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 от него. 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 генерируется электрическими токами из-за движения конвекционных токов смеси расплавленного железа и никеля во внешнем ядре Земли : эти конвекционные токи вызваны теплом, выходящим из ядра, естественный процесс, называемый 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, в настоящее время наклоненного под углом около 11° по отношению к оси вращения Земли , как если бы был огромный стержневой магнит, размещенный под этим углом через центр Земли. Северный геомагнитный полюс на самом деле представляет собой Южный полюс магнитного поля Земли, и наоборот, Южный геомагнитный полюс соответствует северному полюсу магнитного поля Земли (потому что противоположные магнитные полюса притягиваются, а северный конец магнита, как стрелка компаса, указывает на 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 с нерегулярными интервалами, в среднем составляющими несколько сотен тысяч лет, поле Земли меняется на противоположное , и Северный и Южный магнитные полюса соответственно резко меняются местами. Эти смены геомагнитных полюсов оставляют запись в породах, которая представляет ценность для палеомагнитистов при расчете геомагнитных полей в прошлом. Такая информация, в свою очередь, полезна при изучении движений континентов и океанского дна. Магнитосфера простирается над ионосферой , которая определяется протяженностью магнитного поля Земли в космосе или геопространстве . Она простирается на несколько десятков тысяч километров в космос , защищая Землю от заряженных частиц солнечного ветра и космических лучей , которые в противном случае стерли бы верхние слои атмосферы, включая озоновый слой , который защищает Землю от вредного ультрафиолетового излучения .

Значение

Магнитное поле Земли отклоняет большую часть солнечного ветра, заряженные частицы которого в противном случае стерли бы озоновый слой, защищающий Землю от вредного ультрафиолетового излучения. [4] Один из механизмов стерилизации заключается в том, что газ захватывается пузырьками магнитного поля, которые срываются солнечными ветрами. [5] Расчеты потерь углекислого газа из атмосферы Марса в результате поглощения ионов солнечным ветром показывают, что рассеивание магнитного поля Марса привело к почти полной потере его атмосферы . [6] [7]

Изучение прошлого магнитного поля Земли известно как палеомагнетизм. [8] Полярность магнитного поля Земли зафиксирована в магматических породах , и инверсии поля , таким образом, обнаруживаются как «полосы», центрированные на срединно-океанических хребтах , где морское дно расширяется, в то время как стабильность геомагнитных полюсов между инверсиями позволила палеомагнетизму отслеживать прошлое движение континентов. Инверсии также обеспечивают основу для магнитостратиграфии , способа датирования горных пород и осадков. [9] Поле также намагничивает земную кору, и магнитные аномалии могут быть использованы 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 смещается со временем, это блуждание достаточно медленное, чтобы простой компас мог 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. [12]

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 — это склонение ( D ) или вариация . Если смотреть на магнитный север, угол, который поле образует с горизонталью, называется наклоном ( I ) или магнитным падением . Интенсивность ( F ) поля пропорциональна силе, которую оно оказывает на магнит. Другое распространенное представление — в координатах X (север), Y (восток) и Z (вниз). [13]

Общие системы координат, используемые для представления магнитного поля Земли

Интенсивность

Интенсивность поля часто измеряется в гауссах (Гс) , но обычно сообщается в микротеслах (мкТл), где 1 Гс = 100 мкТл. Нанотесла также называется гаммой (γ). Поле Земли колеблется приблизительно от 22 до 67 мкТл (0,22 и 0,67 Гс). [14] Для сравнения, сильный магнит холодильника имеет поле около 10 000 мкТл (100 Гс). [15]

Карта контуров интенсивности называется изодинамической картой . Как показывает Мировая магнитная модель, интенсивность имеет тенденцию к уменьшению от полюсов к экватору. Минимальная интенсивность наблюдается в Южно-Атлантической аномалии над Южной Америкой, а максимумы наблюдаются над северной Канадой, Сибирью и побережьем Антарктиды к югу от Австралии. [16]

Интенсивность магнитного поля может меняться с течением времени. Палеомагнитное исследование 2021 года, проведенное в Ливерпульском университете, способствовало росту числа доказательств того, что магнитное поле Земли циклично меняется с интенсивностью каждые 200 миллионов лет. Ведущий автор заявил, что «наши выводы, рассматриваемые вместе с существующими наборами данных, подтверждают существование приблизительно 200-миллионнолетнего цикла в силе магнитного поля Земли, связанного с глубинными процессами Земли». [17]

Наклон

Наклон задается углом, который может принимать значения от −90° (вверх) до 90° (вниз). В северном полушарии поле направлено вниз. Оно направлено прямо вниз на Северном магнитном полюсе и вращается вверх по мере уменьшения широты, пока не станет горизонтальным (0°) на магнитном экваторе. Оно продолжает вращаться вверх, пока не станет прямо вверх на Южном магнитном полюсе. Наклон можно измерить с помощью круга наклона .

Ниже представлена ​​изоклинная карта (карта контуров наклона) магнитного поля Земли.

Склонение

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

Географические различия

Компоненты магнитного поля Земли на поверхности из Мировой магнитной модели 2020 года. [16]

Дипольное приближение

Связь между полюсами Земли. A1 и A2 — географические полюса; B1 и B2 — геомагнитные полюса; C1 (южный) и C2 (северный) — 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. [18] Диполь примерно эквивалентен мощному стержневому магниту , южный полюс которого направлен к геомагнитному Северному полюсу. [19] Это может показаться удивительным, но северный полюс магнита определен таким образом, 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, он должен притягиваться к южному полюсу магнита Земли. Дипольное поле составляет 80–90% поля в большинстве мест. [13]

Магнитные полюса

Движение Северного магнитного полюса Земли через канадскую Арктику

Исторически северный и южный полюса магнита были впервые определены магнитным полем Земли, а не наоборот, поскольку одним из первых применений магнита было использование в качестве стрелки компаса. Северный полюс магнита определяется как полюс, который притягивается Северным магнитным полюсом Земли, когда магнит подвешен так, что он может свободно вращаться. Поскольку противоположные полюса притягиваются, Северный магнитный полюс Земли на самом деле является южным полюсом ее магнитного поля (местом, где поле направлено вниз в Землю). [20] [21] [22] [23]

Положения магнитных полюсов можно определить по крайней мере двумя способами: локально или глобально. [24] Локальное определение — это точка, где магнитное поле вертикально. [25] Это можно определить, измерив наклон. Наклон поля Земли составляет 90° (вниз) на Северном магнитном полюсе и –90° (вверх) на Южном магнитном полюсе. Два полюса движутся независимо друг от друга и не находятся прямо друг напротив друга на земном шаре. Для Северного магнитного полюса наблюдались перемещения 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 Резольют в 2001 году. [26] Магнитный экватор — это линия, где наклон равен нулю (магнитное поле горизонтально).

