Геомагнитная карта земли. Cамая детальная карта магнитного поля Земли: видео. Магнитное поле Земли

Магнетизм - явление возникновения магнитного поля вокруг магнитных тел. Он проявляется в притягивании или отталкивании между магнитными телами.

Железо и никель - самые распространенные в природе магнитные материалы. Магнитные свойства имеет также электрический ток. Все магниты создают в окружающем пространстве магнитное поле, в результате чего происходит магнитное взаимодействие между ними.

Юпитер - один из самых сильных магнитов в Солнечной системе. У него было обнаружено синхротронное излучение, которое излучает заряженные частицы (электроны), двигаясь в магнитном поле.

Зона магнитного поля вокруг планет или звезды называется магнитосферой. Большинство планет Солнечной системы, в частности и Земля, имеют магнитное поле. Планеты имеют магнитное поле, поскольку в их ядрах содержится железо в жидком состоянии. Во время вращения планеты в жидком ядре образуются вихри и возникают электрические токи, которые и создают магнитное поле.

Магнитное поле Юпитера в 30 раз сильнее магнитного поля Земли, поскольку он значительно больше и быстрее вращается. Магнитные поля Нептуна и Урана размещены под прямым углом к оси вращения этих планет, чем они принципиально отличаются от других планет Солнечной системы. Магнетизм тесно связан с электричеством; наука, которая изучает взаимозависимость электрических и магнитных явлений, называется теорией электромагнетизма.

Вообще, наличие магнитного поля говорит о том, что планета «жива». Магнитное поле создает защитный барьер от таких разрушающих факторов как солнечный и космический ветер.

Пока есть магнитное поле, планета может защищать существующую на ней жизнь. Если его нет, как в случае с Марсом, все живое просто «сдувается» с некогда процветавшей планеты. Но, к счастью, нашей планете, такая участь, в ближайшее время, не грозит)). Однако, для человечества существует другая угроза – инверсия магнитных полей Земли, то есть, процесс, когда магнитные поля меняются друг с другом местами. Прошлый раз такое изменение магнитного поля Земли происходило 700 000 лет назад. Сейчас, в недрах Земли начинаются схожие процессы. Магнитное поле Земли стремительно ослабевает. Эти видео более подробно пояснит о чем идет речь:

Нерадостные перспективы, не правда ли? Поэтому, пока мир еще «на месте», продолжаем наслаждаться жизнью, ценить каждую секунду прожитого времени и беречь, нашу уникальную родную планету!

Магнитное поле Земли можно представить как огромный кокон, защищающий нас от космического излучения и заряженных частиц, которые бомбардируют планету в виде солнечного ветра. Без этого поля жизнь, какой мы ее знаем, не существовала бы.

Большая часть поля образуется на глубине более 3000 км за счет движения расплавленного железа во внешнем ядре. Остальные 6 % частично связаны с электрическими токами в пространстве, окружающем Землю, и частично с намагниченными породами в верхней литосфере - твердой оболочке Земли, состоящей из коры и верхней мантии.

Поскольку это «литосферное магнитное поле» очень слабое, его трудно обнаружить из космоса. Но трио спутников ЕКА под названием Swarm способно отображать его магнитные сигналы. На основе данных, собранных с их помощью, была выпущена новая карта магнитного поля самого высокого разрешения.

«Объединив данные Swarm с историческими данными с немецкого спутника CHAMP и используя новый метод моделирования, удалось зафиксировать крошечные магнитные сигналы земной коры», - объяснил Нильс Олсен из Технического университета Дании, один из ученых, работавших над созданием карты.

«Понять кору нашей родной планеты нелегко. Мы не можем просто пробурить ее, чтобы узнать структуру, состав и историю. Поэтому наблюдения из космоса имеют большую ценность. Они дают четкий глобальный взгляд на магнитную структуру жесткой внешней оболочки Земли», - добавил руководитель миссии Swarm Руне Флобергаген.

Презентация новой карты состоялась на этой неделе на конференции Swarm Science Meeting в Канаде. Она позволяет детально увидеть вариации магнитного поля, обусловленные геологическими структурами земной коры.

