stringtranslate.com

Магнитное поле Земли

Компьютерное моделирование поля Земли в период нормальной полярности между инверсиями. [1] Линии представляют собой линии магнитного поля: синие, когда поле направлено к центру, и желтые, когда поле направлено в сторону. Ось вращения Земли центрирована и вертикальна. Плотные скопления линий находятся внутри ядра Земли. [2]

Магнитное поле Земли , также известное как геомагнитное поле , представляет собой магнитное поле , которое простирается из недр Земли в космос, где оно взаимодействует с солнечным ветром , потоком заряженных частиц , исходящих от Солнца . Магнитное поле создается электрическими токами из-за движения конвекционных токов смеси расплавленного железа и никеля во внешнем ядре Земли : эти конвекционные токи вызваны теплом, уходящим из ядра, естественным процессом, называемым геодинамо .

Величина магнитного поля Земли на ее поверхности колеблется от 25 до 65 мкТл (от 0,25 до 0,65 Гс). [3] В качестве приближения оно представлено полем магнитного диполя , наклоненного в настоящее время под углом около 11° по отношению к оси вращения Земли , как если бы под этим углом через центр Земли находился огромный стержневой магнит . . Северный геомагнитный полюс на самом деле представляет собой южный полюс магнитного поля Земли, и, наоборот, южный геомагнитный полюс соответствует северному полюсу магнитного поля Земли (поскольку противоположные магнитные полюса притягиваются, а северный конец магнита, как стрелка компаса, указывает в сторону Южное магнитное поле Земли, остров Элсмир , Нунавут , Канада).

Хотя Северный и Южный магнитные полюса обычно расположены вблизи географических полюсов, они медленно и непрерывно перемещаются в геологических масштабах времени, но достаточно медленно, чтобы обычные компасы оставались полезными для навигации. Однако через нерегулярные промежутки времени, составляющие в среднем несколько сотен тысяч лет, поле Земли меняется на противоположное , а Северный и Южный магнитные полюса соответственно резко меняются местами. Эти изменения геомагнитных полюсов оставляют в горных породах следы, которые в прошлом представляли ценность для палеомагнетиков при расчете геомагнитных полей. Такая информация, в свою очередь, полезна при изучении движения континентов и океанского дна над ионосферой, которая определяется протяженностью магнитного поля Земли в космосе. Он простирается на несколько десятков тысяч километров в космос , защищая Землю от заряженных частиц солнечного ветра и космических лучей , которые в противном случае разрушили бы верхние слои атмосферы, включая озоновый слой , защищающий Землю от вредного ультрафиолетового излучения .

Значение

Магнитное поле Земли отклоняет большую часть солнечного ветра, заряженные частицы которого в противном случае разрушили бы озоновый слой, защищающий Землю от вредного ультрафиолетового излучения. [4] Один из механизмов зачистки заключается в том, что газ захватывается пузырьками магнитного поля, которые срываются солнечными ветрами. [5] Расчеты потери углекислого газа из атмосферы Марса в результате удаления ионов солнечным ветром показывают, что рассеяние магнитного поля Марса вызвало почти полную потерю его атмосферы . [6] [7]

Изучение прошлого магнитного поля Земли известно как палеомагнетизм. [8] Полярность магнитного поля Земли фиксируется в магматических породах , и инверсии поля, таким образом, обнаруживаются как «полосы» с центром на срединно-океанических хребтах , где морское дно расширяется, в то время как стабильность геомагнитных полюсов между инверсиями позволило палеомагнетизму отслеживать движение континентов в прошлом. Инверсии также служат основой для магнитостратиграфии — способа датировки горных пород и отложений. [9] Поле также намагничивает земную кору, а магнитные аномалии можно использовать для поиска месторождений металлических руд . [10]

Люди использовали компасы для определения направления с 11 века нашей эры и для навигации с 12 века. [11] Хотя магнитное склонение действительно меняется со временем, это блуждание достаточно медленное, поэтому простой компас может оставаться полезным для навигации. Используя магниторецепцию , различные другие организмы, начиная от некоторых видов бактерий и заканчивая голубями, используют магнитное поле Земли для ориентации и навигации .

Характеристики

В любом месте магнитное поле Земли можно представить трехмерным вектором. Типичная процедура измерения его направления — использование компаса для определения направления магнитного севера. Его угол относительно истинного севера представляет собой склонение ( D ) или вариацию . Если смотреть на магнитный север, угол, который поле образует с горизонтом, представляет собой наклон ( I ) или магнитное падение . Напряженность ( F ) поля пропорциональна силе, с которой оно действует на магнит . Другое распространенное представление — в координатах X (север), Y (восток) и Z (вниз). [12]

Общие системы координат, используемые для представления магнитного поля Земли.

Интенсивность

Интенсивность поля часто измеряется в гауссах (Гс) , но обычно указывается в микротеслах (мкТл), где 1 Гс = 100 мкТл. Нанотеслу также называют гамма (γ). Поле Земли колеблется примерно от 22 до 67 мкТл (от 0,22 до 0,67 Гс). [13] Для сравнения, сильный магнит холодильника имеет поле около 10 000 мкТл (100 Гс). [14]

Карта контуров интенсивности называется изодинамической картой . Как показывает Мировая Магнитная Модель, интенсивность имеет тенденцию уменьшаться от полюсов к экватору. Минимальная интенсивность наблюдается в Южно-Атлантической аномалии над Южной Америкой, тогда как максимумы наблюдаются над северной Канадой, Сибирью и побережьем Антарктиды к югу от Австралии. [15]

Интенсивность магнитного поля может меняться с течением времени. Палеомагнитное исследование Ливерпульского университета в 2021 году способствовало появлению растущего количества доказательств того, что магнитное поле Земли меняется с интенсивностью каждые 200 миллионов лет. Ведущий автор заявил, что «наши результаты, если их рассматривать вместе с существующими наборами данных, подтверждают существование цикла продолжительностью около 200 миллионов лет в силе магнитного поля Земли, связанного с глубокоземными процессами». [16]

Наклон

Наклон задается углом, который может принимать значения от -90 ° (вверх) до 90 ° (вниз). В северном полушарии поле направлено вниз. Он расположен прямо вниз на Северном магнитном полюсе и вращается вверх по мере уменьшения широты, пока не станет горизонтальным (0 °) на магнитном экваторе. Он продолжает вращаться вверх, пока не окажется прямо у Южного магнитного полюса. Наклон можно измерить с помощью щупа .

Ниже представлена ​​изоклиническая карта (карта контуров наклонения) магнитного поля Земли.

Склонение

Склонение является положительным при отклонении поля на восток относительно истинного севера. Его можно оценить, сравнив магнитное направление север-юг по компасу с направлением небесного полюса . Карты обычно включают информацию о склонении в виде угла или небольшой диаграммы, показывающей взаимосвязь между магнитным севером и истинным севером. Информация о склонении региона может быть представлена ​​в виде диаграммы с изогоническими линиями (контурными линиями, каждая линия которых представляет фиксированное склонение).

Географическое разнообразие

Компоненты магнитного поля Земли у поверхности из Мировой магнитной модели на 2020 год. [15]

Диполярное приближение

Связь между полюсами Земли. А1 и А2 — географические полюса; B1 и B2 — геомагнитные полюса; C1 (юг) и C2 (север) — магнитные полюса.