Глобальное определение поля Земли основано на математической модели. Если провести линию через центр Земли параллельно моменту наиболее подходящего магнитного диполя, то две позиции, где она пересекает поверхность Земли, называются Северным и Южным геомагнитными полюсами. Если бы магнитное поле Земли было идеально дипольным, геомагнитные полюса и полюса магнитного наклона совпадали бы, и компасы указывали бы на них. Однако поле Земли имеет значительный недипольный вклад, поэтому полюса не совпадают, и компасы, как правило, не указывают ни на один из них.

Магнитосфера

Художественное представление структуры магнитосферы. 1) Головная ударная волна. 2) Магнитооболочка. 3) Магнитопауза. 4) Магнитосфера. 5) Северная доля хвоста. 6) Южная доля хвоста. 7) Плазмасфера.

Магнитное поле Земли, преимущественно дипольное на ее поверхности, искажается дальше солнечным ветром. Это поток заряженных частиц, покидающих корону Солнца и ускоряющихся до скорости от 200 до 1000 километров в секунду. Они несут с собой магнитное поле, межпланетное магнитное поле (ММП). [27]

Солнечный ветер оказывает давление, и если бы он мог достичь атмосферы Земли, он бы ее разрушил. Однако он удерживается давлением магнитного поля Земли. Магнитопауза , область, где давление уравновешивается, является границей магнитосферы. Несмотря на свое название, магнитосфера асимметрична: обращенная к Солнцу сторона находится примерно в 10  радиусах Земли , а другая сторона вытянута в виде магнитного хвоста , который простирается за пределы 200 радиусов Земли. [28] По направлению к Солнцу от магнитопаузы находится ударная волна , область, где солнечный ветер резко замедляется. [27]

Внутри магнитосферы находится плазмосфера , область в форме бублика, содержащая заряженные частицы низкой энергии, или плазму . Эта область начинается на высоте 60 км, простирается до 3 или 4 радиусов Земли и включает ионосферу. Эта область вращается вместе с Землей. [28] Также есть две концентрические области в форме покрышек, называемые радиационными поясами Ван Аллена , с ионами высокой энергии (энергия от 0,1 до 10  МэВ ). Внутренний пояс находится на расстоянии 1–2 радиусов Земли, а внешний пояс — на расстоянии 4–7 радиусов Земли. Плазмосфера и пояса Ван Аллена частично перекрываются, причем степень перекрытия сильно варьируется в зависимости от солнечной активности. [29]

Помимо отклонения солнечного ветра, магнитное поле Земли отклоняет космические лучи , высокоэнергетические заряженные частицы, которые в основном находятся за пределами Солнечной системы . Многие космические лучи удерживаются вне Солнечной системы магнитосферой Солнца, или гелиосферой . [30] Напротив, астронавты на Луне рискуют подвергнуться воздействию радиации. Любой, кто находился на поверхности Луны во время особенно сильного солнечного извержения в 2005 году, получил бы смертельную дозу. [27]

Некоторые заряженные частицы попадают в магнитосферу. Они движутся по спирали вокруг линий поля, отскакивая вперед и назад между полюсами несколько раз в секунду. Кроме того, положительные ионы медленно дрейфуют на запад, а отрицательные ионы дрейфуют на восток, создавая кольцевой ток . Этот ток уменьшает магнитное поле на поверхности Земли. [27] Частицы, которые проникают в ионосферу и сталкиваются там с атомами, вызывают огни полярных сияний, а также испускают рентгеновские лучи . [28]

Различные условия в магнитосфере, известные как космическая погода , в значительной степени обусловлены солнечной активностью. Если солнечный ветер слаб, магнитосфера расширяется; в то время как если он силен, он сжимает магнитосферу и ее проникает больше. Периоды особенно интенсивной активности, называемые геомагнитными бурями , могут возникать, когда выброс корональной массы извергается над Солнцем и посылает ударную волну через Солнечную систему. Такая волна может достичь Земли всего за два дня. Геомагнитные бури могут вызывать множество разрушений; шторм «Хэллоуин» 2003 года повредил более трети спутников НАСА. Самый крупный задокументированный шторм, событие Кэррингтона , произошел в 1859 году. Он вызвал токи, достаточно сильные, чтобы нарушить телеграфные линии, и полярные сияния были зарегистрированы даже на юге, на Гавайях. [27] [31]

Зависимость от времени

Краткосрочные изменения

Фон : набор следов от магнитных обсерваторий, показывающих магнитную бурю в 2000 году. Глобус
: карта, показывающая расположение обсерваторий и контурные линии, показывающие горизонтальную магнитную напряженность в мкТл .

Геомагнитное поле изменяется в масштабах времени 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 проследить до геомагнитных бурь или ежедневных вариаций токов. Изменения в масштабах времени в год или более в основном отражают изменения во внутренних частях Земли , особенно в богатом железом ядре . [13]

Часто магнитосфера Земли подвергается воздействию солнечных вспышек, вызывающих геомагнитные бури , провоцирующие проявления полярных сияний. Краткосрочная нестабильность магнитного поля измеряется с помощью индекса K. [32]

Данные THEMIS показывают, что магнитное поле, которое взаимодействует с солнечным ветром, уменьшается, когда магнитная ориентация выровнена между Солнцем и Землей – вопреки предыдущей гипотезе. Во время предстоящих солнечных бурь это может привести к отключениям электроэнергии и сбоям в работе искусственных спутников . [33]

Светская вариация

Расчетные контуры склонения по годам с 1590 по 1990 (нажмите, чтобы увидеть изменение)
Напряженность аксиальной дипольной составляющей магнитного поля Земли с 1600 по 2020 гг.

Изменения магнитного поля Земли в масштабе времени в год или более называются вековыми вариациями . На протяжении сотен лет магнитное склонение, как наблюдалось, меняется на десятки градусов. [13] Анимация показывает, как глобальное склонение изменилось за последние несколько столетий. [34]

Направление и интенсивность диполя со временем меняются. За последние два столетия сила диполя уменьшалась со скоростью около 6,3% за столетие. [13] При такой скорости уменьшения поле станет незначительным примерно через 1600 лет. [35] Однако эта сила примерно средняя за последние 7 тысяч лет, и текущая скорость изменения не является необычной. [36]

Характерной чертой недиполярной части вековой вариации является западный дрейф со скоростью около 0,2° в год. [35] Этот дрейф не везде одинаков и менялся с течением времени. Глобально усредненный дрейф был на запад примерно с 1400 г. н.э., но на восток между 1000 г. н.э. и 1400 г. н.э. [37]