Одна из таких аномалий происходит в Центральноафриканской Республике, сосредоточенной вокруг города Банги, где магнитное поле значительно сильнее и отчетливее. Причина этой аномалии до сих пор неизвестна, но некоторые ученые предполагают, что она может быть результатом воздействия метеорита более 540 миллионов лет назад.

Магнитное поле находится в постоянном движении. Каждые несколько сотен тысяч лет полярность переворачивается так, что магнитный север становится югом, и наоборот.

Когда благодаря вулканической активности формируется новая кора, главным образом вдоль дна океана, богатые железом минералы в затвердевающей магме ориентированы на магнитный север. Так получается «моментальный снимок» состояния магнитного поля, в котором оно находилось, когда остывали породы.

Магнитные полюса со временем меняют полярность, и затвердевшие минералы образуют «полосы» на морском дне, обеспечивающие летопись магнитной истории Земли. Новая карта предоставляет беспрецедентный глобальный взгляд на эти полосы, связанные с тектоникой плит, отраженной в срединно-океанических хребтах.

«Эти магнитные отпечатки свидетельствуют о развороте полюсов, позволяют восстановить прошлые изменения основного поля и исследовать движения тектонических плит. Полученная карта определяет характеристики магнитного поля примерно до 250 км и поможет исследовать геологию и температуры в земной литосфере», - отметил Дхананджай Рават из Университета Кентукки в США.

«Магнитное поле Земли защищает нас от космического излучения и заряженных частиц солнечного ветра, бомбардирующих Землю. Без магнитного поля наша планета имела бы совсем другую атмосферу, и не исключено, что на ней не было бы и жизни.

Исследования магнитного «щита» Земли - главная задача спутниковой группировки Swarm Европейского космического агентства, которая выведена на орбиту в ноябре 2013 года. В ходе миссии Swarm предполагается построить высокоточные карты долговременного изменения магнитного поля Земли. На основе таких карт можно получить новые знания о природных процессах, происходящих в океане, ионосфере, магнитосфере и глубоко внутри планеты - в ядре, мантии, коре.

В июне 2014 года в Копенгагене состоялась специальная конференция, на которой участники проекта Swarm обсудили данные, полученные за шесть месяцев. Результаты наблюдений вызывают озабоченность: геомагнитное поле ослабевает и меняет свою конфигурацию .

Группировка Swarm состоит из трёх идентичных спутников, которые находятся на низкой орбите, проходящей через полярные области Земли. Такие параметры орбиты обусловлены конфигурацией магнитного поля Земли, близкой полю эквивалентного магнитного диполя. Два спутника летят на высоте 450 км параллельно друг другу на расстоянии около 100 км. Третий находится на высоте 530 км, и его орбита лежит в другой азимутальной плоскости. Когда спутники движутся по орбите, каждый последующий виток немного смещается по долготе, что позволяет постепенно покрыть орбитами весь земной шар и получить глобальную картину распределения вектора магнитного поля. Каждый аппарат Swarm оснащён высокочувствительными магнитометрами для измерения величины, направления и вариаций магнитного поля, акселерометром - для определения неоднородности скорости движения среды, электростатическим анализатором и приборами для точной ориентации в пространстве.

(Эквивалентный магнитный диполь - виртуальный постоянный магнит, поле которого наилучшим образом соответствует наблюдаемому крупномасштабному магнитному полю Земли. Ось эквивалентного диполя соответствует геомагнитной оси.

Азимутальная плоскость - плоскость сечения, проходящая через один из меридианов и оба полюса Земли.

Ортогональные компоненты вектора геомагнитного поля - три компоненты разложения вектора, направленные на север, восток и вертикально к земной поверхности).

Swarm - четвёртый космический проект исследования геомагнитного поля. Первые магнитные измерения из космоса произведены в 1980 году американским спутником Magsat, который проработал всего девять месяцев. Затем был довольно длительный период, когда на орбите не было ни одного специализированного геомагнитного спутника. Лишь в 1999 году запустили спутник Oersted и ещё через год - спутник CHAMP. Обе миссии оказались весьма успешными. Первоначально рассчитанный срок их жизни был превышен в несколько раз, - они проработали более десяти лет и дали чрезвычайно большое количество информации. Теперь на смену одиночным космическим аппаратам пришла группировка Swarm.