Вблизи поверхности Земли ее магнитное поле можно близко аппроксимировать полем магнитного диполя, расположенного в центре Земли и наклоненного под углом около 11° по отношению к оси вращения Земли. [17] Диполь примерно эквивалентен мощному стержневому магниту , южный полюс которого направлен в сторону северного геомагнитного полюса. [18] Это может показаться удивительным, но северный полюс магнита определяется так потому, что, если ему позволить свободно вращаться, он указывает примерно на север (в географическом смысле). Поскольку северный полюс магнита притягивает южные полюса других магнитов и отталкивает северные полюса, его необходимо притянуть к южному полюсу земного магнита. В большинстве мест диполярное поле составляет 80–90% поля. [12]

Магнитные полюса

Движение Северного магнитного полюса Земли через канадскую Арктику

Исторически сложилось так, что северный и южный полюса магнита сначала определялись магнитным полем Земли, а не наоборот, поскольку одним из первых применений магнита была стрелка компаса. Северный полюс магнита определяется как полюс, который притягивается северным магнитным полюсом Земли, когда магнит подвешен и может свободно вращаться. Поскольку противоположные полюса притягиваются, Северный магнитный полюс Земли на самом деле является южным полюсом ее магнитного поля (место, где поле направлено вниз, внутрь Земли). [19] [20] [21] [22]

Положения магнитных полюсов можно определить как минимум двумя способами: локально или глобально. [23] Местное определение – это точка, в которой магнитное поле вертикально. [24] Это можно определить путем измерения наклона. Наклон поля Земли составляет 90° (вниз) у Северного магнитного полюса и –90° (вверх) у Южного магнитного полюса. Два полюса движутся независимо друг от друга и не находятся прямо напротив друг друга на земном шаре. Северного магнитного полюса наблюдалось перемещение до 40 километров (25 миль) в год. За последние 180 лет Северный магнитный полюс мигрировал на северо-запад, от мыса Аделаида на полуострове Бутия в 1831 году до 600 километров (370 миль) от залива Резолют в 2001 году. [25] Магнитный экватор — это линия, на которой наклон ноль (магнитное поле горизонтальное).

Глобальное определение поля Земли основано на математической модели. Если через центр Земли провести линию, параллельную моменту наиболее подходящего магнитного диполя, то две позиции, в которых она пересекает поверхность Земли, называются Северным и Южным геомагнитными полюсами. Если бы магнитное поле Земли было совершенно диполярным, геомагнитные полюса и полюса магнитного наклона совпадали бы, и компасы указывали бы на них. Однако поле Земли имеет значительный недиполярный вклад, поэтому полюса не совпадают, и компасы обычно не указывают ни на один из них.

Магнитосфера

Художественное изображение структуры магнитосферы. 1) Луковый шок. 2) Магнитослой. 3) Магнитопауза. 4) Магнитосфера. 5) Северная доля хвоста. 6) Южная доля хвоста. 7) Плазмосфера.

Магнитное поле Земли, преимущественно диполярное на ее поверхности, искажается солнечным ветром. Это поток заряженных частиц, выходящий из короны Солнца и разгоняющийся до скорости от 200 до 1000 километров в секунду. Они несут с собой магнитное поле, межпланетное магнитное поле (ММП). [26]

Солнечный ветер оказывает давление, и если бы он смог достичь атмосферы Земли, он бы ее разрушил. Однако его удерживает давление магнитного поля Земли. Магнитопауза , область баланса давлений , является границей магнитосферы. Несмотря на свое название, магнитосфера асимметрична: солнечная сторона простирается примерно на 10  земных радиусов , а другая сторона простирается в виде хвоста магнитосферы , простирающегося за пределы 200 земных радиусов. [27] К Солнцу от магнитопаузы находится головная ударная волна , область, где солнечный ветер резко замедляется. [26]

Внутри магнитосферы находится плазмосфера — область в форме пончика, содержащая заряженные частицы низкой энергии, или плазма . Эта область начинается на высоте 60 км, простирается до 3–4 радиусов Земли и включает ионосферу. Эта область вращается вместе с Землей. [27] Есть также две концентрические области в форме шин, называемые радиационными поясами Ван Аллена , с ионами высокой энергии (энергии от 0,1 до 10  МэВ ). Внутренний пояс находится на расстоянии 1–2 радиусов Земли, а внешний пояс — на 4–7 радиусах Земли. Плазмосфера и пояса Ван Аллена частично перекрываются, причем степень перекрытия сильно зависит от солнечной активности. [28]

Помимо отклонения солнечного ветра, магнитное поле Земли отклоняет космические лучи , заряженные частицы высокой энергии, которые в основном приходят из-за пределов Солнечной системы . Многие космические лучи не попадают в Солнечную систему магнитосферой Солнца, или гелиосферой . [29] Напротив, астронавты на Луне рискуют подвергнуться воздействию радиации. Любой, кто был на поверхности Луны во время особенно сильного солнечного извержения в 2005 году, получил бы смертельную дозу. [26]

Часть заряженных частиц все же попадает в магнитосферу. Они вращаются вокруг силовых линий, подпрыгивая между полюсами несколько раз в секунду. Кроме того, положительные ионы медленно дрейфуют на запад, а отрицательные ионы – на восток, создавая кольцевой ток . Этот ток уменьшает магнитное поле на поверхности Земли. [26] Частицы, которые проникают в ионосферу и сталкиваются там с атомами, вызывают сияние полярных сияний, а также испускают рентгеновские лучи . [27]

Меняющиеся условия в магнитосфере, известные как космическая погода , во многом определяются солнечной активностью. Если солнечный ветер слаб, магнитосфера расширяется; в то время как, если он сильный, он сжимает магнитосферу, и ее большая часть попадает внутрь. Периоды особенно интенсивной активности, называемые геомагнитными бурями , могут возникать, когда корональный выброс массы извергается над Солнцем и посылает ударную волну через Солнечную систему. Такой волне может потребоваться всего два дня, чтобы достичь Земли. Геомагнитные бури могут вызвать множество разрушений; Шторм «Хэллоуин» 2003 года повредил более трети спутников НАСА. Самый крупный задокументированный шторм, «Событие Кэррингтона» , произошел в 1859 году. Он вызвал достаточно сильные течения, чтобы разрушить телеграфные линии, а о полярных сияниях сообщалось даже на юге, вплоть до Гавайев. [26] [30]

Зависимость от времени

Краткосрочные вариации

На заднем плане : набор следов магнитных обсерваторий, показывающий магнитную бурю в 2000 году. Глобус
: карта, показывающая расположение обсерваторий и контурные линии, показывающие горизонтальную напряженность магнитного поля в мкТл .

Геомагнитное поле изменяется во временных масштабах от миллисекунд до миллионов лет. Более короткие временные масштабы в основном возникают из-за токов в ионосфере ( область ионосферного динамо ) и магнитосфере, а некоторые изменения можно отнести к геомагнитным бурям или суточным изменениям токов. Изменения во временных масштабах в год и более в основном отражают изменения во внутренней части Земли , особенно в богатом железом ядре . [12]

Часто на магнитосферу Земли воздействуют солнечные вспышки , вызывающие геомагнитные бури, провоцирующие проявления полярных сияний. Кратковременная нестабильность магнитного поля измеряется К-индексом . [31]

Данные THEMIS показывают, что магнитное поле, которое взаимодействует с солнечным ветром, уменьшается, когда магнитная ориентация между Солнцем и Землей выравнивается, что противоречит предыдущей гипотезе. Во время предстоящих солнечных бурь это может привести к отключениям электроэнергии и сбоям в работе искусственных спутников . [32]

Светская вариация

Предполагаемые контуры склонения по годам, с 1590 по 1990 год (нажмите, чтобы увидеть вариации)
Напряженность осевой дипольной составляющей магнитного поля Земли с 1600 по 2020 гг.

