahmin edilmektedir.

Radyasyon kuşaklarındaki radyasyon gücü oldukça yüksektir - günde birkaç yüz ve hatta binlerce biyolojik x-ışını eşdeğeri. Bu nedenle astronotların bulunduğu uzay gemileri bu kuşakların altında bulunan yörüngelere fırlatılır.

Manyetosfer olmasaydı, güneş ve kozmik rüzgar akımları hiçbir dirençle karşılaşmadan Dünya yüzeyine fırlayacak ve insanlar dahil tüm canlılar üzerinde zararlı bir etkiye sahip olacaktı.

5. Jeomanyetik alanın dünyevi değişimleri. Karasal manyetizmanın bir veya daha fazla unsurunun ortalama yıllık değerlerini birkaç on yıl ve asırlık bir süre boyunca değiştirme sürecine laik varyasyonlar denir ve bunların yıldan yıla değişmesine laik seyir denir.

"Manyetik alanın malzeme içinde dondurulması" etkisi, jeomanyetik alanın geçmişini, yönünü ve yoğunluğunu yargılamamızı sağlar. Demir veya diğer ferromanyetik elementleri içeren herhangi bir kaya, herhangi bir madde, sürekli olarak Dünya'nın manyetik alanının etkisi altındadır. Bu malzemedeki temel mıknatıslar kendilerini manyetik alan çizgileri boyunca yönlendirme eğilimindedir.

Malzeme ısıtılırsa, parçacıkların termal hareketinin manyetik düzeni bozacak kadar enerjik hale geldiği bir nokta gelecektir. Daha sonra, malzeme soğuduğunda, Curie noktasından başlayarak (Curie noktası, kayaların ferromanyetik hale geldiği sıcaklıktır; saf demir için Curie noktası 769 ° C, manyetit için - 580 ° C'dir), manyetik alan hakim olur kaotik hareketin güçleri üzerinde. Temel mıknatıslar, manyetik alanın onlara söylediği gibi yeniden sıralanacak ve vücut yeniden ısıtılıncaya kadar bu konumda kalacak. Böylece jeomanyetik alan malzemenin içinde "donmuş" gibi görünür.

Şu anda Dünya'nın manyetik alanı her 100 yılda bir %2,5 azalmaktadır ve yaklaşık 4000 yıl içinde bu azalmanın niteliği değişmezse sıfıra inmesi gerekmektedir. Ancak paleomanyetologlar bunun gerçekleşmeyeceğini savunuyor.

Dünyanın manyetik alanının farklı salınım periyotlarına sahip tüm döngüsel eğrileri toplarsak, 8000 yıllık bir periyoda sahip bir sinüzoide oldukça iyi örtüşen sözde "düzleştirilmiş veya ortalaması alınmış eğri" elde ederiz. Şu anda, manyetik alan salınımlarının toplam değeri sinüzoidin azalan segmentindedir.

Jeomanyetik alanın salınım periyotlarının farklı süreleri, görünüşe göre hidromanyetik dinamonun hareketli parçalarındaki denge eksikliği ve bunların farklı elektriksel iletkenlikleri ile açıklanmaktadır.

İnversiyon, yerlerdeki manyetik kutupların değişmesidir. Tersine dönme sırasında, Kuzey manyetik kutbu Güney'in yerine, Güney manyetik kutbu da Kuzey'in yerine hareket eder.

Bazen ters çevirmek yerine kutupların “sıçramasından” söz ederler. Ancak kutuplarla ilgili olarak bu kelime pek uygun değil çünkü kutuplar o kadar hızlı hareket etmiyor - bazı tahminlere göre "sıçrama" 5, hatta 10 bin yıl sürüyor.

Geçtiğimiz 600 bin yılda, jeomanyetik alanın tersine çevrilmesinin 12 dönemi belirlendi (Gottenborg - 10-12 bin yıl, Lachami - 20-24 bin yıl, vb.). Gezegendeki önemli jeolojik, iklimsel ve biyolojik değişikliklerin bu dönemlere denk gelmesi karakteristiktir.

6. Jeomanyetik alan anomalileri. Manyetik bir anormallik, dünyanın manyetizma elemanlarının değerlerinin, Dünya'nın düzgün mıknatıslanması durumunda belirli bir yerde gözlemlenecek normal değerlerden sapmasıdır.

Herhangi bir yerde manyetik sapma ve eğimde ani değişiklikler tespit edilirse bu, ferromanyetik mineraller içeren kayaların yer yüzeyinin altında gizlendiğini gösterir. Bunlar manyetit, titano-manyetit, hematit vb.'yi içerir. Manyetit en büyük manyetik duyarlılığa sahiptir, bu nedenle kayalardaki varlığıyla önemli sayıda anormallik ilişkilidir.

Manyetik anomaliler büyüklüklerine göre kıtasal, bölgesel ve yerel olarak ayrılır. Kıta anomalileri, merkezlerinin altında güçlü girdap akımlarının varlığının bir sonucudur. Bölgesel ve yerel anomalilerin nedenleri artan manyetik özelliklere sahip kayalardır. Bu kayalar Dünya'nın manyetik alanı içinde olduğundan mıknatıslanarak ek bir manyetik alan oluştururlar.

Manyetik özellikler tüm kayalarda bir dereceye kadar doğaldır. Herhangi bir kaya manyetik alana yerleştirildiğinde hacmindeki her bir element mıknatıslanır. Bir maddenin dış manyetik alanın etkisi altında mıknatıslanmasını değiştirme yeteneğine manyetik duyarlılık denir. Manyetik duyarlılığın sayısal değeri ve işaretine bağlı olarak, tüm doğal maddeler üç gruba ayrılır: diyamanyetik, paramanyetik, ferromanyetik. Ayrıca diyamanyetik maddeler için manyetik duyarlılık negatif, paramanyetik ve ferromanyetik maddeler için ise pozitiftir.

Diyamanyetik maddeler için (kuvars, mermer, grafit, bakır, altın, gümüş, kurşun, su vb.) mıknatıslanma, manyetik alan kuvvetiyle orantılıdır ve ona doğru yönlendirilir. Diyamanyetik maddeler Dünya'nın manyetik alanının zayıflamasına neden olur ve negatif manyetik anormalliklerin oluşmasına katkıda bulunur.

Paramanyetik maddelerde (metamorfik ve magmatik kayaçlar, alkali metaller vb.) mıknatıslanma da manyetik alan kuvvetiyle orantılıdır ancak diyamanyetik maddelerden farklı olarak onunla aynı yöne sahiptir. Ferromanyetik maddelerde (demir, nikel, kobalt, vb.), mıknatıslanma dia- ve paramanyetik maddelere göre çok daha fazladır, manyetik alan gücüyle orantılı değildir ve maddenin sıcaklığına ve "manyetik tarih öncesine" büyük ölçüde bağlıdır. .

Manyetik alan anomalilerinin oluşmasına asıl katkı ferromanyetik mineraller (manyetit, titanomagnetit, ilmenit vb.) ve bunları içeren masif kayaçlar tarafından sağlanmaktadır. Genel olarak kayaların manyetik duyarlılığı geniş sınırlar içinde (milyonlarca kez) değiştiğinden, manyetik alan anormalliklerinin yoğunluğu da geniş sınırlar içinde değişir.

Dünyanın alternatif manyetik alanı. Alternatif manyetik alanların kaynakları dünya alanının dışında bulunur. Kökenleri gereği, atmosferin yüksek katmanlarında (yüz ila birkaç bin kilometre arasında) ortaya çıkan endüktif akımlardır. İndüksiyon akımları, plazmanın dışarı akışıyla oluşur - her iki burcun (parçacıkların) Güneş'ten uçan yüklü parçacıklarının akışı. Dünyanın manyetik alanına nüfuz eden parçacıklar onun tarafından yakalanır ve atmosferin iyonlaşması, auroralar, Dünya'nın radyasyon kuşaklarının oluşumu vb. gibi bir dizi karmaşık olaya neden olur.