Что же происходит?

К началу конференции в Копенгагене спутники сделали более двух тысяч оборотов вокруг Земли, и орбиты, постепенно смещаясь по долготе, постепенно покрыли все долготные сектора. Первые измерения Swarm показывают, что за период около 15 лет в магнитном поле Земли произошли значительные изменения. Напряжённость геомагнитного поля падает, причём неравномерно. В среднем она уменьшилась на 1,5%, а в некоторых регионах, например в южной части Атлантического океана, - на 10%. В ряде мест напряжённость поля, вопреки общей тенденции, несколько возросла.

Спутниковые данные о постепенном ослаблении магнитного поля земного диполя подтверждаются измерениями наземных геомагнитных обсерваторий, которые имеют гораздо более длинные ряды наблюдений. Отдельные обсерватории проводят измерения геомагнитного поля в точках своего расположения уже в течение ста лет и более. Ещё один источник информации об эволюции магнитного поля Земли - палеомагнитные исследования, основанные на изменении намагниченности породы в кернах, - позволяет сделать оценки величины поля в далёком прошлом.

В целом, как и положено, в геомагнитном поле доминирует дипольная составляющая, на которую накладывается поле крупномасштабных и локальных магнитных аномалий. Мелкомасштабные вариации магнитного поля наблюдаются при пересечении высокоширотных областей Северного и Южного полушарий. Амплитуда этих вариаций сейчас сравнительно невелика, что указывает на слабую интенсивность геомагнитных бурь. Это вполне ожидаемо, поскольку мы сейчас находимся на спаде 11-летнего цикла солнечной активности и Солнце было очень спокойным.

Полученные данные будут включены в самую последнюю версию крупномасштабной модели геомагнитного поля, по которой можно определить величину напряжённости поля в любой географической точке.

Спутники Swarm подтвердили предыдущие данные о том, что заметно смещаются магнитные полюса Земли . Северный магнитный полюс дрейфует из канадского сектора Арктики в сторону восточносибирского побережья. Южный полюс сместился с континентальной части Антарктиды в Южный океан, в сторону Новой Зеландии.

Наземные, а затем спутниковые измерения показывают, что скорость дрейфа северного магнитного полюса в направлении географического полюса в 1990-х годах резко увеличилась и достигла 50 км/год, тогда как в начале ХХ века она составляла всего 10 км/год. Если полюс сохранит скорость и направление смещения, то приблизительно через 50 лет он придёт к северным сибирским островам. По данным предшествующего Swarm спутника CHAMP, скорость движения северного магнитного полюса, достигнув значения примерно 60 км/год в 2003 году, затем стала замедляться и в 2009 году уменьшилась до значения около 45 км/год. При этом полюс стал немного разворачиваться в сторону Канады, двигаясь по-прежнему в северо-западном направлении.

Что происходит с магнитными полюсами и магнитным полем в районе Бразильской аномалии в настоящий момент, покажут наблюдения Swarm.

Полюса наоборот

Наблюдения векового хода геомагнитного поля с наземных магнитных обсерваторий показывают, что величина всех трёх ортогональных компонентов вектора геомагнитного поля медленно меняется год от года. Вековая вариация для каждой компоненты может иметь различную форму и достигать нескольких процентов от полной измеряемой величины. Вековые вариации свойственны и дипольной, и недипольной составляющим геомагнитного поля. За последнее столетие дипольное поле уменьшалось примерно на 0,05% в год . Относительная величина годового изменения недипольного поля в среднем больше, но меняется от региона к региону, где напряжённость поля может как уменьшаться, так и увеличиваться. Довольно часто, иногда раз в несколько лет, происходят события ускорения векового хода - так называемые геомагнитные джерки.