Изменения магнитного поля Земли в масштабе года и более называются вековыми вариациями . За сотни лет наблюдается изменение магнитного склонения на десятки градусов. [12] Анимация показывает, как глобальное склонение изменилось за последние несколько столетий. [33]

Направление и интенсивность диполя со временем меняются. За последние два столетия дипольная сила уменьшалась со скоростью около 6,3% в столетие. [12] При такой скорости уменьшения поле станет незначительным примерно через 1600 лет. [34] Однако эта сила примерно средняя за последние 7 тысяч лет, и нынешняя скорость изменений не является чем-то необычным. [35]

Характерной особенностью недиполярной части векового хода является дрейф на запад со скоростью около 0,2° в год. [34] Этот дрейф не везде одинаков и со временем менялся. Усредненный глобальный дрейф происходил на запад примерно с 1400 года нашей эры, но на восток примерно с 1000 по 1400 год нашей эры. [36]

Изменения, предшествовавшие появлению магнитных обсерваторий, зафиксированы в археологических и геологических материалах. Такие изменения называются палеомагнитными вековыми вариациями или палеовековыми вариациями (ПСВ) . Записи обычно включают длительные периоды небольших изменений с редкими большими изменениями, отражающими геомагнитные отклонения и инверсии. [37]

В июле 2020 года ученые сообщают, что анализ моделирования и недавняя модель поля наблюдений показывают, что максимальные скорости изменения направления магнитного поля Земли достигают ~ 10 ° в год - почти в 100 раз быстрее, чем текущие изменения, и в 10 раз быстрее, чем считалось ранее. [38] [39]

Исследования потоков лавы на горе Стинс , штат Орегон, показывают, что в какой-то момент истории Земли магнитное поле могло смещаться со скоростью до 6° в день, что существенно бросает вызов популярному пониманию того, как работает магнитное поле Земли. [40] Позднее один из первоначальных авторов исследования 1995 года объяснил это открытие необычными магнитными свойствами исследуемого потока лавы, а не быстрым изменением поля. [41]

Инверсия магнитного поля

Геомагнитная полярность в позднекайнозойскую эру . Темные области обозначают периоды, когда полярность соответствует сегодняшней, светлые области обозначают периоды, когда эта полярность меняется на противоположную.

Хотя в целом поле Земли примерно диполярное, с осью, почти совмещенной с осью вращения, иногда северный и южный геомагнитные полюса меняются местами. Доказательства этих геомагнитных инверсий можно найти в базальтах , кернах отложений, взятых со дна океана, и магнитных аномалиях морского дна. [42] Развороты происходят почти случайно во времени, с интервалами между разворотами от менее 0,1 миллиона лет до целых 50 миллионов лет. Самая последняя геомагнитная инверсия, названная инверсией Брюнеса-Матуямы , произошла около 780 000 лет назад. [25] [43] Связанное с этим явление, геомагнитное отклонение , перемещает ось диполя через экватор, а затем обратно к исходной полярности. [44] [45] Событие Лашампа является примером экскурсии, произошедшей во время последнего ледникового периода (41 000 лет назад).

Прошлое магнитное поле регистрируется в основном сильномагнитными минералами , особенно оксидами железа , такими как магнетит , которые могут нести постоянный магнитный момент. Эту остаточную намагниченность или остаточную намагниченность можно получить несколькими способами. В потоках лавы направление поля «замораживается» в мелких минералах по мере их остывания, что приводит к возникновению термоостаточной намагниченности . В осадках ориентация магнитных частиц приобретает небольшой сдвиг в сторону магнитного поля по мере их осаждения на дне океана или озера. Это называется детритной остаточной намагниченностью . [8]

Термоостаточная намагниченность является основным источником магнитных аномалий вокруг срединно-океанических хребтов. По мере расширения морского дна магма поднимается из мантии , остывает, образуя новую базальтовую корку по обе стороны хребта, и уносится от него распространением морского дна. По мере охлаждения он фиксирует направление поля Земли. Когда поле Земли меняется на противоположное, новый базальт фиксирует обратное направление. В результате получается серия полос, симметричных относительно хребта. Корабль, буксирующий магнитометр на поверхности океана, может обнаружить эти полосы и сделать вывод о возрасте дна океана. Это дает информацию о скорости распространения морского дна в прошлом. [8]

Радиометрическое датирование потоков лавы было использовано для установления временной шкалы геомагнитной полярности , часть которой показана на изображении. Это составляет основу магнитостратиграфии , метода геофизической корреляции, который можно использовать для датировки как осадочных и вулканических последовательностей, так и магнитных аномалий морского дна. [8]

Самое раннее появление

Палеомагнитные исследования палеоархейской лавы в Австралии и конгломерата в Южной Африке пришли к выводу, что магнитное поле существовало, по крайней мере, примерно 3450 миллионов лет назад . [46] [47] [48]

Будущее

Изменения виртуального осевого дипольного момента с момента последнего разворота

Начиная с конца 1800-х годов, на протяжении 1900-х годов и позже общее геомагнитное поле стало слабее; нынешнее сильное ухудшение соответствует спаду на 10–15% и ускорилось с 2000 года; Интенсивность геомагнитного поля почти непрерывно снижалась с максимума на 35% выше современного значения примерно с 1 года нашей эры. Скорость уменьшения и сила тока находятся в пределах нормального диапазона изменений, о чем свидетельствуют записи прошлых магнитных полей, зафиксированных в горных породах.

Природа магнитного поля Земли представляет собой гетероскедастические (на первый взгляд случайные) колебания. Мгновенного измерения или нескольких измерений на протяжении десятилетий или столетий недостаточно для экстраполяции общей тенденции напряженности поля. В прошлом по неизвестным причинам оно то поднималось, то опускалось. Кроме того, отметив, что локальная интенсивность дипольного поля (или его флуктуации) недостаточна для характеристики магнитного поля Земли в целом, поскольку оно не является строго дипольным полем. Дипольная составляющая поля Земли может уменьшаться, даже если общее магнитное поле остается прежним или увеличивается.

Северный магнитный полюс Земли дрейфует из северной Канады в сторону Сибири с ускоряющейся скоростью — 10 километров (6,2 мили) в год в начале 1900-х годов, до 40 километров (25 миль) в год в 2003 году [25] и с тех пор только ускорился. [49] [50]

Физическое происхождение

Ядро Земли и геодинамо

Считается, что магнитное поле Земли создается электрическими токами в проводящих железных сплавах ее ядра, создаваемыми конвекционными токами из-за тепла, уходящего из ядра.

Схема, иллюстрирующая связь между движением проводящей жидкости, организованной в рулоны силой Кориолиса, и магнитным полем, которое создает это движение. [51]

Земля и большинство планет Солнечной системы, а также Солнце и другие звезды генерируют магнитные поля за счет движения электропроводящих жидкостей . [52] Поле Земли зарождается в ее ядре. Это область сплавов железа, простирающаяся примерно на 3400 км (радиус Земли 6370 км). Оно разделено на твердое внутреннее ядро ​​радиусом 1220 км и жидкое внешнее ядро . [53] Движение жидкости во внешнем ядре обусловлено тепловым потоком от внутреннего ядра, температура которого составляет около 6000 К (5730 °C; 10340 °F), к границе ядра и мантии , температура которой составляет около 3800 К ( 3530 °C (6380 °F). [54] Тепло генерируется потенциальной энергией, выделяемой более тяжелыми материалами, опускающимися к ядру ( планетарная дифференциация , железная катастрофа ), а также распадом радиоактивных элементов внутри. Схема течения организована вращением Земли и наличием твердого внутреннего ядра. [55]

Механизм, с помощью которого Земля генерирует магнитное поле, известен как геодинамо . [52] Магнитное поле создается петлей обратной связи: токовые петли генерируют магнитные поля ( закон цепи Ампера ); изменяющееся магнитное поле порождает электрическое поле ( закон Фарадея ); а электрическое и магнитное поля оказывают воздействие на заряды, текущие в токах ( сила Лоренца ). [56] Эти эффекты можно объединить в уравнение в частных производных для магнитного поля, называемое уравнением магнитной индукции :

где u — скорость жидкости; B — магнитное B-поле; η = 1/σμ — коэффициент магнитной диффузии , обратно пропорциональный произведению электропроводности σ и проницаемости μ . [57] Член ∂ B /∂ t представляет собой производную поля по времени; ∇ 2 — оператор Лапласа , а ∇× — оператор ротора .