Изменения, которые предшествовали магнитным обсерваториям, зафиксированы в археологических и геологических материалах. Такие изменения называются палеомагнитными вековыми вариациями или палеовековыми вариациями (PSV) . Записи обычно включают длительные периоды небольших изменений с редкими крупными изменениями, отражающими геомагнитные экскурсы и инверсии. [38]

Исследование потоков лавы на горе Стинс в штате Орегон, проведенное в 1995 году, показало, что магнитное поле когда-то смещалось со скоростью до 6° в день в какой-то момент истории Земли, что является неожиданным результатом. [39] Однако в 2014 году один из первоначальных авторов опубликовал новое исследование, в котором было установлено, что результаты на самом деле были обусловлены непрерывным термическим размагничиванием лавы, а не сдвигом магнитного поля. [40]

В июле 2020 года ученые сообщили, что анализ моделирования и недавняя модель наблюдательного поля показывают, что максимальные скорости изменения направления магнитного поля Земли достигли ~10° в год — почти в 100 раз быстрее текущих изменений и в 10 раз быстрее, чем считалось ранее. [41] [42]

Инверсии магнитного поля

Геомагнитная полярность в конце кайнозойской эры . Темные области обозначают периоды, когда полярность совпадает с сегодняшней, светлые области обозначают периоды, когда эта полярность обратная.

Хотя в целом поле Земли приблизительно дипольное, с осью, которая почти совпадает с осью вращения, иногда Северный и Южный геомагнитные полюса меняются местами. Доказательства этих геомагнитных инверсий можно найти в базальтах , осадочных кернах, взятых со дна океана, и магнитных аномалиях морского дна. [43] Инверсии происходят почти случайным образом во времени, с интервалами между инверсиями от менее 0,1 миллиона лет до целых 50 миллионов лет. Самая последняя геомагнитная инверсия, называемая инверсией Брюнеса-Матуямы , произошла около 780 000 лет назад. [26] [44] Связанное с этим явление, геомагнитная экскурсия , переносит ось диполя через экватор, а затем обратно к исходной полярности. [45] [46] Событие Лашампа является примером экскурсии, произошедшей во время последнего ледникового периода (41 000 лет назад).

Прошлое магнитное поле регистрируется в основном сильными магнитными минералами , в частности, оксидами железа , такими как магнетит , которые могут нести постоянный магнитный момент. Эта остаточная намагниченность , или остаточная намагниченность , может быть приобретена более чем одним способом. В потоках лавы направление поля «замораживается» в мелких минералах по мере их охлаждения, что приводит к термоостаточной намагниченности . В отложениях ориентация магнитных частиц приобретает небольшое смещение в сторону магнитного поля, когда они оседают 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 , охлаждается, образуя новую базальтовую кору по обе стороны хребта, и уносится от него расширением морского дна. По мере охлаждения она фиксирует направление поля Земли. Когда поле Земли меняет знак, новый базальт фиксирует обратное направление. Результатом является ряд полос, которые симметричны относительно хребта. Судно, буксирующее магнитометр на поверхности океана, может обнаружить эти полосы и сделать вывод о возрасте океанского дна ниже. Это дает информацию о скорости, с которой морское дно расширялось в прошлом. [8]

Радиометрическое датирование лавовых потоков использовалось для установления шкалы времени геомагнитной полярности , часть которой показана на изображении. Это составляет основу магнитостратиграфии , геофизического метода корреляции, который может использоваться для датирования как осадочных, так и вулканических последовательностей, а также 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 около 3450 миллионов лет назад . [47] [48] [49] В 2024 году исследователи опубликовали доказательства из Гренландии, подтверждающие существование магнитного поля еще 3700 миллионов лет назад. [50]

Будущее

Изменения виртуального аксиального дипольного момента с момента последнего изменения полярности

Начиная с конца 1800-х годов и в течение 1900-х годов и позже, общее геомагнитное поле стало слабее; нынешнее сильное ухудшение соответствует снижению на 10–15% и ускорилось с 2000 года; геомагнитная интенсивность снижалась почти непрерывно с максимального значения на 35% выше современного значения, примерно с 1 года нашей эры. Скорость снижения и текущая сила находятся в пределах нормального диапазона колебаний, как показывают записи прошлых магнитных полей, зафиксированные в горных породах.

Природа магнитного поля Земли — гетероскедастическая ( на первый взгляд случайная) флуктуация. Мгновенного измерения или нескольких измерений на протяжении десятилетий или столетий недостаточно для экстраполяции общей тенденции напряженности поля. В прошлом она то повышалась, то понижалась по неизвестным причинам. Кроме того, для характеристики магнитного поля Земли в целом недостаточно отметить локальную интенсивность дипольного поля (или его флуктуацию), 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 [26] и с тех пор только ускоряется. [51] [52]

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, выходящего из ядра.

Схема, иллюстрирующая связь между движением проводящей жидкости, организованной в рулоны силой Кориолиса, и магнитным полем, которое генерируется движением. [53]

Земля и большинство планет Солнечной системы, а также Солнце и другие звезды генерируют магнитные поля посредством движения электропроводящих жидкостей . [54] Поле Земли возникает в ее ядре. Это область железных сплавов, простирающаяся примерно на 3400 км (радиус Земли составляет 6370 км). Она разделена на твердое внутреннее ядро ​​с радиусом 1220 км и жидкое внешнее ядро . [55] Движение жидкости во внешнем ядре обусловлено тепловым потоком от внутреннего ядра, температура которого составляет около 6000 К (5730 °C; 10 340 °F), к границе ядро-мантия , температура которой составляет около 3800 К (3530 °C; 6380 °F). [56] Тепло генерируется потенциальной энергией, высвобождаемой более тяжелыми материалами, погружающимися в ядро ​​( планетарная дифференциация , железная катастрофа ), а также распадом радиоактивных элементов внутри. Модель потока организована вращением Земли и наличием твердого внутреннего ядра. [57]

Механизм, посредством которого Земля генерирует магнитное поле, известен как геодинамо . [ 54] Магнитное поле генерируется петлей обратной связи: токовые петли генерируют магнитные поля ( закон Ампера ); изменяющееся магнитное поле генерирует электрическое поле ( закон Фарадея ); а электрическое и магнитное поля оказывают силу на заряды, текущие в токах ( сила Лоренца ). [58] Эти эффекты можно объединить в частном дифференциальном уравнении для магнитного поля, называемом уравнением магнитной индукции ,

где u — скорость жидкости; B — магнитное поле B; и η = 1/σμ — магнитная диффузия , которая обратно пропорциональна произведению электропроводности σ и проницаемости μ . [ 59] Член ∂ B /∂ t — производная поля по времени; ∇ 2 — оператор Лапласа , а ∇× — оператор ротора .