Alternatif manyetik alan, Dünya'nın ana manyetik alanının üzerine bindirilir ve zaman içinde çeşitli değişikliklere neden olur. Bazıları sorunsuz bir şekilde gerçekleşir ve belirli bir modeli takip eder. Bunlar sözde periyodik (sertleşmemiş) varyasyonlardır. Diğerleri doğası gereği kaotiktir, jeomanyetik alanın parametreleri (periyotlar, genlikler, fazlar) değerlerini sürekli ve keskin bir şekilde değiştirir.

Güneş-günlük değişimler, güneş gününün uzunluğuna eşit bir periyotta karasal manyetizma unsurlarındaki değişikliklerdir. Karasal manyetizma unsurlarındaki güneş-günlük değişimler yılın zamanına ve coğrafi enleme bağlıdır, çünkü bunlar Güneş'in ultraviyole ışınlarının yoğunluğuna ve dolayısıyla Dünyanın Güneş'e göre konumuna göre belirlenir. Hem enlem hem de yılın zamanına göre salınımların aşamalarının pratikte değişmeden kalması karakteristiktir; değişen esas olarak salınımların genlikleridir.

Dünyanın manyetizma unsurlarındaki Ay-günlük değişimler, Ay'ın ufka göre konumuyla ilişkilidir ve Ay'ın yerçekiminin dünya atmosferi üzerindeki etkisinden kaynaklanır. Karasal manyetizma unsurlarındaki Ay-günlük değişimler küçüktür; bunlar, güneş-günlük değişimlerin yalnızca %10-15'ini oluşturur.

Bozulmuş periyodik olmayan salınımlar manyetik fırtınaları içerir. Karakteristik özelliklerinden biri de görünüşlerinin ani olmasıdır. Oldukça sakin bir manyetik alanın arka planına karşı, neredeyse tüm dünyada aynı anda, karasal manyetizmanın tüm unsurları aniden değerlerini değiştirir ve fırtınanın ilerleyişi çok hızlı ve sürekli değişikliklere uğrar.

Yoğunluğa (genlik) bağlı olarak, manyetik fırtınalar genellikle zayıf, orta ve büyük olarak ayrılır. Çok büyük manyetik fırtınalar sırasında karasal manyetizma elemanlarının genlikleri, manyetik sapma için birkaç dereceye ulaşır ve dikey ve yatay bileşenler için –2–4 A/m veya daha fazladır. Fırtınaların yoğunluğu alçak jeomanyetik enlemlerden yüksek enlemlere doğru artar. Fırtınaların süresi genellikle birkaç gündür. Manyetik fırtınaların sıklığı ve gücü güneş aktivitesine bağlıdır.

Son yıllarda, bilim adamları manyetik fırtınalardan pratik faydalar elde etmeye başladılar ve onları Dünya'nın büyük derinliklerine kadar "araştırmak" için kullanabildiler. Dünyanın içini manyetik bozulmalar kullanarak inceleme yöntemine manyetik-telürik sondaj denir, çünkü bu yöntem aynı anda manyetik bozuklukları ve bunların Dünya'da neden olduğu tellürik (yani karasal) akımları da dikkate alır. Manyetik-telürik sondaj sonucunda 300-400 km derinlikte Dünya'nın elektriksel iletkenliğinin keskin bir şekilde arttığı tespit edildi. Bu derinliklere kadar Dünya pratik olarak bir yalıtkandır.

Güneş sistemindeki çoğu gezegenin bir dereceye kadar manyetik alanları vardır.
Dünyanın manyetik alanının kökenini ve doğasını inceleyen özel bir jeofizik dalına jeomanyetizma denir. Jeomanyetizma, jeomanyetik alanın ana, sabit bileşeninin ortaya çıkışı ve evrimi, değişken bileşenin doğası (ana alanın yaklaşık% 1'i) ve manyetosferin yapısı - en üstteki mıknatıslanmış plazma katmanları - ile ilgili sorunları dikkate alır. Dünya atmosferinin güneş rüzgarıyla etkileşime girmesi ve Dünya'yı nüfuz eden kozmik radyasyondan koruması. Önemli bir görev, jeomanyetik alandaki değişim modellerini incelemektir, çünkü bunlar öncelikle güneş aktivitesiyle ilişkili dış etkilerden kaynaklanmaktadır.

Bu şaşırtıcı olabilir, ancak bugün gezegenlerin manyetik alanının ortaya çıkış mekanizması hakkında tek bir bakış açısı yoktur, ancak iletken bir sıvı dış çekirdeğin varlığının tanınmasına dayanan manyetik hidrodinamo hipotezi neredeyse evrenseldir. kabul edilmiş. Termal konveksiyon, yani dış çekirdekteki maddenin karışması, halka elektrik akımlarının oluşumuna katkıda bulunur. Sıvı çekirdeğin üst kısmındaki maddenin hareket hızı biraz daha düşük olacak ve alt katmanlarda, ilk durumda mantoya ve ikinci durumda katı çekirdeğe göre daha büyük olacaktır. Bu tür yavaş akışlar, çekirdeğin ötesine uzanmayan, halka şeklinde (toroidal) elektrik alanlarının oluşumuna neden olur. Toroidal elektrik alanlarının konvektif akımlarla etkileşimi nedeniyle, dış çekirdekte, ekseni yaklaşık olarak Dünya'nın dönme ekseniyle çakışan, dipol niteliğinde toplam bir manyetik alan ortaya çıkar. Böyle bir işlemi "başlatmak" için, dönen bir gövde dönme ekseni yönünde mıknatıslandığında jiromanyetik etki tarafından oluşturulabilen, en azından çok zayıf bir başlangıç ​​manyetik alanı gerekir.

Güneş rüzgârı da önemli bir rol oynar; Güneş'ten gelen, çoğunlukla proton ve elektronlardan oluşan yüklü parçacıkların akışı. Dünya için güneş rüzgarı yüklü parçacıkların sabit bir yönde akışıdır ve bu bir elektrik akımından başka bir şey değildir.

Akımın yönünün tanımına göre, negatif yüklü parçacıkların (elektronların) hareketine ters yönde yönlendirilir, yani. Dünya'dan Güneş'e. Güneş rüzgarını oluşturan kütle ve yüke sahip parçacıklar, atmosferin üst katmanları tarafından Dünya'nın dönüş yönünde taşınır. 1958'de Dünya'nın radyasyon kuşağı keşfedildi. Bu, ekvatorda Dünya'yı kapsayan devasa bir uzay bölgesidir. Radyasyon kuşağındaki ana yük taşıyıcıları elektronlardır. Yoğunlukları diğer yük taşıyıcılarının yoğunluğundan 2-3 kat daha yüksektir. Ve böylece, Dünya'nın dairesel hareketi tarafından taşınan güneş rüzgarı parçacıklarının yönlendirilmiş dairesel hareketinden kaynaklanan ve elektromanyetik bir "girdap" alanı oluşturan bir elektrik akımı vardır.

Güneş rüzgarının akımının neden olduğu manyetik akının, içinde Dünya ile birlikte dönen sıcak lav akışına da nüfuz ettiği unutulmamalıdır. Bu etkileşimin bir sonucu olarak, etkisi altında bir akımın aktığı ve aynı zamanda bir manyetik alan oluşturan bir elektromotor kuvvet indüklenir. Sonuç olarak Dünya'nın manyetik alanı, iyonosferik akım ile lav akıntısının etkileşiminden ortaya çıkan alandır.

Dünyanın manyetik alanının gerçek resmi yalnızca mevcut tabakanın konfigürasyonuna değil, aynı zamanda yer kabuğunun manyetik özelliklerine ve ayrıca manyetik anormalliklerin göreceli konumuna da bağlıdır. Burada ferromanyetik bir çekirdeğin varlığında ve onsuz akımlı bir devre ile bir benzetme yapabiliriz. Ferromanyetik çekirdeğin sadece manyetik alanın konfigürasyonunu değiştirmekle kalmayıp aynı zamanda onu önemli ölçüde arttırdığı da bilinmektedir.

Dünyanın manyetik alanının güneş aktivitesine tepki verdiği güvenilir bir şekilde tespit edilmiştir, ancak gezegenlerin manyetik alanının ortaya çıkmasını yalnızca sıvı çekirdekteki güneş rüzgarıyla etkileşime giren mevcut katmanlarla ilişkilendirirsek, o zaman gezegenlerin olduğu sonucuna varabiliriz. Dönme yönü aynı olan güneş sisteminin aynı yöndeki manyetik alanlara sahip olması gerekir. Ancak örneğin Jüpiter bu ifadeyi yalanlıyor.