Первый член в правой части уравнения индукции является диффузионным членом. В неподвижной жидкости магнитное поле уменьшается, и любые концентрации поля распространяются. Если бы земное динамо отключилось, дипольная часть исчезла бы через несколько десятков тысяч лет. [57]

В идеальном проводнике ( ) диффузии не было бы. По закону Ленца любому изменению магнитного поля будут немедленно противодействовать токи, поэтому поток через данный объем жидкости не может измениться. По мере движения жидкости магнитное поле будет двигаться вместе с ней. Теорема, описывающая этот эффект, называется теоремой о вмороженном поле . Даже в жидкости с конечной проводимостью новое поле генерируется за счет растяжения силовых линий, когда жидкость движется таким образом, что деформирует ее. Этот процесс мог бы продолжаться бесконечно, если бы магнитное поле не увеличивалось в силе и сопротивлялось движению жидкости. [57]

Движение жидкости поддерживается за счет конвекции , движение обусловлено плавучестью . Температура увеличивается по направлению к центру Земли, а более высокая температура жидкости внизу делает ее плавучей. Эта плавучесть усиливается за счет химического разделения: по мере охлаждения ядра часть расплавленного железа затвердевает и наносится на внутреннее ядро. При этом в жидкости остаются более легкие элементы, что делает ее легче. Это называется композиционной конвекцией . Эффект Кориолиса , вызванный общим вращением планеты, имеет тенденцию организовывать поток в рулоны, выровненные вдоль полярной оси север-юг. [55] [57]

Динамо-машина может усиливать магнитное поле, но для запуска ей необходимо «затравочное» поле. [57] Для Земли это могло быть внешнее магнитное поле. В начале своей истории Солнце прошло через фазу Т-Таури , в которой солнечный ветер имел магнитное поле на несколько порядков больше, чем нынешний солнечный ветер. [58] Однако большая часть поля могла быть закрыта мантией Земли. Альтернативным источником являются токи на границе ядро-мантия, вызванные химическими реакциями или изменениями тепло- или электропроводности. Такие эффекты все же могут обеспечивать небольшое смещение, которое является частью граничных условий геодинамо. [59]

Среднее магнитное поле во внешнем ядре Земли было рассчитано как 25 Гс, что в 50 раз сильнее, чем поле на поверхности. [60]

Численные модели

Моделирование геодинамо с помощью компьютера требует численного решения системы нелинейных уравнений в частных производных для магнитогидродинамики (МГД) недр Земли. Моделирование уравнений МГД выполняется на трехмерной сетке точек, а точность сетки, отчасти определяющая реалистичность решений, ограничивается в основном мощностью компьютера. На протяжении десятилетий теоретики ограничивались созданием кинематических компьютерных моделей динамо, в которых движение жидкости выбирается заранее и рассчитывается влияние на магнитное поле. Кинематическая теория динамо заключалась в основном в испытании различных геометрий потока и проверке того, смогут ли такие геометрии выдержать динамо-машину. [61]

Первые самосогласованные модели динамо, определяющие как движение жидкости, так и магнитное поле, были разработаны двумя группами в 1995 году: одной в Японии [62] и одной в США. [1] [63] Последний привлек внимание, поскольку успешно воспроизвел некоторые характеристики поля Земли, включая геомагнитные инверсии. [61]

Влияние океанских приливов

Океаны способствуют созданию магнитного поля Земли. Морская вода является электрическим проводником и поэтому взаимодействует с магнитным полем. Когда приливы циркулируют вокруг океанских бассейнов, океанская вода, по сути, пытается тянуть за собой силовые линии геомагнитного поля. Поскольку соленая вода обладает лишь незначительной проводимостью, взаимодействие относительно слабое: самый сильный компонент приходится на регулярный лунный прилив , который происходит примерно два раза в день (M2). Другой вклад вносят океанские волны, водовороты и даже цунами. [64]

Магнитные поля на уровне моря, наблюдаемые спутниками (НАСА) [64] [ нужны разъяснения ]

Сила взаимодействия зависит также от температуры океанской воды. Все тепло, хранящееся в океане, теперь можно определить на основе наблюдений магнитного поля Земли. [65] [64]

Токи в ионосфере и магнитосфере

Электрические токи, индуцированные в ионосфере, генерируют магнитные поля (область ионосферного динамо). Такое поле всегда генерируется вблизи того места, где атмосфера находится ближе всего к Солнцу, вызывая ежедневные изменения, которые могут отклонять поверхностные магнитные поля на целых 1°. Типичные ежедневные изменения напряженности поля составляют около 25 нТл (одна часть на 2000 г.), а изменения в течение нескольких секунд обычно составляют около 1 нТл (одна часть на 50 000). [66]

Измерение и анализ

Обнаружение

Напряженность магнитного поля Земли была измерена Карлом Фридрихом Гауссом в 1832 году [67] и с тех пор неоднократно измерялась, показав относительное ослабление примерно на 10% за последние 150 лет. [68] Спутник Магсат и более поздние спутники использовали 3-осевые векторные магнитометры для исследования трехмерной структуры магнитного поля Земли. Более поздний спутник Эрстед позволил провести сравнение, указывающее на действующее динамическое геодинамо, которое, по-видимому, приводит к возникновению альтернативного полюса под Атлантическим океаном к западу от Южной Африки. [69]

Иногда правительства используют подразделения, специализирующиеся на измерении магнитного поля Земли. Это геомагнитные обсерватории, обычно входящие в состав национальной геологической службы , например, обсерватория Эскдалемюра Британской геологической службы . Такие обсерватории могут измерять и прогнозировать магнитные условия, такие как магнитные бури, которые иногда влияют на связь, электроэнергию и другую деятельность человека.

Международная сеть магнитных обсерваторий реального времени , объединяющая более 100 взаимосвязанных геомагнитных обсерваторий по всему миру, регистрирует магнитное поле Земли с 1991 года.

Военные определяют характеристики местного геомагнитного поля, чтобы обнаружить аномалии естественного фона, которые могут быть вызваны значительным металлическим объектом, например, затопленной подводной лодкой. Обычно эти детекторы магнитных аномалий летают на самолетах, таких как британский «Нимрод» , или буксируются в качестве прибора или комплекса приборов с надводных кораблей.

В коммерческих целях геофизические разведочные компании также используют магнитные детекторы для выявления природных аномалий рудных тел, таких как Курская магнитная аномалия .