Первый член в правой части уравнения индукции — это диффузионный член. В неподвижной жидкости магнитное поле ослабевает, а любые концентрации поля рассеиваются. Если бы динамо Земли выключилось, дипольная часть исчезла бы через несколько десятков тысяч лет. [59]

В идеальном проводнике ( ) не было бы никакой диффузии. По закону Ленца любое изменение магнитного поля немедленно противодействовало бы токам, поэтому поток через заданный объем жидкости не мог бы измениться. По мере того как жидкость двигалась, магнитное поле двигалось бы вместе с ней. Теорема, описывающая этот эффект, называется теоремой о замороженном поле . Даже в жидкости с конечной проводимостью новое поле генерируется путем растяжения линий поля, когда жидкость движется способами, которые деформируют ее. Этот процесс мог бы продолжать генерировать новое поле бесконечно, если бы не то, что по мере увеличения силы магнитное поле сопротивлялось движению жидкости. [59]

Движение жидкости поддерживается конвекцией , движением, вызванным плавучестью . Температура увеличивается к центру Земли, и более высокая температура жидкости внизу делает ее плавучей. Эта плавучесть усиливается химическим разделением: по мере того, как ядро ​​остывает, часть расплавленного железа затвердевает и осаждается на внутреннем ядре. В процессе этого более легкие элементы остаются в жидкости, делая ее легче. Это называется композиционной конвекцией . Эффект Кориолиса , вызванный общим вращением планеты, имеет тенденцию организовывать поток в рулоны, выровненные вдоль полярной оси север-юг. [57] [59]

Динамо может усиливать магнитное поле, но для его запуска необходимо «затравочное» поле. [59] Для Земли это могло быть внешнее магнитное поле. В начале своей истории Солнце прошло через фазу Т-Тельца , в которой солнечный ветер имел магнитное поле на порядки больше, чем современный солнечный ветер. [60] Однако большая часть поля могла быть экранирована мантией Земли. Альтернативным источником являются токи на границе ядро-мантия, вызванные химическими реакциями или изменениями тепловой или электрической проводимости. Такие эффекты все еще могут обеспечивать небольшое смещение, которое является частью граничных условий для геодинамо. [61]

Среднее магнитное поле во внешнем ядре Земли было рассчитано как 25 гаусс, что в 50 раз сильнее поля на поверхности. [62]

Числовые модели

Моделирование геодинамо с помощью компьютера требует численного решения набора нелинейных уравнений в частных производных для магнитогидродинамики (МГД) недр Земли. Моделирование уравнений МГД выполняется на трехмерной сетке точек, а точность сетки, которая частично определяет реалистичность решений, ограничивается в основном мощностью компьютера. В течение десятилетий теоретики были ограничены созданием компьютерных моделей кинематического динамо , в которых движение жидкости выбирается заранее, а влияние на магнитное поле рассчитывается. Теория кинематического динамо в основном заключалась в испытании различных геометрий потока и проверке того, могут ли такие геометрии поддерживать динамо. [63]

Первые самосогласованные модели динамо, определяющие как движение жидкости, так и магнитное поле, были разработаны двумя группами в 1995 году: одной в Японии [64] и одной в Соединенных Штатах. [1] [65] Последняя привлекла внимание, поскольку успешно воспроизводила некоторые характеристики поля Земли, включая геомагнитные инверсии. [63]

Влияние океанских приливов

Океаны вносят вклад в магнитное поле Земли. Морская вода является электрическим проводником и, следовательно, взаимодействует с магнитным полем. Поскольку приливы и отливы совершают круговорот вокруг океанических бассейнов, океанская вода по сути пытается тянуть за собой линии геомагнитного поля. Поскольку соленая вода обладает лишь незначительной проводимостью, взаимодействие относительно слабое: самый сильный компонент исходит от регулярного лунного прилива , который случается примерно дважды в день (M2). Другие вклады вносят океанская зыбь, водовороты и даже цунами. [66]

Магнитные поля на уровне моря, наблюдаемые спутниками (НАСА) [66] [ необходимо разъяснение ]

Сила взаимодействия зависит также от температуры океанской воды. Все тепло, хранящееся в океане, теперь можно вывести из наблюдений за магнитным полем Земли. [67] [66]

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 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), с изменениями в течение нескольких секунд, как правило, около 1 нТл (одна часть на 50 000). [68]

Измерение и анализ

Обнаружение

Напряженность магнитного поля Земли была измерена Карлом Фридрихом Гауссом в 1832 году [69] и с тех пор многократно измерялась, показывая относительное затухание около 10% за последние 150 лет. [70] Спутник Magsat и более поздние спутники использовали 3-осевые векторные магнитометры для исследования трехмерной структуры магнитного поля Земли. Более поздний спутник Ørsted позволил провести сравнение, указывающее на динамическое геодинамо в действии, которое, по-видимому, приводит к появлению альтернативного полюса под Атлантическим океаном к западу от Южной Африки. [71]

Правительства иногда управляют подразделениями, которые специализируются на измерении магнитного поля Земли. Это геомагнитные обсерватории, как правило, часть национальной геологической службы , например, обсерватория Эскдалемуир Британской геологической службы . Такие обсерватории могут измерять и прогнозировать магнитные условия, такие как магнитные бури, которые иногда влияют на связь, электроэнергию и другие виды деятельности человека.

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

Военные определяют характеристики локального геомагнитного поля, чтобы обнаружить аномалии в естественном фоне, которые могут быть вызваны значительным металлическим объектом, таким как затопленная подводная лодка. Обычно эти детекторы магнитных аномалий размещаются на самолетах, таких как британский Nimrod , или буксируются в качестве инструмента или набора инструментов с надводных кораблей.

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

Магнитные аномалии земной коры

Модель коротковолновых особенностей магнитного поля Земли, приписываемых литосферным аномалиям [72]

Магнитометры обнаруживают мельчайшие отклонения в магнитном поле Земли, вызванные железными артефактами , печами, некоторыми типами каменных сооружений и даже канавами и мусорными кучами в археологической геофизике . Используя магнитные приборы, адаптированные из бортовых детекторов магнитных аномалий, разработанных во время Второй мировой войны для обнаружения подводных лодок, [73] были нанесены на карту магнитные вариации на дне океана. Базальт — богатая железом вулканическая порода, составляющая дно океана [74] — содержит сильномагнитный минерал (магнетит) и может локально искажать показания компаса. Искажение было обнаружено исландскими мореплавателями еще в конце 18 века. [75] Что еще важнее, поскольку присутствие магнетита придает базальту измеримые магнитные свойства, эти магнитные вариации предоставили еще один способ изучения глубокого дна океана. Когда новообразованная порода остывает, такие магнитные материалы регистрируют магнитное поле Земли. [75]

Статистические модели

Каждое измерение магнитного поля происходит в определенном месте и времени. Если требуется точная оценка поля в каком-то другом месте и времени, измерения должны быть преобразованы в модель, а модель должна использоваться для прогнозирования.