Güneş rüzgârının Dünya'nın uyarılmış manyetik alanıyla etkileşime girdiğinde, Dünya'nın dönüşüne yönelik bir torkun Dünya'ya etki etmesi ilginçtir. Böylece Dünya, güneş rüzgarına göre, kendi kendini uyaran bir DC motora benzer şekilde davranır. Bu durumda enerji kaynağı (jeneratör) Güneş'tir. Hem manyetik alan hem de dünyaya etki eden tork Güneş'in akımına ve ikincisi de güneş aktivitesinin derecesine bağlı olduğundan, artan güneş aktivitesi ile Dünya'ya etki eden tork artmalı ve dönüş hızı artmalıdır. arttırmak.

Jeomanyetik alanın bileşenleri

Dünyanın kendi manyetik alanı (jeomanyetik alan) aşağıdaki üç ana bölüme ayrılabilir: Dünyanın ana (iç) manyetik alanı dünya anormallikleri dahil, dış kabukların yerel alanlarının manyetik alanları, Dünya'nın alternatif (harici) manyetik alanı.

1. DÜNYANIN ANA MANYETİK ALANI (iç) 10 ila 10.000 yıllık periyotlarla zaman içinde yavaş değişimler (seküler değişimler) yaşanıyor, 10–20, 60–100, 600–1200 ve 8000 yıllık aralıklarla yoğunlaşıyor. İkincisi, dipol manyetik momentindeki 1,5-2 katlık bir değişiklikle ilişkilidir.

Jeodinamo'nun bilgisayar modeli tarafından oluşturulan manyetik alan çizgileri, Dünya'nın manyetik alanının yapısının, çekirdeğin (merkezdeki karışık tüpler) içine göre nasıl daha basit olduğunu göstermektedir. Dünya yüzeyinde, manyetik alan çizgilerinin çoğu Güney Kutbu'ndan içeriden (uzun sarı tüpler) çıkar ve Kuzey Kutbu yakınlarında içeriye doğru (uzun mavi tüpler) girer.

Çoğu insan genellikle pusula iğnesinin neden kuzeyi veya güneyi gösterdiğini düşünmez. Ancak gezegenin manyetik kutupları her zaman bugünkü gibi konumlandırılmamıştı.

Mineral çalışmaları, Dünya'nın manyetik alanının, gezegenin 4-5 milyar yıllık varoluşu boyunca yönünü kuzeyden güneye ve geriye doğru yüzlerce kez değiştirdiğini gösteriyor. Ancak manyetik kutupların ortalama ters dönme süresi 250 bin yıl olmasına rağmen son 780 bin yılda böyle bir şey yaşanmadı. Ayrıca jeomanyetik alan ilk ölçüldüğü 1930'lardan bu yana neredeyse %10 oranında zayıfladı. XIX yüzyıl (yani enerji kaynağını kaybettiğinde gücünü doğal olarak azaltmasından neredeyse 20 kat daha hızlı). Bir sonraki kutup değişimi geliyor mu?

Manyetik alan salınımlarının kaynağı Dünya'nın merkezinde gizlidir. Gezegenimiz, Güneş Sistemindeki diğer cisimler gibi, çalışma prensibi geleneksel elektrikle aynı olan ve hareketli parçacıklarının kinetik enerjisini elektromanyetik alana dönüştüren dahili bir jeneratör yardımıyla manyetik alanını oluşturur. Bir elektrik jeneratöründe hareket, bobinin dönüşlerinde ve bir gezegenin veya yıldızın içinde iletken bir sıvı maddede meydana gelir. Ay'ın hacminden 5 kat daha büyük olan devasa bir erimiş demir kütlesi Dünya'nın çekirdeğinde dolaşarak sözde jeodinamoyu oluşturur.

Son on yılda bilim insanları jeodinamonun işleyişini ve manyetik özelliklerini incelemek için yeni yaklaşımlar geliştirdiler. Uydular, Dünya yüzeyindeki jeomanyetik alanın net anlık görüntülerini iletir ve modern bilgisayar modelleme teknikleri ve laboratuvarda oluşturulan fiziksel modeller, yörüngesel gözlem verilerinin yorumlanmasına yardımcı olur. Deneyler, bilim adamlarını repolarizasyonun geçmişte nasıl gerçekleştiğine ve gelecekte nasıl başlayabileceğine dair yeni bir açıklamaya yönlendirdi.

Dünyanın iç kısmı, karmaşık türbülanslı konveksiyonun jeomanyetik bir alan oluşturduğu erimiş bir dış çekirdek içerir.

Jeodinamik enerji

Jeodinamoya güç veren şey nedir? 40'lı yıllara gelindiğinde. Geçen yüzyılda fizikçiler gezegenin manyetik alanının oluşması için üç gerekli koşulu kabul ettiler ve sonraki bilimsel yapılar bu hükümlere dayanıyordu. İlk koşul, Dünya'nın dış çekirdeğini oluşturan, demir ile doyurulmuş, büyük miktarda elektriksel olarak iletken sıvı kütlesidir. Altında, Dünya'nın neredeyse saf demirden oluşan iç çekirdeği yer alır ve onun üzerinde, kıtaları ve okyanus tabanlarını oluşturan 2.900 km'lik katı kaya, yoğun manto ve ince kabuk bulunur. Yerkabuğunun ve mantosunun çekirdek üzerinde yarattığı basınç, Dünya yüzeyinden 2 milyon kat daha fazladır. Çekirdeğin sıcaklığı da son derece yüksektir - Güneş'in yüzeyinin sıcaklığı gibi yaklaşık 5000 santigrat derece.

Aşırı ortamın yukarıda açıklanan parametreleri, bir jeodinamonun çalışması için ikinci gereksinimi önceden belirler: sıvı kütleyi harekete geçirmek için bir enerji kaynağına duyulan ihtiyaç. Kısmen termal ve kısmen kimyasal kökenli olan iç enerji, çekirdeğin içinde dışarı atılma koşulları yaratır. Çekirdek alttan üste göre daha fazla ısınır. (Dünya'nın oluşumundan bu yana yüksek sıcaklıklar onun içinde "duvarlarla çevrilmiştir".) Bu, çekirdeğin daha sıcak, daha az yoğun metal bileşeninin yükselme eğiliminde olduğu anlamına gelir. Sıvı kütle üst katmanlara ulaştığında ısısının bir kısmını kaybederek üstteki mantoya verir. Daha sonra sıvı demir soğuyarak çevresindeki kütleden daha yoğun hale gelir ve batar. Sıvı bir kütlenin yükseltilip alçaltılması yoluyla ısının taşınması işlemine termal konveksiyon denir.

Manyetik alanın korunması için gerekli üçüncü koşul, Dünya'nın dönmesidir. Ortaya çıkan Coriolis kuvveti, hareket girdapları uydu görüntülerinde görülebilen okyanus akıntılarını ve tropikal kasırgaları döndürdüğü gibi, Dünya içinde yükselen sıvı kütlesinin hareketini de saptırıyor. Dünyanın merkezinde Coriolis kuvveti, yükselen sıvı kütlesini gevşek bir yay gibi bir tirbuşon veya spiral şeklinde büker.

Dünyanın merkezinde yoğunlaşmış demir açısından zengin bir sıvı kütlesi, konveksiyonu desteklemek için yeterli enerji ve konveksiyon akımlarını döndürmek için bir Coriolis kuvveti vardır. Bu faktör, jeodinamo'nun milyonlarca yıl boyunca çalışmasının sürdürülebilmesi için son derece önemlidir. Ancak manyetik alanın nasıl oluştuğu ve kutupların zaman zaman neden yer değiştirdiği sorusuna cevap verebilmek için yeni bilgilere ihtiyaç var.

Repolarizasyon

Bilim adamları uzun zamandır Dünya'nın manyetik kutuplarının neden zaman zaman yer değiştirdiğini merak ediyorlardı. Dünya içindeki erimiş kütlelerin girdap hareketlerine ilişkin son çalışmalar, repolarizasyonun nasıl gerçekleştiğini anlamayı mümkün kılmaktadır.