Коровые магнитные аномалии

Модель коротковолновых особенностей магнитного поля Земли, обусловленная литосферными аномалиями [70]

В археологической геофизике магнитометры обнаруживают мельчайшие отклонения магнитного поля Земли, вызванные железными артефактами , печами, некоторыми типами каменных построек и даже рвами и кучами . С помощью магнитных инструментов, адаптированных на основе бортовых детекторов магнитных аномалий, разработанных во время Второй мировой войны для обнаружения подводных лодок, [71] были картированы магнитные вариации на дне океана. Базальт — богатая железом вулканическая порода, составляющая дно океана [72] — содержит сильно магнитный минерал (магнетит) и может локально искажать показания компаса. Искажение было признано исландскими мореплавателями еще в конце 18 века. [73] Что еще более важно, поскольку присутствие магнетита придает базальту измеримые магнитные свойства, эти магнитные изменения предоставили еще один способ изучения глубокого дна океана. Когда вновь образовавшаяся порода остывает, такие магнитные материалы записывают магнитное поле Земли. [73]

Статистические модели

Каждое измерение магнитного поля происходит в определенном месте и в определенное время. Если необходима точная оценка поля в каком-то другом месте и в другое время, измерения необходимо преобразовать в модель и модель, используемую для прогнозирования.

Сферические гармоники

Схематическое изображение сферических гармоник на сфере и их узловых линий. P ℓ m равно 0 вдоль m больших кругов , проходящих через полюса, и вдоль ℓ- m кругов одинаковой широты. Функция меняет знак каждый раз, когда пересекает одну из этих линий.
Пример квадрупольного поля. Это также можно сделать, переместив два диполя вместе.

Самый распространенный способ анализа глобальных изменений магнитного поля Земли — привести измерения в соответствие с набором сферических гармоник . Впервые это сделал Карл Фридрих Гаусс. [74] Сферические гармоники — это функции, которые колеблются по поверхности сферы. Они являются продуктом двух функций: одна зависит от широты, а другая — от долготы. Функция долготы равна нулю вдоль нуля или более больших кругов, проходящих через Северный и Южный полюса; количество таких узловых линий есть абсолютное значение порядка m . Функция широты равна нулю на нуле или более кругах широты; это плюс порядок равен степени ℓ. Каждая гармоника эквивалентна определенному расположению магнитных зарядов в центре Земли. Монополь — это изолированный магнитный заряд, который никогда не наблюдался. Диполь эквивалентен двум противоположным зарядам, сближенным друг с другом, а квадруполь — двум сближенным диполям. Квадрупольное поле показано на нижнем рисунке справа. [12]

Сферические гармоники могут представлять собой любое скалярное поле (функцию положения), удовлетворяющее определенным свойствам. Магнитное поле является векторным полем , но если оно выражено в декартовых компонентах X, Y, Z , то каждый компонент является производной одной и той же скалярной функции, называемой магнитным потенциалом . При анализе магнитного поля Земли используется модифицированная версия обычных сферических гармоник, отличающихся мультипликативным коэффициентом. Аппроксимация измерений магнитного поля методом наименьших квадратов дает поле Земли как сумму сферических гармоник, каждая из которых умножается на наиболее подходящий коэффициент Гаусса g m ℓ или h m ℓ . [12]

Коэффициент Гаусса низшей степени, g 0 0 , дает вклад изолированного магнитного заряда, поэтому он равен нулю. Следующие три коэффициента – g 1 0 , g 1 1 и h 1 1 – определяют направление и величину дипольного вклада. Лучше всего подходящий диполь наклонен под углом около 10° относительно оси вращения, как описано ранее. [12]

Радиальная зависимость

Анализ сферических гармоник можно использовать для различения внутренних и внешних источников, если измерения доступны более чем на одной высоте (например, наземные обсерватории и спутники). В этом случае каждый член с коэффициентом g m ℓ или h m ℓ можно разделить на два члена: один, который уменьшается с радиусом как 1/ r ℓ+1 , и тот, который увеличивается с радиусом как r ℓ . Возрастающие члены соответствуют внешним источникам (токам в ионосфере и магнитосфере). Однако в среднем за несколько лет внешние вклады в среднем равны нулю. [12]

Остальные члены предсказывают, что потенциал дипольного источника ( ℓ=1 ) падает как 1/ r 2 . Магнитное поле, являясь производной потенциала, спадает как 1/ r 3 . Квадрупольные члены уменьшаются как 1/ r 4 , а члены более высокого порядка уменьшаются все быстрее с увеличением радиуса. Радиус внешнего ядра составляет примерно половину радиуса Земли. Если поле на границе ядро-мантия соответствует сферическим гармоникам, то на поверхности дипольная часть уменьшается примерно в 8 раз, квадрупольная — в 16 раз и т.д. Таким образом, на поверхности могут быть заметны только компоненты с большими длинами волн. На основе различных аргументов обычно предполагается, что только термины до степени 14 или ниже имеют свое происхождение в ядре. Они имеют длину волны около 2000 км (1200 миль) или меньше. Меньшие особенности относятся к аномалиям земной коры. [12]

Глобальные модели

Международная ассоциация геомагнетизма и аэрономии поддерживает стандартную модель глобального поля, называемую Международным эталонным геомагнитным полем (IGRF). Он обновляется каждые пять лет. Модель 11-го поколения, IGRF11, была разработана с использованием данных спутников ( Ørsted , CHAMP и SAC-C) и мировой сети геомагнитных обсерваторий. [75] До 2000 года сферическое гармоническое разложение усекалось до 10-й степени со 120 коэффициентами. Последующие модели усекались до 13-й степени (195 коэффициентов). [76]

Другая глобальная модель поля, называемая Мировой магнитной моделью , создается совместно Национальными центрами экологической информации США (бывший Национальный центр геофизических данных) и Британской геологической службой . Эта модель усекается до 12 степени (168 коэффициентов) с приблизительным пространственным разрешением 3000 километров. Эту модель используют Министерство обороны США , Министерство обороны (Великобритания) , Федеральное управление гражданской авиации США (ФАУ), Организация Североатлантического договора (НАТО) и Международная гидрографическая организация, а также в многие гражданские навигационные системы. [77]

Вышеупомянутые модели учитывают только «основное поле» на границе ядро-мантия. Хотя в целом они достаточно хороши для навигации, варианты использования с более высокой точностью требуют учета магнитных аномалий меньшего масштаба и других вариаций. Вот некоторые примеры (подробнее см. ссылку geomag.us): [78]

Для получения исторических данных об основном месторождении можно использовать IGRF, начиная с 1900 года. [76] Специализированная модель GUFM1 дает оценки до 1590 года с использованием судовых журналов. [81] Палеомагнитные исследования позволили получить модели, датируемые 10 000 годом до нашей эры. [82]

Биомагнетизм

Животные, в том числе птицы и черепахи, могут обнаруживать магнитное поле Земли и использовать его для навигации во время миграции . [83] Некоторые исследователи обнаружили, что коровы и дикие олени склонны выравнивать свои тела с севера на юг во время отдыха, но не тогда, когда животные находятся под высоковольтными линиями электропередачи, что позволяет предположить, что за это ответственен магнетизм. [84] [85] В 2011 году другие исследователи сообщили, что им не удалось воспроизвести эти результаты, используя различные изображения Google Earth . [86]