Сферические гармоники

Схематическое изображение сферических гармоник на сфере и их узловые линии. P ℓ m равна 0 вдоль m больших окружностей, проходящих через полюса, и вдоль ℓ- m окружностей равной широты. Функция меняет знак каждый ℓраз, когда она пересекает одну из этих линий.
Пример квадрупольного поля. Его также можно построить, перемещая два диполя вместе.

Наиболее распространенным способом анализа глобальных изменений магнитного поля Земли является подгонка измерений к набору сферических гармоник . Впервые это сделал Карл Фридрих Гаусс. [76] Сферические гармоники — это функции, которые колеблются по поверхности сферы. Они являются произведением двух функций, одна из которых зависит от широты, а другая — от долготы. Функция долготы равна нулю вдоль нуля или более больших окружностей, проходящих через Северный и Южный полюса; число таких узловых линий является абсолютным значением порядка m . Функция широты равна нулю вдоль нуля или более кругов 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, а квадруполь — двум диполям, сближенным. Квадрупольное поле показано на нижнем рисунке справа. [13]

Сферические гармоники могут представлять любое скалярное поле (функцию положения), которое удовлетворяет определенным свойствам. Магнитное поле является векторным полем , но если оно выражено в декартовых компонентах X, Y, Z , каждый компонент является производной той же скалярной функции, называемой магнитным потенциалом . Анализ магнитного поля Земли использует модифицированную версию обычных сферических гармоник, которые отличаются мультипликативным множителем. Подгонка методом наименьших квадратов к измерениям магнитного поля дает поле Земли как сумму сферических гармоник, каждая из которых умножена на наиболее подходящий коэффициент Гаусса g m ℓ или h m ℓ . [13]

Коэффициент Гаусса самой низкой 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. Наилучший подходящий диполь наклонен под углом около 10° относительно оси вращения, как описано ранее. [13]

Радиальная зависимость

Сферический гармонический анализ может использоваться для различения внутренних и внешних источников, если измерения доступны на более чем 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 один, который увеличивается с радиусом как r ℓ . Возрастающие члены соответствуют внешним источникам (токам в ионосфере и магнитосфере). Однако, усредненные за несколько лет, внешние вклады в среднем равны нулю. [13]

Оставшиеся члены предсказывают, что потенциал дипольного источника ( ℓ = 1 ) падает как 1/ r 2 . Магнитное поле, будучи производной потенциала, падает как 1/ r 3 . Квадрупольные члены падают как 1/ r 4 , а члены более высокого порядка падают все быстрее с радиусом. Радиус внешнего ядра составляет около половины радиуса Земли. Если поле на границе ядро-мантия соответствует сферическим гармоникам, дипольная часть меньше примерно в 8 раз на поверхности, квадрупольная часть — в 16 раз и т. д. Таким образом, на поверхности могут быть заметны только компоненты с большими длинами волн. Из множества аргументов обычно предполагается, что только члены до степени 14 или ниже имеют свое происхождение в ядре. Они имеют длины волн около 2000 км (1200 миль) или меньше. Более мелкие особенности приписываются аномалиям земной коры. [13]

Глобальные модели

Международная ассоциация геомагнетизма и аэрономии поддерживает стандартную глобальную модель поля, называемую Международным геомагнитным опорным полем (IGRF). Она обновляется каждые пять лет. Модель 11-го поколения, IGRF11, была разработана с использованием данных со спутников ( Ørsted , CHAMP и SAC-C) и всемирной сети геомагнитных обсерваторий. [77] Сферическое гармоническое расширение было усечено до степени 10, со 120 коэффициентами, до 2000 года. Последующие модели усечены до степени 13 (195 коэффициентов). [78]

Другая глобальная модель поля, называемая Мировой магнитной моделью , разработана совместно Национальным центром экологической информации США (ранее Национальным центром геофизических данных) и Британской геологической службой . Эта модель усекается в степени 12 (168 коэффициентов) с приблизительным пространственным разрешением 3000 километров. Это модель, используемая Министерством обороны США , Министерством обороны (Великобритания) , Федеральным управлением гражданской авиации США (FAA), Организацией Североатлантического договора (НАТО) и Международной гидрографической организацией , а также во многих гражданских навигационных системах. [79]

Вышеуказанные модели учитывают только «главное поле» на границе ядра и мантии. Хотя в целом это достаточно хорошо для навигации, для более точных вариантов использования требуется учитывать магнитные аномалии меньшего масштаба и другие вариации. Вот несколько примеров (см. geomag.us ref для получения дополнительной информации): [80]

Для исторических данных об основном поле можно использовать IGRF вплоть до 1900 года. [78] Специализированная модель GUFM1 оценивает период до 1590 года, используя судовые журналы. [83] Палеомагнитные исследования создали модели, датируемые 10 000 годом до н.э. [84]

Биомагнетизм

Животные, включая птиц и черепах, могут обнаруживать магнитное поле Земли и использовать его для навигации во время миграции . [85] Некоторые исследователи обнаружили, что коровы и дикие олени, как правило, выстраивают свои тела в направлении север-юг во время отдыха, но не тогда, когда животные находятся под высоковольтными линиями электропередач, что предполагает, что за это отвечает магнетизм. [86] [87] Другие исследователи сообщили в 2011 году, что они не смогли повторить эти результаты, используя другие изображения Google Earth . [88]