Manto ve çekirdek sınırında, içinde manyetik salınımların oluştuğu, çekirdek alanından çok daha yoğun ve karmaşık bir manyetik alan keşfedildi. Çekirdekte ortaya çıkan elektrik akımları, manyetik alanının doğrudan ölçülmesini engeller.

Jeomanyetik alanın çoğunun yalnızca çekirdek-manto sınırındaki dört geniş bölgede üretilmesi önemlidir. Jeodinamik çok güçlü bir manyetik alan üretmesine rağmen enerjisinin yalnızca %1'i çekirdeğin dışına çıkar. Yüzeyde ölçülen manyetik alanın genel konfigürasyonuna dipol denir ve çoğu zaman dünyanın dönme ekseni boyunca yönlendirilir. Doğrusal bir mıknatıs alanında olduğu gibi, ana jeomanyetik akış, Güney Yarımküre'de Dünya'nın merkezinden, Kuzey Yarımküre'de merkeze doğru yönlendirilir. (Dipolün güney manyetik kutbu yakında olduğundan pusula iğnesi kuzey coğrafi kutbu işaret eder.) Uzay gözlemleri manyetik akının eşit olmayan bir küresel dağılıma sahip olduğunu göstermiştir, en büyük gerilim Kuzey Kutbu'nun altındaki Antarktika kıyısında görülebilir. Amerika ve Sibirya.

Almanya'nın Katlenburg-Lindau kentindeki Max Planck Güneş Sistemi Araştırma Enstitüsü'nden Ulrich R. Christensen, bu geniş arazi alanlarının binlerce yıldır var olduğuna ve çekirdek içinde sürekli gelişen konveksiyonla korunduğuna inanıyor. Benzer olaylar kutupların yer değiştirmesinin nedeni olabilir mi? Tarihsel jeoloji, kutup değişikliklerinin nispeten kısa sürelerde (4 bin ila 10 bin yıl arasında) meydana geldiğini gösteriyor. Eğer jeodinamo çalışmayı bırakmış olsaydı, dipol 100 bin yıl daha var olacaktı. Kutupluluktaki hızlı bir değişiklik, bazı dengesiz konumların orijinal kutupluluğu ihlal ettiğine ve yeni bir kutup değişikliğine neden olduğuna inanmak için sebep verir.

Bazı durumlarda gizemli istikrarsızlık, manyetik akı yapısındaki bazı kaotik değişikliklerle açıklanabilir, bu da yalnızca tesadüfen repolarizasyona yol açar. Ancak son 120 milyon yılda giderek daha istikrarlı hale gelen kutup değişimlerinin sıklığı, dış düzenleme ihtimaline işaret ediyor. Bunun nedenlerinden biri mantonun alt katmanındaki sıcaklık farkı ve bunun sonucunda çekirdek taşkınlarının doğasındaki değişiklik olabilir.

Magsat ve Oersted uydularından yapılan haritalar analiz edilirken bazı repolarizasyon belirtileri tespit edildi. Paris Jeofizik Enstitüsü'nden Gauthier Hulot ve meslektaşları, jeomanyetik alanda uzun vadeli değişikliklerin, belirli bir yarımküre için jeomanyetik akışın yönünün normalin tersi olduğu yerlerde çekirdek-manto sınırında meydana geldiğini kaydetti. Ters manyetik alan adı verilen alanın en büyüğü, Afrika'nın güney ucundan batıya, Güney Amerika'ya kadar uzanıyor. Bu bölgede manyetik akı içe doğru, çekirdeğe doğru yönlendirilirken, Güney Yarımküre'de büyük kısmı merkezden yönlendirilir.

Belirli bir yarım küre için manyetik alanın ters yöne yönlendirildiği bölgeler, bükülmüş ve dolambaçlı manyetik alan çizgilerinin kazara Dünya'nın çekirdeğinin ötesine geçmesiyle ortaya çıkar. Ters manyetik alan alanları, Dünya yüzeyindeki dipol adı verilen manyetik alanı önemli ölçüde zayıflatabilir ve Dünya'nın kutuplarının tersine çevrilmesinin başlangıcını gösterebilir. Yükselen sıvı kütlesi, erimiş dış çekirdekteki yatay manyetik çizgileri yukarı doğru ittiğinde ortaya çıkarlar. Bu konvektif taşma bazen manyetik çizgiyi/hatları büker ve dışarı çıkarır. Aynı zamanda, Dünyanın dönme kuvvetleri, eriyiğin sarmal bir dolaşımına neden olur ve bu, ekstrüzyona tabi tutulan manyetik hat (b) üzerindeki döngüyü sıkılaştırabilir. Kaldırma kuvveti döngüyü çekirdekten çıkaracak kadar güçlü olduğunda, çekirdek-manto sınırında bir çift manyetik akı yaması oluşur.

En son Oersted ölçümlerini 1980'de alınanlarla karşılaştırarak yapılan en önemli keşif, örneğin Kuzey Amerika'nın doğu kıyısı ve Kuzey Kutbu'nun altındaki çekirdek-manto sınırında yeni manyetik ters bölgelerinin oluşmaya devam etmesiydi. Üstelik daha önce belirlenen alanlar büyüyerek kutuplara doğru hafifçe hareket etti. 80'lerin sonunda. XX yüzyıl Jeomanyetik alanın eski haritalarını inceleyen İngiltere'deki Leeds Üniversitesi'nden David Gubbins, ters manyetik alanın bölümlerinin yayılmasının, büyümesinin ve kutuplara doğru kaymasının, tarihsel zaman içinde dipol gücündeki düşüşü açıkladığını kaydetti.

Manyetik alan çizgileri ile ilgili teorik prensiplere göre, Coriolis kuvvetinin etkisi altında çekirdeğin sıvı ortamında oluşan küçük ve büyük girdaplar, alan çizgilerini bir düğüm halinde büker. Her dönüş, çekirdekte giderek daha fazla kuvvet çizgisi toplar, böylece manyetik alanın enerjisi artar. Süreç engellenmeden devam ederse manyetik alan süresiz olarak yoğunlaşır. Bununla birlikte, elektrik direnci, manyetik alanın kendiliğinden büyümesini durduracak ve iç enerjinin yeniden üretimini sürdürecek kadar alan çizgilerinin dönüşlerini dağıtır ve hizalar.

Çekirdek-manto sınırında yoğun manyetik normal ve ters alan alanları oluşur; burada küçük ve büyük girdaplar, çekirdeğe nüfuz eden toroidal olarak tanımlanan doğu-batı manyetik alanlarıyla etkileşime girer. Türbülanslı sıvı hareketleri, toroidal alan çizgilerini, kuzey-güney yönelimli, poloidal alanlar adı verilen döngüler halinde bükebilir. Bazen bir sıvı kütlesi kaldırıldığında bükülme meydana gelir. Eğer böyle bir dökülme yeterince güçlüyse, poloidal halkanın üst kısmı çekirdeğin dışına itilir (soldaki eke bakın). Bu fırlatma sonucunda ilmeğin çekirdek-manto sınırını geçtiği iki bölüm oluşur. Bunlardan birinde, belirli bir yarımkürede dipol alanının genel yönüyle çakışan bir manyetik akı yönü ortaya çıkar; başka bir bölümde akış ters yönde yönlendirilir.

Dönme, ters manyetik alanın bir bölümünü coğrafi kutba normal akı olan bölümden daha yakına getirdiğinde, kutuplarının yakınında en savunmasız olan dipolde bir zayıflama olur. Bu, Güney Afrika'daki ters manyetik alanı açıklayabilir. Küresel kutup değişiminin başlamasıyla birlikte, coğrafi kutupların yakınındaki bölge boyunca ters manyetik alan alanları büyüyebilir.

Uydu ölçümlerinden derlenen, çekirdek-manto sınırındaki Dünya'nın manyetik alanının kontur haritaları, manyetik akının çoğunun, Güney Yarımküre'deki Dünya'nın merkezinden ve Kuzey Yarımküre'deki merkeze doğru yönlendirildiğini göstermektedir. Ancak bazı bölgelerde tam tersi bir tablo ortaya çıkıyor. Ters manyetik alan bölgelerinin sayısı ve boyutu 1980 ile 2000 yılları arasında arttı. Her iki kutupta da tüm alanı doldururlarsa repolarizasyon meydana gelebilir.