Очень слабые электромагнитные поля нарушают работу магнитного компаса, используемого европейскими малиновками и другими певчими птицами, которые используют магнитное поле Земли для навигации. Ни линии электропередачи, ни сигналы сотовых телефонов не виноваты в воздействии электромагнитного поля на птиц; [87] вместо этого виновники имеют частоты от 2 кГц до 5 МГц. К ним относятся радиосигналы AM и обычное электронное оборудование, которое можно найти на предприятиях или в частных домах. [88]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ аб Глатцмайер, Гэри А.; Робертс, Пол Х. (1995). «Трехмерное самосогласованное компьютерное моделирование обращения геомагнитного поля». Природа . 377 (6546): 203–209. Бибкод : 1995Natur.377..203G. дои : 10.1038/377203a0. S2CID  4265765.
  2. ^ Глацмайер, Гэри. «Геодинамо». Калифорнийский университет Санта-Крус . Проверено 20 октября 2013 г.
  3. ^ Финли, CC; Маус, С.; Бегган, компакт-диск; Бондарь, Теннесси; Чамбодут, А.; Чернова Т.А.; Чуллиат, А.; Головков, ВП; Гамильтон, Б.; Хамуди, М.; Холм, Р.; Юло, Ж.; Куанг, В.; Лангле, Б.; Лесур, В.; Лоус, Ф.Дж.; Люр, Х.; Макмиллан, С.; Мандеа, М.; Маклин, С.; Манодж, К.; Менвьель, М.; Михаэлис, И.; Олсен, Н.; Рауберг, Дж.; Ротер, М.; Сабака, Ти Джей; Тангборн, А.; Тёффнер-Клаузен, Л.; Тебо, Э.; Томсон, AWP; Вардинский, И.; Вэй, З.; Зверева Т.И. (декабрь 2010 г.). «Международное геомагнитное эталонное поле: одиннадцатое поколение». Международный геофизический журнал . 183 (3): 1216–1230. Бибкод : 2010GeoJI.183.1216F. дои : 10.1111/j.1365-246X.2010.04804.x . hdl : 20.500.11850/27303 .
  4. ↑ Шлермелер, Квирин (3 марта 2005 г.). «Солнечный ветер разрушает озоновый слой». Новости@природа . дои : 10.1038/news050228-12.
  5. ^ «Солнечный ветер отрывает куски от Марса». Космос Онлайн . 25 ноября 2008 г. Архивировано из оригинала 4 марта 2016 г. . Проверено 21 октября 2013 г.
  6. ^ Луман, Дж. Г.; Джонсон, RE; Чжан, MHG (3 ноября 1992 г.). «Эволюционное влияние распыления марсианской атмосферы ионами O +». Письма о геофизических исследованиях . 19 (21): 2151–2154. Бибкод : 1992GeoRL..19.2151L. дои : 10.1029/92GL02485.
  7. ↑ Структура Земли. Архивировано 15 марта 2013 г. в Wayback Machine . Scign.jpl.nasa.gov. Проверено 27 января 2012 г.
  8. ^ abcd МакЭлхинни, Майкл В.; Макфадден, Филипп Л. (2000). Палеомагнетизм: континенты и океаны . Академическая пресса. ISBN 978-0-12-483355-5.
  9. ^ Опдайк, Нил Д.; Чаннел, Джеймс ET (1996). Магнитная стратиграфия . Академическая пресса. ISBN 978-0-12-527470-8.
  10. ^ Массетт, Алан Э.; Хан, М. Афтаб (2000). Взгляд в Землю: Введение в геологическую геофизику . Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-0-521-78085-8.
  11. ^ Темпл, Роберт (2006). Гений Китая . Андре Дойч. ISBN 978-0-671-62028-8.
  12. ^ abcdefghij Merrill, McElhinny & McFadden 1996, Глава 2
  13. ^ «Обзор магнитного поля Земли». www.geomag.bgs.ac.uk . Проверено 2 марта 2024 г.
  14. ^ Палм, Эрик (2011). «Тесла». Национальная лаборатория сильных магнитных полей. Архивировано из оригинала 21 марта 2013 года . Проверено 20 октября 2013 г.
  15. ^ аб Чуллиат, А.; Браун, В.; Алкен, П.; Бегган, К.; Наир, М.; Кокс, Г.; Вудс, А.; Макмиллан, С.; Мейер, Б.; Паничча, М. (2020). Мировая магнитная модель США и Великобритании на 2020–2025 годы (Отчет) . Проверено 30 августа 2023 г.
  16. ^ «Древняя лава раскрывает тайны цикла магнитного поля Земли» . Журнал «Космос» . 31 августа 2021 г. Проверено 3 сентября 2021 г.
  17. ^ «Часто задаваемые вопросы по геомагнетизму» . Национальный центр геофизических данных . Проверено 21 октября 2013 г.
  18. ↑ Кассельман, Энн (28 февраля 2008 г.). «У Земли более одного Северного полюса». Научный американец . Проверено 21 мая 2013 г.
  19. ^ Сервей, Раймонд А.; Крис Вуй (2006). Основы студенческой физики. США: Cengage Learning. п. 493. ИСБН 978-0-495-10619-7.
  20. ^ Эмилиани, Чезаре (1992). Планета Земля: космология, геология и эволюция жизни и окружающей среды. Великобритания: Издательство Кембриджского университета. п. 228. ИСБН 978-0-521-40949-0.
  21. ^ Манеры, Джой (2000). Статические поля и потенциалы. США: CRC Press. п. 148. ИСБН 978-0-7503-0718-5.
  22. ^ Нейв, Карл Р. (2010). "Стержневой магнит". Гиперфизика . Кафедра физики и астрономии, Университет штата Джорджия . Проверено 10 апреля 2011 г.
  23. ^ Кэмпбелл, Уоллес А. (1996). "Расположение «магнитных» полюсов на глобальных картах неверно». Eos, Transactions American Geophysical Union . 77 (36): 345. Bibcode : 1996EOSTr..77..345C. doi : 10.1029/96EO00237. S2CID  128421452.
  24. ^ "Северный магнитный полюс". Океанографический институт Вудс-Хоул. Архивировано из оригинала 19 августа 2013 года . Проверено 21 октября 2013 г.
  25. ^ abc Филлипс, Тони (29 декабря 2003 г.). «Непостоянное магнитное поле Земли». Наука@НАСА . Архивировано из оригинала 1 ноября 2022 года . Проверено 27 декабря 2009 г.
  26. ^ abcde Merrill 2010, страницы 126–141.
  27. ^ abc Паркс, Джордж К. (1991). Физика космической плазмы: введение . Редвуд-Сити, Калифорния: Аддисон-Уэсли. ISBN 978-0-201-50821-5.
  28. ^ Даррузе, Фабьен; Де Кейзер, Йохан; Эскубе, К. Филипп (10 сентября 2013 г.). «Скопление демонстрирует взаимодействие плазмосферы с поясами Ван Аллена» (Пресс-релиз). Европейское космическое агентство . Проверено 22 октября 2013 г.
  29. ^ «Щиты вверх! Ветер межзвездных атомов гелия проносится через Солнечную систему» ​​. Наука@НАСА . 27 сентября 2004 г. Архивировано из оригинала 21 июня 2013 г. Проверено 23 октября 2013 г.
  30. ^ Оденвальд, Стен (2010). «Великая солнечная супербуря 1859 года». Технологии сквозь время . 70 . Архивировано из оригинала 12 октября 2009 года . Проверено 24 октября 2013 г.
  31. ^ "К-индекс". Центр прогнозирования космической погоды. Архивировано из оригинала 22 октября 2013 года . Проверено 20 октября 2013 г.
  32. ↑ Штайгервальд, Билл (16 декабря 2008 г.). «Солнце часто «срывает стену» в солнечном штормовом щите Земли». ТЕМИДА: Понимание космической погоды . НАСА. Архивировано из оригинала 16 марта 2010 года . Проверено 20 августа 2011 г.