Очень слабые электромагнитные поля нарушают работу магнитного компаса, используемого европейскими малиновками и другими певчими птицами, которые используют магнитное поле Земли для навигации. Ни линии электропередач, ни сигналы сотовой связи не виноваты в воздействии электромагнитного поля на птиц; [89] 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. [90]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ ab Глатцмайер, Гэри А.; Робертс, Пол Х. (1995). «Трехмерное самосогласованное компьютерное моделирование инверсии геомагнитного поля». Nature . 377 (6546): 203–209. Bibcode :1995Natur.377..203G. doi :10.1038/377203a0. S2CID  4265765.
  2. ^ Глатцмайер, Гэри. "Геодинамо". Калифорнийский университет в Санта-Крузе . Получено 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, ТИ (декабрь 2010 г.). "Международное геомагнитное справочное поле: одиннадцатое поколение". Geophysical Journal International . 183 (3): 1216–1230. Bibcode : 2010GeoJI.183.1216F. doi : 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». News@nature . doi :10.1038/news050228-12.
  5. ^ "Солнечный ветер отрывает куски Марса". Cosmos Online . 25 ноября 2008 г. Архивировано из оригинала 4 марта 2016 г. Получено 21 октября 2013 г.
  6. ^ Луманн, Дж. Г.; Джонсон, Р. Э.; Чжан, М. Х. Г. (3 ноября 1992 г.). «Эволюционное воздействие распыления марсианской атмосферы ионами O +». Geophysical Research Letters . 19 (21): 2151–2154. Bibcode : 1992GeoRL..19.2151L. doi : 10.1029/92GL02485.
  7. ↑ Структура Земли. Архивировано 15 марта 2013 г. на Wayback Machine . Scign.jpl.nasa.gov. Получено 27 января 2012 г.
  8. ^ abcd МакЭлхинни, Майкл У.; МакФадден, Филлип Л. (2000). Палеомагнетизм: континенты и океаны . Academic Press. ISBN 978-0-12-483355-5.
  9. ^ Opdyke, Neil D.; Channell, James ET (1996). Магнитная стратиграфия . Academic Press. ISBN 978-0-12-527470-8.
  10. ^ Mussett, Alan E.; Khan, M. Aftab (2000). Взгляд в Землю: введение в геологическую геофизику . Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-78085-8.
  11. ^ Темпл, Роберт (2006). Гений Китая . Андре Дойч. ISBN 978-0-671-62028-8.
  12. ^ "Магниторецепция | Лаборатория Ломанна – Университет Северной Каролины в Чапел-Хилл" . Получено 21 июня 2024 г.
  13. ^ abcdefghij Merrill, McElhinny & McFadden 1996, Глава 2
  14. ^ «Обзор магнитного поля Земли». www.geomag.bgs.ac.uk . Получено 2024-03-02 .
  15. ^ Palm, Eric (2011). "Tesla". National High Magnetic Field Laboratory. Архивировано из оригинала 21 марта 2013 года . Получено 20 октября 2013 года .
  16. ^ ab Chulliat, A.; Brown, W.; Alken, P.; Beggan, C.; Nair, M.; Cox, G.; Woods, A.; Macmillan, S.; Meyer, B.; Paniccia, M. (2020). Мировая магнитная модель США/Великобритании на 2020–2025 годы (отчет) . Получено 30 августа 2023 г.
  17. ^ «Древняя лава раскрывает секреты цикла магнитного поля Земли». Журнал Cosmos . 2021-08-31 . Получено 2021-09-03 .
  18. ^ "Геомагнетизм: часто задаваемые вопросы". Национальный центр геофизических данных . Получено 21 октября 2013 г.
  19. ^ Кассельман, Энн (28 февраля 2008 г.). «У Земли больше, чем один Северный полюс». Scientific American . Получено 21 мая 2013 г.
  20. ^ Serway, Raymond A.; Chris Vuille (2006). Основы физики в колледже. США: Cengage Learning. стр. 493. ISBN 978-0-495-10619-7.
  21. ^ Эмилиани, Чезаре (1992). Планета Земля: космология, геология и эволюция жизни и окружающей среды. Великобритания: Cambridge University Press. стр. 228. ISBN 978-0-521-40949-0.
  22. ^ Мэннерс, Джой (2000). Статические поля и потенциалы. США: CRC Press. стр. 148. ISBN 978-0-7503-0718-5.
  23. ^ Nave, Carl R. (2010). "Bar Magnet". Гиперфизика . Кафедра физики и астрономии, Georgia State Univ . Получено 10 апреля 2011 г.
  24. ^ 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.
  25. ^ "Магнитный Северный полюс". Океанографический институт Вудс-Хоул. Архивировано из оригинала 19 августа 2013 года . Получено 21 октября 2013 года .
  26. ^ abc Филлипс, Тони (29 декабря 2003 г.). "Непостоянное магнитное поле Земли". Science@Nasa . Архивировано из оригинала 1 ноября 2022 г. . Получено 27 декабря 2009 г. .
  27. ^ abcde Merrill 2010, страницы 126–141
  28. ^ abc Parks, George K. (1991). Физика космической плазмы: введение . Редвуд-Сити, Калифорния: Addison-Wesley. ISBN 978-0-201-50821-5.
  29. ^ Darrouzet, Fabien; De Keyser, Johan; Escoubet, C. Philippe (10 сентября 2013 г.). "Cluster showsplasmosphere interacting with Van Allen belts" (пресс-релиз). Европейское космическое агентство . Получено 22 октября 2013 г.
  30. ^ «Поднять щиты! Ветер межзвездных атомов гелия дует через Солнечную систему». Science@NASA . 27 сентября 2004 г. Архивировано из оригинала 21 июня 2013 г. Получено 23 октября 2013 г.
  31. ^ Оденвальд, Стен (2010). «Великая солнечная супербуря 1859 года». Технология сквозь время . 70. Архивировано из оригинала 12 октября 2009 года . Получено 24 октября 2013 года .
  32. ^ "K-index". Space Weather Prediction Center. Архивировано из оригинала 22 октября 2013 года . Получено 20 октября 2013 года .
  33. ^ Штайгервальд, Билл (16 декабря 2008 г.). «Солнце часто «вырывает стену» из солнечного штормового щита Земли». THEMIS: Понимание космической погоды . NASA. Архивировано из оригинала 16 марта 2010 г. Получено 20 августа 2011 г.
  34. ^ Джексон, Эндрю; Джонкерс, Арт РТ; Уокер, Мэтью Р. (2000). «Четыре столетия геомагнитных вековых вариаций из исторических записей». Philosophical Transactions of the Royal Society A . 358 (1768): 957–990. Bibcode :2000RSPTA.358..957J. CiteSeerX 10.1.1.560.5046 . doi :10.1098/rsta.2000.0569. JSTOR  2666741. S2CID  40510741. 