Kutup değiştirme modelleri

Manyetik alan haritaları, normal kutuplulukla, manyetik akının çoğunun, Güney Yarımküre'deki Dünya'nın merkezinden (sarı) ve Kuzey Yarımküre'deki merkezine (mavi) doğru nasıl yönlendirildiğini gösterir (a). Repolarizasyonun başlangıcı, çekirdek-manto sınırındaki bölümlerin oluşumunu hatırlatan çeşitli ters manyetik alan alanlarının (Güney Yarımküre'de mavi ve Kuzey Yarımküre'de sarı) ortaya çıkmasıyla işaretlenir. Yaklaşık 3 bin yıl boyunca, dipol alanının gücünü azalttılar ve bunun yerini çekirdek-manto sınırındaki (b) daha zayıf ama daha karmaşık bir geçiş alanı aldı. 6 bin yıl sonra, ters manyetik alanın (c) bölümleri çekirdek-manto sınırında baskın olmaya başladığında, kutupların tersine dönmesi sık görülen bir olay haline geldi. Bu zamana kadar kutupların tamamen tersine dönmesi Dünya yüzeyinde de kendini göstermişti. Ancak ancak 3 bin yıl sonra, Dünya'nın çekirdeği (d) de dahil olmak üzere dipolün tamamen değiştirilmesi gerçekleşti.

Bugün iç manyetik alana ne oluyor?

Çoğumuz, coğrafi kutupların sürekli olarak Dünya'nın günlük dönüşü yönünde karmaşık döngü hareketleri (25.776 yıllık bir periyotla eksen devinimi) yaptığını biliyoruz. Tipik olarak bu hareketler, Dünya'nın hayali dönme ekseni yakınında meydana gelir ve gözle görülür bir iklim değişikliğine yol açmaz. Kutup kayması hakkında daha fazlasını okuyun. Ancak çok az kişi 1998'in sonunda bu hareketlerin genel bileşeninin değiştiğini fark etti. Bir ay içinde kutup 50 kilometre Kanada'ya doğru kaydı. Şu anda Kuzey Kutbu, batı boylamının 120. paraleli boyunca “sürünüyor”. Kutup hareketindeki mevcut eğilimin 2010 yılına kadar devam etmesi durumunda kuzey kutbunun 3-4 bin kilometre kayabileceği varsayılabilir. Sürüklenmenin son noktası Kanada'daki Büyük Ayı Gölleri'dir. Buna göre Güney Kutbu Antarktika'nın merkezinden Hint Okyanusu'na kayacak.

Manyetik kutupların kayması 1885'ten beri kaydedilmektedir. Son 100 yılda güney yarımküredeki manyetik kutup neredeyse 900 km hareket ederek Hint Okyanusu'na girmiştir. Kuzey Kutbu manyetik kutbunun durumuna ilişkin en son veriler (Arktik Okyanusu boyunca Doğu Sibirya dünyasının manyetik anomalisine doğru ilerliyor): 1973'ten 1984'e kadar kilometresinin 1984'ten 1994'e kadar 120 km olduğunu gösterdi. – 150 km'den fazla. Bu verilerin hesaplanmış olması karakteristiktir, ancak kuzey manyetik kutbunun belirli ölçümleriyle doğrulanmıştır. 2002 yılı başındaki verilere göre, kuzey manyetik kutbunun sürüklenme hızı 70'li yıllarda yılda 10 km'ye çıkmıştır. 2001 yılında 40 km/yıl.

Ek olarak, dünyanın manyetik alanının gücü de oldukça dengesiz bir şekilde düşer. Böylece son 22 yılda ortalama yüzde 1,7 oranında, bazı bölgelerde (örneğin Güney Atlantik Okyanusu'nda) yüzde 10 oranında düşüş yaşandı. Ancak gezegenimizin bazı yerlerinde manyetik alan şiddeti genel eğilimin aksine bir miktar bile arttı.

Kutupların hareketinin hızlanmasının (on yılda ortalama 3 km/yıl) ve manyetik kutup tersinmesi koridorları boyunca hareketinin (400'den fazla paleo-inversiyon bu koridorları tanımlamayı mümkün kılmıştır) bizi bu durumdan şüphelenmeye sevk ettiğini vurguluyoruz. kutupların hareketi bir sapma, Dünya'nın manyetik alanının tersine çevrilmesi olarak görülmemelidir.

Hızlanma, kutupların hareketini yılda 200 km'ye kadar çıkarabilir, böylece kutupların tersine çevrilmesi, gerçek kutupların tersine çevrilmesi süreçlerine ilişkin profesyonel değerlendirmelerden uzak araştırmacıların beklediğinden çok daha hızlı gerçekleşecektir.

Dünya tarihinde, coğrafi kutupların konumlarında defalarca değişiklikler meydana geldi ve bu fenomen, öncelikle geniş arazilerdeki buzullaşma ve tüm gezegenin iklimindeki dramatik değişikliklerle ilişkilidir. Ancak insanlık tarihinde yalnızca, büyük olasılıkla yaklaşık 12 bin yıl önce meydana gelen kutup değişimiyle ilişkilendirilen son felaketin yankıları oluştu. Mamutların neslinin tükendiğini hepimiz biliyoruz. Ama her şey çok daha ciddiydi.

Yüzlerce hayvan türünün yok olduğu şüphe götürmez. Tufan ve Atlantis'in Ölümü ile ilgili tartışmalar var. Ancak kesin olan bir şey var ki, insan hafızasındaki en büyük felaketin yankılarının gerçek bir temeli var. Ve büyük ihtimalle sadece 2000 km'lik kutup değişiminden kaynaklanıyor.

Aşağıdaki model, çekirdeğin içindeki manyetik alanı (merkezde bir grup alan çizgisi) ve manyetik dipolün (b) repolarizasyonunun ortasından 500 yıl önce (a) bir dipolün (uzun kavisli çizgiler) görünümünü gösterir ve 500 yıl sonra tamamlanma aşamasında (c).

Dünyanın jeolojik geçmişinin manyetik alanı

Geçtiğimiz 150 milyon yıl boyunca, kayaların ısınması sırasında Dünya alanı tarafından mıknatıslanan minerallerin kanıtladığı gibi, repolarizasyon yüzlerce kez meydana geldi. Daha sonra kayalar soğudu ve mineraller önceki manyetik yönelimlerini korudu.

Manyetik alan ters ölçekleri: I – son 5 milyon yıldır; II – son 55 milyon yılda. Siyah renk – normal mıknatıslanma, beyaz renk – ters mıknatıslanma (W.W. Harland ve diğerleri, 1985'e göre)

Manyetik alanın tersine çevrilmesi, simetrik bir dipolün eksenlerinin işaretindeki bir değişikliktir. 1906'da, Orta Fransa'daki nispeten genç lavlar olan Neojen'in manyetik özelliklerini ölçen B. Brun, mıknatıslanmalarının modern jeomanyetik alanla ters yönde olduğunu, yani Kuzey ve Güney manyetik kutuplarının yer değiştirmiş gibi göründüğünü keşfetti. Ters mıknatıslanmış kayaların varlığı, oluşumu sırasındaki bazı olağandışı koşulların bir sonucu değil, şu anda Dünya'nın manyetik alanının tersine dönmesinin bir sonucudur. Jeomanyetik alanın kutuplarının tersine çevrilmesi, paleomanyetolojideki en önemli keşiftir; bu, kaya yataklarının doğrudan veya ters mıknatıslanmalarına dayalı olarak bölünmesini inceleyen yeni manyetostratigrafi biliminin yaratılmasını mümkün kılmıştır. Ve burada asıl önemli olan, bu işaret dönüşlerinin tüm dünyadaki eşzamanlılığını kanıtlamaktır. Bu durumda jeologların elinde çökeltilerle olayları ilişkilendirmek için çok etkili bir yöntem vardır.