  33. ^ Джексон, Эндрю; Джонкерс, Арт RT; Уокер, Мэтью Р. (2000). «Четыре века геомагнитных вековых изменений по историческим данным». Философские труды Королевского общества А. 358 (1768): 957–990. Бибкод : 2000RSPTA.358..957J. CiteSeerX 10.1.1.560.5046 . дои : 10.1098/rsta.2000.0569. JSTOR  2666741. S2CID  40510741. 
  34. ^ ab «Светская вариация». Геомагнетизм . Канадская геологическая служба. 2011. Архивировано из оригинала 25 июля 2008 года . Проверено 18 июля 2011 г.
  35. ^ Констебль, Кэтрин (2007). «Изменение дипольного момента». В Габбинсе, Дэвид; Эрреро-Бервера, Эмилио (ред.). Энциклопедия геомагнетизма и палеомагнетизма . Спрингер-Верлаг. стр. 159–161. дои : 10.1007/978-1-4020-4423-6_67. ISBN 978-1-4020-3992-8.
  36. ^ Дамберри, Матье; Финли, Кристофер К. (2007). «Дрейф магнитного поля Земли на восток и запад за последние три тысячелетия» (PDF) . Письма о Земле и планетологии . 254 (1–2): 146–157. Бибкод : 2007E&PSL.254..146D. дои : 10.1016/j.epsl.2006.11.026. Архивировано из оригинала (PDF) 23 октября 2013 г. Проверено 22 октября 2013 г.
  37. ^ Токс 1998, Глава 1
  38. ^ «Моделирование показывает, что магнитное поле может меняться в 10 раз быстрее, чем считалось ранее». физ.орг . Проверено 16 августа 2020 г. .
  39. ^ Дэвис, Кристофер Дж.; Констебль, Кэтрин Г. (6 июля 2020 г.). «Быстрые геомагнитные изменения, выведенные на основе наблюдений за Землей и численного моделирования». Природные коммуникации . 11 (1): 3371. Бибкод : 2020NatCo..11.3371D. дои : 10.1038/s41467-020-16888-0 . ISSN  2041-1723. ПМЦ 7338531 . ПМИД  32632222. 
  40. ^ Коу, RS; Прево, М.; Кэмпс, П. (20 апреля 1995 г.). «Новые доказательства необычайно быстрого изменения геомагнитного поля во время разворота». Природа . 374 (6524): 687–692. Бибкод : 1995Natur.374..687C. дои : 10.1038/374687a0. S2CID  4247637.(также доступно на сайте es.ucsc.edu. Архивировано 14 марта 2012 г. на Wayback Machine )
  41. ^ Коу, RS; Джарбо, Северная Каролина; Ле Гофф, М.; Петерсен, Н. (15 августа 2014 г.). «Отказ от гипотезы быстрого изменения поля на горе Стинс: решающая роль непрерывного термического размагничивания». Письма о Земле и планетологии . 400 : 302–312. Бибкод : 2014E&PSL.400..302C. дои : 10.1016/j.epsl.2014.05.036.
  42. ^ Вакье, Виктор (1972). Геомагнетизм в морской геологии (2-е изд.). Амстердам: Elsevier Science. п. 38. ISBN 978-0-08-087042-7.
  43. ^ Меррилл, МакЭлхинни и Макфадден 1996, Глава 5
  44. ^ Меррилл, МакЭлхинни и Макфадден 1996, стр. 148–155.
  45. ^ Новачик, NR; Арз, Х.В.; Фрэнк, У.; Добрый, Дж.; Плессен, Б. (16 октября 2012 г.). «Изменение полярности ледникового периода было глобальным событием: чрезвычайно кратковременное изменение геомагнитного поля, изменчивость климата и супервулкан». Письма о Земле и планетологии . 351 : 54. Бибкод : 2012E&PSL.351...54N. дои : 10.1016/j.epsl.2012.06.050 . Проверено 21 марта 2013 г.
  46. ^ МакЭлхинни, TNW; Сенанаяке, МЫ (1980). «Палеомагнитные доказательства существования геомагнитного поля 3,5 млрд лет назад». Журнал геофизических исследований . 85 (B7): 3523. Бибкод : 1980JGR....85.3523M. дои : 10.1029/JB085iB07p03523 .
  47. ^ Усуи, Йоичи; Тардуно, Джон А.; Уоткис, Майкл; Хофманн, Аксель; Коттрелл, Рори Д. (2009). «Доказательства магнитной остаточной намагниченности возрастом 3,45 миллиарда лет: намеки на древнее геодинамо из конгломератов Южной Африки». Геохимия, геофизика, геосистемы . 10 (9): н/д. Бибкод : 2009GGG....1009Z07U. дои : 10.1029/2009GC002496 .
  48. ^ Тардуно, JA; Коттрелл, РД; Уоткис, МК; Хофманн, А.; Дубровин, П.В.; Мамаек, Э.Э.; Лю, Д.; Сибек, генеральный директор; Нойкирх, LP; Усуи, Ю. (4 марта 2010 г.). «Геодинамо, солнечный ветер и магнитопауза 3,4–3,45 миллиарда лет назад». Наука . 327 (5970): 1238–1240. Бибкод : 2010Sci...327.1238T. дои : 10.1126/science.1183445. PMID  20203044. S2CID  23162882.
  49. ↑ Ловетт, Ричард А. (24 декабря 2009 г.). «Северный магнитный полюс перемещается из-за потока в ядре». Архивировано из оригинала 28 декабря 2009 года.
  50. ↑ Витце, Александра (9 января 2019 г.). «Магнитное поле Земли ухудшается, и геологи не знают, почему». Природа . 565 (7738): 143–144. Бибкод : 2019Natur.565..143W. дои : 10.1038/d41586-019-00007-1 . ПМИД  30626958.
  51. ^ «Как ядро ​​Земли генерирует магнитное поле?». Часто задаваемые вопросы Геологической службы США . Геологическая служба США. Архивировано из оригинала 18 января 2015 года . Проверено 21 октября 2013 г.
  52. ^ аб Вайс, Найджел (2002). «Динамо-машины на планетах, звездах и галактиках». Астрономия и геофизика . 43 (3): 3.09–3.15. Бибкод : 2002A&G....43c...9W. дои : 10.1046/j.1468-4004.2002.43309.x .
  53. ^ Джордан, TH (1979). «Структурная геология недр Земли». Труды Национальной академии наук . 76 (9): 4192–4200. Бибкод : 1979PNAS...76.4192J. дои : 10.1073/pnas.76.9.4192 . ПМЦ 411539 . ПМИД  16592703. 
  54. ^ Европейская установка синхротронного излучения (25 апреля 2013 г.). «Центр Земли на 1000 градусов горячее, чем считалось ранее, показывает синхротронный рентгеновский эксперимент». ScienceDaily . Проверено 21 октября 2013 г.
  55. ^ аб Баффет, бакалавр (2000). «Ядро Земли и Геодинамо». Наука . 288 (5473): 2007–2012. Бибкод : 2000Sci...288.2007B. дои : 10.1126/science.288.5473.2007. ПМИД  10856207.
  56. ^ Фейнман, Ричард П. (2010). Лекции Фейнмана по физике (изд. Нового тысячелетия). Нью-Йорк: BasicBooks. стр. 13–3, 15–14, 17–2. ISBN 978-0-465-02494-0.
  57. ^ abcde Merrill, McElhinny & McFadden 1996, Глава 8
  58. ^ Меррилл, МакЭлхинни и Макфадден 1996, Глава 10.
  59. ^ Меррилл, МакЭлхинни и Макфадден 1996, Глава 11
  60. ^ Баффет, Брюс А. (2010). «Приливная диссипация и сила внутреннего магнитного поля Земли». Природа . 468 (7326): 952–954. Бибкод : 2010Natur.468..952B. дои : 10.1038/nature09643. PMID  21164483. S2CID  4431270.