  35. ^ ab "Вековая вариация". Геомагнетизм . Канадская геологическая служба. 2011. Архивировано из оригинала 25 июля 2008 года . Получено 18 июля 2011 года .
  36. ^ Констебль, Кэтрин (2007). «Вариация дипольного момента». В Gubbins, Дэвид; Herrero-Bervera, Эмилио (ред.). Энциклопедия геомагнетизма и палеомагнетизма . Springer-Verlag. стр. 159–161. doi :10.1007/978-1-4020-4423-6_67. ISBN 978-1-4020-3992-8.
  37. ^ Дамберри, Матье; Финлей, Кристофер К. (2007). «Дрейф магнитного поля Земли на восток и на запад за последние три тысячелетия» (PDF) . Earth and Planetary Science Letters . 254 (1–2): 146–157. Bibcode :2007E&PSL.254..146D. doi :10.1016/j.epsl.2006.11.026. Архивировано из оригинала (PDF) 23.10.2013 . Получено 22.10.2013 .
  38. ^ Tauxe 1998, Глава 1
  39. ^ Coe, RS; Prévot, M.; Camps, P. (20 апреля 1995 г.). «Новые доказательства необычайно быстрого изменения геомагнитного поля во время инверсии». Nature . 374 (6524): 687–692. Bibcode :1995Natur.374..687C. doi :10.1038/374687a0. S2CID  4247637.(также доступно онлайн на es.ucsc.edu Архивировано 14.03.2012 на Wayback Machine )
  40. ^ Coe, RS; Jarboe, NA; Le Goff, M.; Petersen, N. (15 августа 2014 г.). «Крушение гипотезы быстрого изменения поля в горе Стинс: решающая роль непрерывного термического размагничивания». Earth and Planetary Science Letters . 400 : 302–312. Bibcode : 2014E&PSL.400..302C. doi : 10.1016/j.epsl.2014.05.036.
  41. ^ "Моделирование показывает, что магнитное поле может меняться в 10 раз быстрее, чем считалось ранее". phys.org . Получено 16 августа 2020 г. .
  42. ^ Дэвис, Кристофер Дж.; Констебль, Кэтрин Г. (6 июля 2020 г.). «Быстрые геомагнитные изменения, выведенные из наблюдений за Землей и численного моделирования». Nature Communications . 11 (1): 3371. Bibcode : 2020NatCo..11.3371D. doi : 10.1038 /s41467-020-16888-0 . ISSN  2041-1723. PMC 7338531. PMID  32632222. 
  43. ^ Вакье, Виктор (1972). Геомагнетизм в морской геологии (2-е изд.). Амстердам: Elsevier Science. стр. 38. ISBN 978-0-08-087042-7.
  44. ^ Меррилл, МакЭлхинни и МакФадден 1996, Глава 5
  45. ^ Меррилл, МакЭлхинни и МакФадден 1996, стр. 148–155
  46. ^ Nowaczyk, NR; Arz, HW; Frank, U.; Kind, J.; Plessen, B. (16 октября 2012 г.). «Смена полярности во время ледникового периода была глобальным событием: чрезвычайно кратковременная смена геомагнитного поля, изменчивость климата и супервулкан». Earth and Planetary Science Letters . 351 : 54. Bibcode : 2012E&PSL.351...54N. doi : 10.1016/j.epsl.2012.06.050 . Получено 21 марта 2013 г.
  47. ^ МакЭлхинни, TNW; Сенанаяке, WE (1980). "Палеомагнитные доказательства существования геомагнитного поля 3,5 млрд лет назад". Журнал геофизических исследований . 85 (B7): 3523. Bibcode : 1980JGR....85.3523M. doi : 10.1029/JB085iB07p03523 .
  48. ^ Usui, Yoichi; Tarduno, John A.; Watkeys, Michael; Hofmann, Axel; Cottrell, Rory D. (2009). "Доказательства остаточной магнитной намагниченности возрастом 3,45 миллиарда лет: намеки на древнее геодинамо из конгломератов Южной Африки". Геохимия, геофизика, геосистемы . 10 (9): n/a. Bibcode : 2009GGG....10.9Z07U. doi : 10.1029/2009GC002496 .
  49. ^ Tarduno, JA; Cottrell, RD; Watkeys, MK; Hofmann, A.; Doubrovine, PV; Mamajek, EE; Liu, D.; Sibeck, DG; Neukirch, LP; Usui, Y. (4 марта 2010 г.). «Геодинамо, солнечный ветер и магнитопауза 3,4–3,45 миллиарда лет назад». Science . 327 (5970): 1238–1240. Bibcode :2010Sci...327.1238T. doi :10.1126/science.1183445. PMID  20203044. S2CID  23162882.
  50. ^ Николс, Клэр IO; Вайс, Бенджамин П.; Эйстер, Афина; Мартин, Крейг Р.; Малуф, Адам К.; Келли, Найджел М.; Заваски, Майк Дж.; Мойзис, Стивен Дж.; Уотсон, Э. Брюс; Черняк, Даниэль Дж. (2024). «Возможные эоархейские записи геомагнитного поля, сохранившиеся в супракрустальном поясе Исуа, юг Западной Гренландии». Журнал геофизических исследований: Твердая Земля . 129 (4). Bibcode : 2024JGRB..12927706N. doi : 10.1029/2023JB027706 . ISSN  2169-9313.
  51. ^ Ловетт, Ричард А. (24 декабря 2009 г.). "Северный магнитный полюс движется из-за потока ядра". Архивировано из оригинала 28 декабря 2009 г.
  52. ^ Witze, Alexandra (9 января 2019 г.). «Магнитное поле Земли барахлит, и геологи не знают почему». Nature . 565 (7738): 143–144. Bibcode :2019Natur.565..143W. doi : 10.1038/d41586-019-00007-1 . PMID  30626958.
  53. ^ "Как ядро ​​Земли генерирует магнитное поле?". Часто задаваемые вопросы USGS . Геологическая служба США. Архивировано из оригинала 18 января 2015 года . Получено 21 октября 2013 года .
  54. ^ ab Weiss, Nigel (2002). «Динамо в планетах, звездах и галактиках». Астрономия и геофизика . 43 (3): 3.09–3.15. Bibcode :2002A&G....43c...9W. doi : 10.1046/j.1468-4004.2002.43309.x .
  55. ^ Jordan, TH (1979). «Структурная геология недр Земли». Труды Национальной академии наук . 76 (9): 4192–4200. Bibcode : 1979PNAS...76.4192J. doi : 10.1073/pnas.76.9.4192 . PMC 411539. PMID  16592703 . 
  56. ^ European Synchrotron Radiation Facility (25 апреля 2013 г.). «Центр Земли на 1000 градусов горячее, чем считалось ранее, согласно результатам эксперимента с синхротронным рентгеновским излучением». ScienceDaily . Получено 21 октября 2013 г.
  57. ^ ab Баффет, BA (2000). «Ядро Земли и геодинамо». Science . 288 (5473): 2007–2012. Bibcode :2000Sci...288.2007B. doi :10.1126/science.288.5473.2007. PMID  10856207.
  58. ^ Фейнман, Ричард П. (2010). Лекции Фейнмана по физике (ред. New millennium). Нью-Йорк: BasicBooks. стр. 13–3, 15–14, 17–2. ISBN 978-0-465-02494-0.
  59. ^ abcde Merrill, McElhinny & McFadden 1996, Глава 8
  60. ^ Меррилл, МакЭлхинни и МакФадден 1996, Глава 10
  61. ^ Меррилл, МакЭлхинни и МакФадден 1996, Глава 11