Dünyanın gerçek manyetik alanında kutup işaretinin değişme süresi bin yıla kadar kısa olabileceği gibi milyonlarca yıla kadar da olabilir.
Herhangi bir kutbun baskın olduğu zaman aralıklarına jeomanyetik çağlar denir ve bunlardan bazılarına seçkin jeomanyetologlar Bruness, Matuyama, Gauss ve Hilbert'in isimleri verilir. Dönemler içerisinde, jeomanyetik bölümler olarak adlandırılan, şu veya bu kutupluluğun daha kısa aralıkları ayırt edilir. Jeomanyetik alanın doğrudan ve ters kutup aralıklarının en etkili şekilde belirlenmesi, İzlanda, Etiyopya ve diğer yerlerdeki jeolojik olarak genç lav akışları için gerçekleştirildi. Bu çalışmaların bir sınırlaması, lav püskürmesinin aralıklı bir süreç olmasıdır, dolayısıyla bazı manyetik olayların gözden kaçırılmış olması mümkündür.

İlgilendiğimiz zaman aralığındaki paleomanyetik kutupların konumunu aynı yaştaki seçilmiş kayaları kullanarak belirlemek mümkün olduğunda, ancak farklı kıtalarda alınmış, örneğin Üst Jura kayaları için hesaplanan ortalama kutbun ( 170 - 144 milyon yıl) Kuzey Amerika'da ve Avrupa'da aynı kayaların kutbu farklı yerlerde olacaktır. İki kutuplu bir sistemle gerçekleşemeyecek iki Kuzey Kutbu varmış gibi görünüyordu. Tek bir Kuzey Kutbu'nun oluşabilmesi için kıtaların Dünya yüzeyindeki konumlarının değişmesi gerekiyordu. Bizim durumumuzda bu, Avrupa ile Kuzey Amerika'nın raf kenarları çakışıncaya kadar, yani yaklaşık 200 m okyanus derinliğine kadar yakınlaşması anlamına geliyordu. Yani hareket eden kutuplar değil, kıtalardır.

Paleomanyetik yöntemin kullanılması, nispeten genç Atlantik, Hint ve Arktik okyanuslarının açılışının ayrıntılı yeniden inşasını gerçekleştirmeyi ve daha eski Pasifik Okyanusu'nun gelişim tarihini anlamayı mümkün kıldı. Kıtaların mevcut düzeni, yaklaşık 200 milyon yıl önce başlayan süper kıta Pangea'nın parçalanmasının sonucudur. Okyanusların doğrusal manyetik alanı, plaka hareketinin hızının belirlenmesini mümkün kılar ve deseni, jeodinamik analiz için en iyi bilgiyi sağlar.

Paleomanyetik çalışmalar sayesinde Afrika ile Antarktika'nın bölünmesinin 160 milyon yıl önce gerçekleştiği tespit edildi. 170 milyon yıllık (Orta Jura) en eski anomaliler, Atlantik'in Kuzey Amerika ve Afrika kıyılarındaki kenarlarında bulundu. Bu, süper kıtanın parçalanmaya başladığı zamandır. Güney Atlantik 120 - 110 milyon yıl önce ortaya çıktı ve Kuzey Atlantik çok daha sonra (80 - 65 milyon yıl önce) vb. ortaya çıktı. Okyanusların herhangi biri için benzer örnekler verilebilir ve sanki paleomanyetik kayıt "okunuyormuş" gibi, onların gelişim tarihi ve litosferik plakaların hareketi yeniden yapılandırılabilir.

Dünya anormallikleri- karakteristik boyutları 10.000 km'ye kadar olan bireysel alanların yoğunluğunun %20'sine kadar eşdeğer dipolden sapmalar. Bu anormal alanlar, uzun yıllar ve yüzyıllar boyunca zaman içinde değişikliklerle sonuçlanan uzun süreli değişimlere maruz kalır. Anormallik örnekleri: Brezilya, Kanada, Sibirya, Kursk. Dünyevi değişimler sırasında küresel anomaliler yer değiştirir, dağılır ve yeniden ortaya çıkar. Alçak enlemlerde boylamda yılda 0,2° oranında batıya doğru bir kayma vardır.

2. YEREL ALANLARIN MANYETİK ALANLARI dış kabuklar birkaç ila yüzlerce kilometre uzunluğundadır. Yerkabuğunu oluşturan ve yüzeye yakın yer alan, dünyanın üst katmanındaki kayaların mıknatıslanmasından kaynaklanırlar. En güçlülerinden biri Kursk manyetik anomalisidir.

3. DÜNYANIN ALTERNATİF MANYETİK ALANI (dış olarak da adlandırılır), dünya yüzeyinin dışında ve atmosferinde bulunan mevcut sistemler biçimindeki kaynaklar tarafından belirlenir. Bu tür alanların ve bunların değişikliklerinin ana kaynakları, Güneş rüzgarıyla birlikte Güneş'ten gelen ve Dünya'nın manyetosferinin yapısını ve şeklini oluşturan mıknatıslanmış plazmanın parçacık akışlarıdır.

Öncelikle bu yapının “katmanlı” bir şekle sahip olduğu açıktır. Bununla birlikte, bazen artan güneş rüzgarının etkisi altında meydana gelen üst katmanlarda bir "kırılma" gözlemlenebilir. Örneğin buradaki gibi:

Aynı zamanda “ısınma” derecesi Güneş rüzgarının o andaki hızına ve yoğunluğuna bağlıdır; sarıdan mora kadar olan renk skalasına yansır, bu da aslında manyetik alan üzerindeki basınç miktarını yansıtır. bu bölge (sağ üstteki şekil).

Dünya atmosferinin manyetik alanının yapısı (Dünyanın dış manyetik alanı)

Dünyanın manyetik alanı mıknatıslanmış güneş plazmasının akışından etkilenir. Dünya alanıyla etkileşimin bir sonucu olarak, Dünya'ya yakın manyetik alanın dış sınırı oluşur. manyetopoz. Dünyanın manyetosferini sınırlar. Solar parçacık akışlarının etkisi nedeniyle manyetosferin boyutu ve şekli sürekli değişiyor ve dış kaynaklar tarafından belirlenen alternatif bir manyetik alan ortaya çıkıyor. Değişkenliği, kökenini iyonosferin alt katmanlarından manyetopoza kadar çeşitli yüksekliklerde gelişen mevcut sistemlere borçludur. Zaman içinde Dünya'nın manyetik alanında çeşitli nedenlerden kaynaklanan değişikliklere jeomanyetik değişimler denir ve bunlar hem süreleri hem de Dünya'daki ve atmosferindeki lokalizasyonları bakımından farklılık gösterir.

Manyetosfer, Dünya'nın manyetik alanı tarafından kontrol edilen, Dünya'ya yakın uzayın bir bölgesidir. Manyetosfer, güneş rüzgarının üst atmosferin plazması ve Dünyanın manyetik alanı ile etkileşimi sonucu oluşur. Manyetosferin şekli, manyetik alan çizgilerinin şeklini tekrarlayan bir boşluk ve uzun bir kuyruktur. Güneş altı noktası ortalama olarak 10 Dünya yarıçapı uzaklıktadır ve manyetosferin kuyruğu Ay'ın yörüngesinin ötesine uzanır. Manyetosferin topolojisi, manyetosfere güneş plazmasının istila ettiği alanlar ve mevcut sistemlerin doğası tarafından belirlenir.