    • «Первое измерение магнитного поля внутри ядра Земли». Наука 20 . 17 декабря 2010 г.
  61. ^ аб Коно, Масару; Робертс, Пол Х. (2002). «Недавнее моделирование геодинамо и наблюдения геомагнитного поля». Обзоры геофизики . 40 (4): 1–53. Бибкод : 2002RvGeo..40.1013K. дои : 10.1029/2000RG000102 . S2CID  29432436.
  62. ^ Кагеяма, Акира; Сато, Тецуя; Группа моделирования сложности (1 января 1995 г.). «Компьютерное моделирование магнитогидродинамического динамо. II». Физика плазмы . 2 (5): 1421–1431. Бибкод : 1995PhPl....2.1421K. дои : 10.1063/1.871485.
  63. ^ Глацмайер, Гэри А.; Робертс, Пол Х. (1995). «Трехмерное конвективное динамо с вращающимся внутренним ядром и мантией с конечной проводимостью». Физика Земли и недр планет . 91 (1–3): 63–75. Бибкод : 1995PEPI...91...63G. дои : 10.1016/0031-9201(95)03049-3.
  64. ^ abc «Океанские приливы и магнитные поля». НАСА . Студия научной визуализации. 30 декабря 2016 г. Всеобщее достояниеВ данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .
  65. ^ Иррганг, Кристофер; Сайниш, Ян; Томас, Майк (2019). «Оценка содержания тепла в глобальном океане на основе спутниковых наблюдений приливно-магнитной индукции». Научные отчеты . 9 (1): 7893. Бибкод : 2019НатСР...9.7893И. дои : 10.1038/s41598-019-44397-8. ПМК 6536534 . ПМИД  31133648. 
  66. ^ Степишник, Янез (2006). «Спектроскопия: ЯМР на Землю». Природа . 439 (7078): 799–801. Бибкод : 2006Natur.439..799S. дои : 10.1038/439799а . ПМИД  16482144.
  67. ^ Гаусс, CF (1832). «Интенсивность магнитной силы Земли, приведенная к абсолютному измерению» (PDF) . Проверено 21 октября 2009 г.
  68. ^ Куртильо, Винсент ; Ле Муэль, Жан Луи (1988). «Временные изменения магнитного поля Земли: от ежедневных до вековых». Ежегодный обзор наук о Земле и планетах . 1988 (16): 435. Бибкод : 1988AREPS..16..389C. doi : 10.1146/annurev.ea.16.050188.002133.
  69. ^ Юло, Г.; Эймин, К.; Лангле, Б.; Мандеа, М.; Олсен, Н. (апрель 2002 г.). «Мелкомасштабная структура геодинамо, полученная на основе спутниковых данных Oersted и Magsat». Природа . 416 (6881): 620–623. Бибкод : 2002Natur.416..620H. дои : 10.1038/416620a. PMID  11948347. S2CID  4426588.
  70. ^ Фрей, Герберт. «Спутниковые магнитные модели». Комплексное моделирование геомагнитного поля . НАСА . Проверено 13 октября 2011 г.
  71. ^ Уильям Ф. Ханна (1987). Геологическое применение современных аэромагнитных исследований (PDF) . Геологическая служба США . п. 66 . Проверено 3 мая 2017 г.
  72. ^ Г. Д. Николлс (1965). «Базальты с глубокого дна океана» (PDF) . Минералогический журнал . 34 (268): 373–388. Бибкод : 1965MinM...34..373N. дои : 10.1180/minmag.1965.034.268.32. Архивировано из оригинала (PDF) 16 июля 2017 года . Проверено 3 мая 2017 г.
  73. ^ AB Жаклин В. Киус; Роберт И. Тиллинг (1996). Эта динамическая Земля: история тектоники плит. Геологическая служба США. п. 17. ISBN 978-0-16-048220-5. Проверено 3 мая 2017 г.
  74. ^ Кэмпбелл 2003, с. 1.
  75. ^ Финли, CC; Маус, С; Бегган, компакт-диск; Хамуди, М.; Лоус, Ф.Дж.; Олсен, Н.; Тебо, Э. (2010). «Оценка потенциальных моделей геомагнитного поля для IGRF-11» (PDF) . Земля, планеты и космос . 62 (10): 787–804. Бибкод : 2010EP&S...62..787F. дои : 10.5047/eps.2010.11.005 . S2CID  530534. Архивировано из оригинала (PDF) 6 августа 2016 г. Проверено 14 октября 2011 г.
  76. ^ ab «Международное эталонное геомагнитное поле: предупреждение о вреде для здоровья». Национальный центр геофизических данных. Январь 2010 года . Проверено 13 октября 2011 г.
  77. ^ "Магнитная модель мира". Национальный центр геофизических данных . Проверено 14 октября 2011 г.
  78. ^ «Модели геомагнитного и электрического поля». geomag.us .
  79. ^ «Информация о модели». ccmc.gsfc.nasa.gov . Архивировано из оригинала 9 декабря 2021 г. Проверено 12 января 2022 г.
  80. ^ «Улучшенная магнитная модель». Национальные центры экологической информации США . Проверено 29 июня 2018 г.
  81. ^ Джексон, Эндрю; Джонкерс, Арт RT; Уокер, Мэтью Р. (15 марта 2000 г.). «Четыре столетия геомагнитных вековых изменений по историческим данным». Философские труды Лондонского королевского общества. Серия А: Математические, физические и технические науки . 358 (1768): 957–990. Бибкод : 2000RSPTA.358..957J. дои : 10.1098/rsta.2000.0569. S2CID  40510741.
  82. ^ "База данных GEOMAGIA" . geomagia.gfz-potsdam.de .
  83. ^ Дойчландер, М.; Филлипс, Дж.; Борланд, С. (1999). «Дело о светозависимой магнитной ориентации у животных». Журнал экспериментальной биологии . 202 (8): 891–908. дои : 10.1242/jeb.202.8.891. ПМИД  10085262.
  84. ^ Бурда, Х.; Бегалл, С.; Червени, Дж.; Ниф, Дж.; Немек, П. (2009). «Чрезвычайно низкочастотные электромагнитные поля нарушают магнитное выравнивание жвачных животных». Труды Национальной академии наук . 106 (14): 5708–13. Бибкод : 2009PNAS..106.5708B. дои : 10.1073/pnas.0811194106 . ПМК 2667019 . ПМИД  19299504. 
  85. ^ «Биология: электрические коровы». Природа . 458 (7237): 389. 2009. Бибкод : 2009Natur.458Q.389.. doi : 10.1038/458389a .
  86. ^ Херт, Дж; Елинек, Л; Пекарек, Л; Павличек, А (2011). «Выравнивание крупного рогатого скота вдоль силовых линий геомагнитного поля не обнаружено». Журнал сравнительной физиологии . 197 (6): 677–682. arXiv : 1101.5263 . дои : 10.1007/s00359-011-0628-7. PMID  21318402. S2CID  15520857.[1]
  87. ^ Энгельс, Свенья; Шнайдер, Нильс-Лассе; Лефельдт, Неле; Хейн, Кристин Майра; Запка, Мануэла; Михалик, Андреас; Элберс, Дана; Киттель, Ахим; Хор, Пи Джей (15 мая 2014 г.). «Антропогенный электромагнитный шум нарушает ориентацию по магнитному компасу у перелетной птицы». Природа . 509 (7500): 353–356. Бибкод : 2014Natur.509..353E. дои : 10.1038/nature13290. ISSN  0028-0836. PMID  24805233. S2CID  4458056.
  88. ↑ Сюй, Джереми (9 мая 2014 г.). «Электромагнитные помехи нарушают навигацию птиц и намекают на квантовое действие». IEEE-спектр . Проверено 31 мая 2015 г.

дальнейшее чтение

Внешние ссылки

Викискладе есть медиафайлы, связанные с магнитным полем Земли .