Полный магнитный момент земного диполя уменьшается в течение года при-близительно на одну тысячную своего значения. Следовательно, короткий (в геологическом отношении) отрезок времени достаточен, чтобы полностью изменить всю картину геомагнитного поля, включая переход его через ноль и смену полярности. Оценки, сделанные по палеомагнитным данным, показывают, что действительно в далёком прошлом происходили переполюсовки, или инверсии, магнитного поля Земли. Северный и южный полюса менялись местами .

Во время переполюсовок, которые происходили постепенно, магнитное поле Земли теряло дипольную структуру. Перед инверсией поле ослабевало, а после неё постепенно возрастало до прежних значений. В прошлом инверсии в среднем происходили примерно каждые 250 000 лет. Но со времени последней прошло уже 780 000 лет. Объяснения столь длительного периода стабильности пока нет, а корректность интерпретации палеомагнитных данных периодически подвергается критике. Однако то, что в настоящее время главное магнитное поле Земли довольно интенсивно уменьшается, неоспоримый факт . Это может быть признаком начала глобальных процессов в недрах Земли .

Механизм смены магнитных полюсов и сама природа магнитного поля Земли по сей день точно неизвестны, и существует несколько теорий, объясняющих его происхождение. Нет и достаточных знаний для точного предсказания эволюции геомагнитного поля.

Исчезновение магнитного щита и озоновая дыра

Сейчас напряжённость магнитного поля Земли составляет около 30 000 нТл на экваторе (где вектор поля направлен по горизонтали) и 60 000 нТл на полюсах (где вектор направлен вертикально). Это значение на несколько порядков меньше значения магнитного поля, создаваемого медицинскими приборами для магнитной томографии. Так что живые организмы достаточно адаптированы к изменениям величины магнитного поля Земли. Мы также не испытываем дискомфорта, перемещаясь из Северного полушария в Южное, где магнитное поле земного диполя направлено в противоположную сторону. Тем не менее уменьшение дипольного момента, которое мы сейчас определённо наблюдаем, вызывает беспокойство. Оно указывает на повышение вероятности переполюсовки - самого драматичного глобального изменения магнитного поля Земли. Если уменьшение дипольной компоненты поля со скоростью 0,5% в год продолжится, то эта основная составляющая поля исчезнет уже в четвёртом тысячелетии. А квадрупольная и тетрапольная составляющие будут играть всё более существенную роль, что приведёт к сложной, многополярной топологии поля. Палеомагнитные исследования указывают, что такая конфигурация всегда предшествовала переполюсовке . Фактически Земля в этот период лишается своего прочного магнитного щита .

Ослабление геомагнитного поля определённо отразится на земной атмосфере. Магнитное поле экранирует Землю от энергичных заряженных частиц, приходящих из космоса и от Солнца. Увеличение потоков частиц приводит к увеличению оксидов азота в средней атмосфере. Эти частицы, постепенно оседая, активно разрушают стратосферный озон. В результате уменьшения концентрации озона увеличивается вредная УФ [ультрафиолетовая]-радиация.

Сейчас уменьшение содержания озона фиксируется на всех широтах , и особенно заметно на высоких, несмотря на активные меры, принятые в рамках Монреальского протокола о защите озонового слоя Земли. Наиболее драматические потери озона происходят в Южном полушарии над Антарктикой. В весенний период здесь развивается самая большая озоновая дыра. Однако в 2012 году рекордно малая концентрация озона была зафиксирована и в Арктике, хотя атмосферная циркуляция такова, что значительных озоновых дыр там образовываться не должно.

Моделирование показывает, что при нулевом геомагнитном поле концентрация озона в атмосфере уменьшится на 50% . Такое сокращение содержания озона и появление многочисленных озоновых дыр приведут к катастрофическим последствиям для биосферы. Изменение спектра солнечного излучения, проходящего через земную атмосферу к поверхности Земли, нарушит всю биологическую цепочку. В первую очередь это повлияет на микроорганизмы, обитающие в океане и создающие основную биомассу на Земле. Степень их приспособляемости к изменению спектра солнечной радиации определит дальнейшие биологические и климатические последствия ослабления магнитного щита Земли.