  62. ^ Баффет, Брюс А. (2010). «Приливное рассеяние и сила внутреннего магнитного поля Земли». Nature . 468 (7326): 952–954. Bibcode :2010Natur.468..952B. doi :10.1038/nature09643. PMID  21164483. S2CID  4431270.
    • «Первое измерение магнитного поля внутри ядра Земли». Science 20. 17 декабря 2010 г.
  63. ^ ab Kono, Masaru; Roberts, Paul H. (2002). "Современные геодинамические моделирования и наблюдения геомагнитного поля". Reviews of Geophysics . 40 (4): 1–53. Bibcode : 2002RvGeo..40.1013K. doi : 10.1029/2000RG000102 . S2CID  29432436.
  64. ^ Кагеяма, Акира; Сато, Тетсуя; Группа моделирования сложности (1 января 1995 г.). «Компьютерное моделирование магнитогидродинамического динамо. II». Физика плазмы . 2 (5): 1421–1431. Bibcode : 1995PhPl....2.1421K. doi : 10.1063/1.871485.
  65. ^ Глатцмайер, Гэри А.; Робертс, Пол Х. (1995). «Трехмерное конвективное динамо-решение с вращающимся и конечно проводящим внутренним ядром и мантией». Физика Земли и недр планет . 91 (1–3): 63–75. Bibcode : 1995PEPI...91...63G. doi : 10.1016/0031-9201(95)03049-3.
  66. ^ abc "Океанические приливы и магнитные поля". NASA . Студия научной визуализации. 2016-12-30. Общественное достояниеВ данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .
  67. ^ Ирганг, Кристофер; Сайниш, Ян; Томас, Майк (2019). «Оценка содержания тепла в мировом океане по данным спутниковых наблюдений за приливами и магнитным полем». Scientific Reports . 9 (1): 7893. Bibcode :2019NatSR...9.7893I. doi :10.1038/s41598-019-44397-8. PMC 6536534 . PMID  31133648. 
  68. ^ Stepišnik, Janez (2006). «Спектроскопия: ЯМР до ​​Земли». Nature . 439 (7078): 799–801. Bibcode :2006Natur.439..799S. doi : 10.1038/439799a . PMID  16482144.
  69. ^ Гаусс, CF (1832). "Интенсивность магнитной силы Земли, приведенная к абсолютному измерению" (PDF) . Получено 21 октября 2009 г.
  70. ^ Куртильо, Винсент ; Ле Муэль, Жан Луи (1988). «Временные вариации магнитного поля Земли: от ежедневных до вековых». Annual Review of Earth and Planetary Sciences . 1988 (16): 435. Bibcode : 1988AREPS..16..389C. doi : 10.1146/annurev.ea.16.050188.002133.
  71. ^ Hulot, G.; Eymin, C.; Langlais, B.; Mandea, M.; Olsen, N. (апрель 2002 г.). «Мелкомасштабная структура геодинамо, выведенная из спутниковых данных Oersted и Magsat». Nature . 416 (6881): 620–623. Bibcode :2002Natur.416..620H. doi :10.1038/416620a. PMID  11948347. S2CID  4426588.
  72. ^ Фрей, Герберт. «Спутниковые магнитные модели». Комплексное моделирование геомагнитного поля . NASA . Получено 13 октября 2011 г.
  73. ^ Уильям Ф. Ханна (1987). Геологическое применение современных аэромагнитных съемок (PDF) . USGS . стр. 66 . Получено 3 мая 2017 г. .
  74. ^ GD Nicholls (1965). "Basalts from the Deep Ocean Floor" (PDF) . Mineralogic Magazine . 34 (268): 373–388. Bibcode :1965MinM...34..373N. doi :10.1180/minmag.1965.034.268.32. Архивировано из оригинала (PDF) 16 июля 2017 г. . Получено 3 мая 2017 г. .
  75. ^ ab Жаклин В. Киус; Роберт И. Тиллинг (1996). Эта динамическая Земля: История тектоники плит. USGS. стр. 17. ISBN 978-0-16-048220-5. Получено 3 мая 2017 г.
  76. ^ Кэмпбелл 2003, стр. 1.
  77. ^ Finlay, CC; Maus, S; Beggan, CD; Hamoudi, M.; Lowes, FJ; Olsen, N; Thébault, E. (2010). «Оценка моделей геомагнитного поля-кандидата для IGRF-11». Earth, Planets and Space . 62 (10): 787–804. Bibcode : 2010EP&S...62..787F. doi : 10.5047/eps.2010.11.005 . S2CID  530534.
  78. ^ ab "Международное геомагнитное эталонное поле: предупреждение о "вреде для здоровья"". Национальный центр геофизических данных. Январь 2010 г. Получено 13 октября 2011 г.
  79. ^ "The World Magnetic Model". Национальный центр геофизических данных . Получено 14 октября 2011 г.
  80. ^ "Модели геомагнитного и электрического поля". geomag.us .
  81. ^ "Информация о модели". ccmc.gsfc.nasa.gov . Архивировано из оригинала 2021-12-09 . Получено 2022-01-12 .
  82. ^ "The Enhanced Magnetic Model". Национальные центры экологической информации США . Получено 29 июня 2018 г.
  83. ^ Джексон, Эндрю; Йонкерс, Арт РТ; Уокер, Мэтью Р. (15 марта 2000 г.). «Четыре столетия геомагнитных вековых вариаций из исторических записей». Философские труды Лондонского королевского общества. Серия A: Математические, физические и инженерные науки . 358 (1768): 957–990. Bibcode : 2000RSPTA.358..957J. doi : 10.1098/rsta.2000.0569. S2CID  40510741.
  84. ^ "База данных GEOMAGIA". geomagia.gfz-potsdam.de .
  85. ^ Deutschlander, M.; Phillips, J.; Borland, S. (1999). «Дело в пользу светозависимой магнитной ориентации у животных». Журнал экспериментальной биологии . 202 (8): 891–908. doi :10.1242/jeb.202.8.891. PMID  10085262.
  86. ^ Burda, H.; Begall, S.; Cerveny, J.; Neef, J.; Nemec, P. (2009). «Экстремально низкочастотные электромагнитные поля нарушают магнитное выравнивание жвачных животных». Труды Национальной академии наук . 106 (14): 5708–13. Bibcode : 2009PNAS..106.5708B. doi : 10.1073/pnas.0811194106 . PMC 2667019. PMID  19299504 . 
  87. ^ "Биология: Электрические коровы". Nature . 458 (7237): 389. 2009. Bibcode : 2009Natur.458Q.389.. doi : 10.1038/458389a .
  88. ^ Hert, J; Jelinek, L; Pekarek, L; Pavlicek, A (2011). «Выравнивание крупного рогатого скота вдоль линий геомагнитного поля не обнаружено». Журнал сравнительной физиологии . 197 (6): 677–682. arXiv : 1101.5263 . doi : 10.1007/s00359-011-0628-7. PMID  21318402. S2CID  15520857.[1]
  89. ^ 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.
  90. ^ Хсу, Джереми (9 мая 2014 г.). «Электромагнитные помехи нарушают навигацию птиц, намекая на квантовое действие». IEEE Spectrum . Получено 31 мая 2015 г.

Источники

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме « Магнитное поле Земли» .