Manyetosferin kuyruğu, kutup bölgelerinden çıkan ve güneş rüzgarının etkisi altında Güneş'ten Dünyanın gece tarafına kadar yüzlerce Dünya yarıçapına kadar uzanan Dünya'nın manyetik alanının kuvvet çizgilerinden oluşur. Sonuç olarak, güneş rüzgarı ve güneş parçacık akışlarının plazması, dünyanın manyetosferi etrafında akıyor gibi görünüyor ve ona tuhaf bir kuyruk şekli veriyor.
Manyetosferin kuyruğunda, Dünya'dan büyük mesafelerde, Dünya'nın manyetik alanının gücü ve dolayısıyla koruyucu özellikleri zayıflar ve bazı güneş plazması parçacıkları Dünya'nın manyetosferinin iç kısmına nüfuz edebilir ve girebilir ve Radyasyon kemerlerinin manyetik tuzakları. Güneş rüzgârının ve gezegenler arası alanın değişen basıncının etkisi altında manyetosferin başına auroral ovaller bölgesine nüfuz eden kuyruk, auroralara ve auroral akımlara neden olan çökeltici parçacık akışlarının oluşumu için bir yer görevi görür. Manyetosfer, gezegenlerarası uzaydan manyetopoz ile ayrılır. Manyetopoz boyunca, parçacık akış parçacıkları manyetosferin etrafında akar. Güneş rüzgarının Dünya'nın manyetik alanı üzerindeki etkisi bazen çok güçlüdür. Manyetopoz, Dünya'nın (veya gezegenin) manyetosferinin dış sınırıdır; burada güneş rüzgârının dinamik basıncı, kendi manyetik alanının basıncıyla dengelenir. Tipik güneş rüzgarı parametreleriyle, güneş altı noktası Dünya'nın merkezinden 9-11 Dünya yarıçapı uzaktadır. Dünyadaki manyetik bozuklukların olduğu dönemlerde, manyetopoz sabit yörüngenin (6,6 Dünya yarıçapı) ötesine geçebilir. Zayıf bir güneş rüzgarıyla, güneş altı noktası 15-20 Dünya yarıçapı uzaklıkta bulunur.

Jeomanyetik varyasyonlar

Çeşitli faktörlerin etkisi altında zamanla Dünya'nın manyetik alanında meydana gelen değişikliklere jeomanyetik değişimler denir. Gözlemlenen manyetik alan kuvveti ile herhangi bir uzun zaman periyodundaki (örneğin bir ay veya bir yıl) ortalama değeri arasındaki farka jeomanyetik değişim denir. Gözlemlere göre jeomanyetik değişimler zaman içinde sürekli olarak değişmektedir ve bu değişimler çoğunlukla periyodiktir.

Günlük varyasyonlar Jeomanyetik alanlar, esas olarak Dünya'nın iyonosferinin gün boyunca Güneş tarafından aydınlatılmasındaki değişikliklerden kaynaklanan Dünya'nın iyonosferindeki akımlar nedeniyle düzenli olarak ortaya çıkar.

19.03.2010 12:00 - 21.03.2010 00:00 dönemine ilişkin günlük jeomanyetik değişim

Dünyanın manyetik alanı yedi parametreyle tanımlanır. Dünyanın manyetik alanını herhangi bir noktada ölçmek için alanın yönünü ve gücünü ölçmeliyiz. Manyetik alanın yönünü açıklayan parametreler: sapma (D), eğim (I). D ve I derece cinsinden ölçülür. Genel alan gücü (F), yatay yoğunluğun yatay bileşeni (H), dikey bileşeni (Z) ve kuzey (X) ve doğu (Y) bileşenleriyle tanımlanır. Bu bileşenler Oersteds (1 Oersted = 1 gauss) cinsinden ölçülebilir, ancak genellikle nanoTesla (1nT x 100.000 = 1 Oersted) cinsinden ölçülebilir.

Düzensiz Varyasyonlar Manyetik alanlar, güneş plazmasının (güneş rüzgarı) akışının Dünya'nın manyetosferi üzerindeki etkisinin yanı sıra manyetosfer içindeki değişiklikler ve manyetosferin iyonosfer ile etkileşimi nedeniyle ortaya çıkar.

Aşağıdaki şekil (soldan sağa) mevcut manyetik alanın, basıncın, iyonosferdeki konveksiyon akımlarının görüntülerini ve ayrıca güneş rüzgarının (V, Dens) hız ve yoğunluğundaki değişimlerin grafiklerini ve değerlerini göstermektedir. Dünyanın dış manyetik alanının dikey ve doğu bileşenleri.

27 günlük varyasyonlar Güneş'in dünyadaki bir gözlemciye göre dönüş periyoduna karşılık gelen, jeomanyetik aktivitedeki artışı her 27 günde bir tekrarlama eğilimi olarak mevcuttur. Bu model, Güneş'in birkaç dönüşü sırasında gözlemlenen uzun ömürlü aktif bölgelerin varlığıyla ilişkilidir. Bu model, manyetik aktivitenin ve manyetik fırtınaların 27 günlük tekrarlanabilirliği şeklinde kendini gösterir.

Mevsimsel değişiklikler Manyetik aktivite, birkaç yıllık gözlemlerin işlenmesiyle elde edilen manyetik aktiviteye ilişkin ortalama aylık verilere dayanarak güvenle tanımlanır. Genel manyetik aktivitenin artmasıyla genlikleri artar. Manyetik aktivitedeki mevsimsel değişikliklerin ekinoks dönemlerine karşılık gelen iki maksimuma ve gündönümü dönemlerine karşılık gelen iki minimuma sahip olduğu bulunmuştur. Bu farklılıkların nedeni Güneş üzerinde 10 ila 30° kuzey ve güney heliografik enlemlerde gruplanan aktif bölgelerin oluşmasıdır. Bu nedenle, dünyanın ve güneş ekvatorlarının düzlemlerinin çakıştığı ekinoks dönemlerinde, Dünya, Güneş'teki aktif bölgelerin etkisine karşı en hassastır.

11 yıllık varyasyonlar. Güneş aktivitesi ile manyetik aktivite arasındaki bağlantı, en açık şekilde, uzun süreli gözlem serileri, yani 11 yıllık güneş aktivitesi periyotlarının katları karşılaştırıldığında ortaya çıkar. Güneş aktivitesinin en iyi bilinen ölçüsü güneş lekelerinin sayısıdır. Güneş lekelerinin maksimum olduğu yıllarda manyetik aktivitenin de en yüksek değerine ulaştığı, ancak manyetik aktivitedeki artışın güneş aktivitesindeki artışa bağlı olarak bir miktar geciktiği, dolayısıyla bu gecikmenin ortalama bir yıl olduğu tespit edildi.

Asırlardır süren varyasyonlar – karasal manyetizma elemanlarındaki birkaç yıl veya daha uzun periyotlarla yavaş değişimler. Günlük, mevsimsel ve diğer dış kaynaklı varyasyonlardan farklı olarak, dünyevi varyasyonlar dünyanın çekirdeğinde bulunan kaynaklarla ilişkilidir. Seküler varyasyonların genliği onlarca nT/yıl'a ulaşır; bu tür unsurların ortalama yıllık değerlerindeki değişikliklere seküler varyasyon denir. Seküler varyasyonların izolinleri birkaç nokta etrafında yoğunlaşmıştır - seküler varyasyonun merkezleri veya odakları; bu merkezlerde seküler varyasyonun büyüklüğü maksimum değerlerine ulaşır.

Manyetik fırtına - insan vücudu üzerindeki etki

Manyetik alanın yerel özellikleri bazen saatlerce değişir ve dalgalanır, ardından eski seviyelerine geri döner. Bu olaya manyetik fırtına denir. Manyetik fırtınalar genellikle dünya çapında aniden ve eş zamanlı olarak başlar.

Güneş patlamasından bir gün sonra güneş rüzgarının şok dalgası Dünya'nın yörüngesine ulaşır ve manyetik bir fırtına başlar. Ciddi şekilde hasta olan hastalar, Güneş'teki patlamadan sonraki ilk saatlerden itibaren, geri kalanı - fırtınanın Dünya'da başladığı andan itibaren - açıkça tepki veriyor. Herkesin ortak noktası bu saatlerde biyoritmlerin değişmesidir. Miyokard enfarktüsü vakalarının sayısı salgının ertesi günü artar (manyetik olarak sessiz günlere kıyasla yaklaşık 2 kat daha fazla). Aynı gün parlamanın neden olduğu manyetosferik fırtına başlıyor. Kesinlikle sağlıklı insanlarda bağışıklık sistemi aktive olur, performansta artış ve ruh halinde iyileşme olabilir.

Not: Art arda birkaç gün veya daha uzun süren jeomanyetik sakinlik, şehir sakinlerinin vücudu üzerinde birçok yönden depresyona neden olan, tıpkı bir fırtına gibi depresyona ve bağışıklık sisteminin zayıflamasına neden olan bir etkiye sahiptir. Manyetik alanın Kp = 0 – 3 aralığındaki hafif bir “sıçraması”, atmosfer basıncındaki ve diğer hava koşullarındaki değişikliklere daha kolay dayanmaya yardımcı olur.

Kp-endeksi değerlerinin aşağıdaki derecelendirmesi kabul edilir:

Kp = 0-1 – jeomanyetik durum sakin (sakin);

Kp = 1-2 – sakinden hafif rahatsızlığa kadar jeomanyetik koşullar;

Kp = 3-4 – hafif bozulmuştan bozulmuşa;

Kp = 5 ve üzeri – zayıf manyetik fırtına (G1 seviyesi);

Kp = 6 ve üzeri – ortalama manyetik fırtına (G2 seviyesi);

Kp = 7 ve üzeri – kuvvetli manyetik fırtına (G3 seviyesi); kazalar mümkündür, hava durumuna bağlı kişilerde sağlığın bozulması

Kp = 8 ve üzeri – çok güçlü bir manyetik fırtına (G4 düzeyi);

Kp = 9 – son derece güçlü manyetik fırtına (seviye G5) – mümkün olan maksimum değer.

Manyetosferin durumunun ve manyetik fırtınaların çevrimiçi izlenmesi burada:

Uzay Araştırmaları Enstitüsü (İKI), Karasal Manyetizma, İyonosfer ve Radyo Dalga Yayılımı Enstitüsü (İZMİRAN), Tıp Akademisi'nde yürütülen çok sayıda çalışma sonucunda. ONLARA. Sechenov ve Rusya Bilimler Akademisi Tıbbi ve Biyolojik Sorunlar Enstitüsü'nün araştırmaları sonucunda, kardiyovasküler sistem patolojileri olan hastalarda, özellikle de miyokard enfarktüsü geçirmiş olan hastalarda, jeomanyetik fırtınalar sırasında kan basıncının sıçradığı, kan viskozitesinin gözle görülür şekilde arttığı ortaya çıktı. kılcal damarlardaki akış hızı yavaşladı, damar tonusu değişti ve stres hormonları harekete geçti.

Bazı sağlıklı insanların vücudunda da değişiklikler meydana geldi, ancak bunlar esas olarak yorgunluğa, dikkat azalmasına, baş ağrısına, baş dönmesine neden oldu ve ciddi bir tehlike oluşturmadı. Astronotların vücutları değişikliklere biraz daha güçlü tepki verdi: aritmiler geliştirdiler ve damar tonusunu değiştirdiler. Yörüngedeki deneyler ayrıca, Dünya üzerinde etkili olan ancak uzayda dışlanan diğer faktörlerin değil, insan durumunu olumsuz yönde etkileyen şeyin elektromanyetik alanlar olduğunu gösterdi. Ek olarak, başka bir "risk grubu" tanımlandı - ek strese maruz kalmayla ilişkili aşırı gergin bir adaptasyon sistemine sahip sağlıklı insanlar (bu durumda, kardiyovasküler sistemi de etkileyen ağırlıksızlık).

Araştırmacılar, jeomanyetik fırtınaların, zaman dilimlerindeki keskin değişikliklerle aynı adaptif strese neden olduğu ve bunun da kişinin biyolojik günlük ritmini bozduğu sonucuna vardı. Ani güneş patlamaları ve güneş aktivitesinin diğer belirtileri, Dünya'nın jeomanyetik alanının nispeten düzenli ritimlerini çarpıcı biçimde değiştiriyor, bu da hayvanların ve insanların kendi ritimlerini bozmasına ve adaptif stres yaratmasına neden oluyor.

Sağlıklı insanlar bununla nispeten kolay başa çıkıyor, ancak kardiyovasküler sistem patolojileri olan, aşırı zorlanmış bir adaptasyon sistemine sahip kişiler ve yeni doğanlar için potansiyel olarak tehlikelidir.

Tepkiyi tahmin etmek imkansızdır. Her şey birçok faktöre bağlıdır: kişinin durumuna, fırtınanın doğasına, elektromanyetik salınımların frekans spektrumuna vb. Jeomanyetik alandaki değişikliklerin vücutta meydana gelen biyokimyasal ve biyofiziksel süreçleri nasıl etkilediği henüz bilinmemektedir: jeomanyetik sinyal alıcılarının alıcıları nelerdir, bir kişinin elektromanyetik radyasyona maruz kalmaya tüm vücutla mı, tek tek organlarla mı tepki verdiği veya tek tek hücreler bile. Şu anda güneş aktivitesinin insanlar üzerindeki etkisini incelemek için Uzay Araştırma Enstitüsü'nde bir heliobiyoloji laboratuvarı açılıyor.

9. N.V. Koronovsky. DÜNYANIN JEOLOJİK GEÇMİŞİNİN MANYETİK ALANI // Moskova Devlet Üniversitesi. M.V. Soros Eğitim Dergisi, N5, 1996, s. 56-63

Fizik çalışması

10. sınıf öğrencisi A

1202 Nolu Okul

Kruglova Egor

Bir manyetik alan

19. yüzyılda elektrik ve manyetizma arasındaki bağlantı keşfedildi ve manyetik alan fikri ortaya çıktı. Modern kavramlara göre, akım taşıyan iletkenler birbirlerine doğrudan değil, onları çevreleyen manyetik alanlar aracılığıyla kuvvet uygularlar.

Manyetik alanın kaynakları hareket ediyor elektrik yükleri (akımlar). Tıpkı sabit elektrik yüklerini çevreleyen uzayda bir elektrik alanın ortaya çıkması gibi, akım taşıyan iletkenleri çevreleyen uzayda da bir manyetik alan ortaya çıkar. Kalıcı mıknatısların manyetik alanı aynı zamanda bir maddenin molekülleri içinde dolaşan elektriksel mikro akımlar tarafından da yaratılır (Ampere hipotezi).

Manyetik alanı tanımlamak için, elektrik alan kuvvet vektörüne benzer bir alan kuvveti karakteristiğinin tanıtılması gerekir. Böyle bir özellik, manyetik indüksiyon vektörüdür. Manyetik indüksiyon vektörü, bir manyetik alanda akımlara veya hareketli yüklere etki eden kuvvetleri belirler.

Vektörün pozitif yönü, manyetik alanda serbestçe konumlanan manyetik iğnenin güney kutbu S'den kuzey kutbu N'ye olan yön olarak alınır. Böylece bir akımın veya kalıcı bir mıknatısın oluşturduğu manyetik alanı küçük bir manyetik iğne kullanarak inceleyerek uzayın her noktasında bunu yapmak mümkündür.

Manyetik alanın niceliksel olarak tanımlanabilmesi için vektörün sadece yönünün değil aynı zamanda büyüklüğünün de belirlenmesine yönelik bir yöntemin belirtilmesi gerekmektedir.

Manyetik indüksiyon vektörünün büyüklüğü, akıma sahip düz bir iletkene etki eden Amper kuvvetinin maksimum değerinin akım gücüne oranına eşittir. BEN iletkende ve uzunluğu Δ ben :

Bu ilişkiye genellikle Ampere yasası denir.

SI birim sisteminde, manyetik indüksiyon birimi, 1 A akımda iletken uzunluğunun her metresi için maksimum 1 N Amper kuvvetinin etki ettiği bir manyetik alanın indüksiyonudur. Bu birime Tesla (T) adı verilir. .

Tesla çok büyük bir birim. Dünyanın manyetik alanı yaklaşık 0,5·10–4 T'dir. Büyük bir laboratuvar elektromıknatısı, 5 Tesla'dan fazla olmayan bir alan yaratamaz.

Amper kuvveti, manyetik indüksiyon vektörüne ve iletken boyunca akan akımın yönüne dik olarak yönlendirilir. Amper kuvvetinin yönünü belirlemek için genellikle sol el kuralı kullanılır: sol elinizi indüksiyon çizgileri avuç içine girecek şekilde konumlandırırsanız ve uzatılmış parmaklar akım boyunca yönlendirilirse, o zaman kaçırılan başparmak, amper kuvvetinin yönünü gösterecektir. iletkene etki eden kuvvetin yönü.

Sol el kuralı ve gimlet kuralı.

Kalıcı bir mıknatısın ve akımlı bir bobinin manyetik indüksiyon alanlarının çizgileri