Отметим, что при переполюсовке наступят сложные времена и для высокоорганизованных организмов, способных ориентироваться по магнитному полю, например перелётных птиц и морских животных.

Изменения магнитного поля скажутся и на технике. Если главное магнитное поле Земли ослабнет и перестанет быть дипольным, традиционные технические средства ориентации, которые человек использует на протяжении тысячелетий, перестанут работать. Стрелка компаса не найдёт ни севера, ни юга.

При ослаблении магнитного поля Земли низкоорбитальные космические аппараты подвергаются повышенному радиационному облучению и бомбардировке частицами больших энергий . Во время солнечных вспышек выходят из строя приборы. Космонавты, а также пассажиры и экипажи трансконтинентальных авиарейсов могут получить опасную дозу радиации. Так, при пролёте над Бразильской магнитной аномалией, которая проявляется до высот 600 км, на обитаемой космической станции принимаются специальные меры защиты. Плотность потока заряженных частиц в районе аномалии превышает аналогичную величину, измеренную в удалённых районах, на несколько порядков.

От Канады до России

Если полюс продолжит своё движение в том же направлении, что и сейчас, то зона максимальных геомагнитных вариаций, опасных для технологических систем, будет постепенно покрывать северные территории России. Именно те территории, где предполагается развивать новые энергетические проекты.

Чем поможет Swarm?

Космическая миссия Swarm рассчитана на четыре-пять лет. Данные, полученные европейскими спутниками, могут использоваться не только непосредственными участниками проекта, но и научными организациями мира, подавшими соответствующую заявку в ЕКА. Шесть заявок было подано от России. Геофизический центр РАН также принимает участие в анализе результатов наблюдений Swarm. Спутниковые данные будут открыты и для тех исследователей, которые присоединятся к программе в будущем.

Наибольший интерес вызывают данные о поведении внутреннего магнитного поля Земли. На базе измерений Swarm будет построена новая модель главного поля, которая должна отражать его современное состояние. Эта модель останется актуальной на протяжении следующих пяти лет для определения вектора геомагнитного поля в любой точке земного шара. Сравнение интенсивности поля, измеряемой спутником в настоящее время, с интенсивностью прошлых десятилетий покажет, насколько изменилась структура геомагнитного поля в различных регионах Земли и в целом на планете. Эти изменения отражают эволюцию глубинных земных слоёв: жидкого ядра, коры и мантии, а их изучение позволит продвинуться в построении непротиворечивой физической теории генерации магнитного поля в недрах Земли - теории геодинамо.

На основе показаний спутниковых магнитометров можно вычислить вариации магнитного поля литосферного происхождения. Построение детальных карт литосферного поля имеет большое практическое значение для изучения геологии и тектоники, так как эта часть геомагнитного поля связана с геологическими структурами.

Модельное представление главного магнитного поля Земли в его современном состоянии (слева) и в процессе переполюсовки (справа) . Со временем магнитное поле Земли из дипольного может превратиться в мультипольное, а затем опять сформируется стабильная дипольная структура. Однако направление поля изменится на противоположное: северный геомагнитный полюс окажется на месте южного, а южный переедет в Северное полушарие. Такие события переполюсовки уже неоднократно происходили в геологическом прошлом нашей планеты

В отличие от предыдущих - одноаппаратных - миссий Swarm даёт возможность выделять структуры разных масштабов и оценивать пространственные градиенты магнитного поля. Новые карты распределения геомагнитного поля будут иметь пространственно-временнόе разрешение, недостижимое ранее. Если за время работы спутниковой группировки на орбите наземные обсерватории зафиксируют события глобального или локального ускорения вековых вариаций геомагнитного поля (джерки), спутниковые наблюдения помогут понять их природу, которая до сих пор до конца не выяснена.

Особое внимание предполагается уделить изучению Бразильской магнитной аномалии, где наблюдается наибольшее падение напряжённости магнитного поля.

В задачи Swarm входят также уточнение положения и мониторинг дрейфа северного и южного магнитных полюсов. Это тем более важно, что оба полюса в настоящее время находятся в океане и определить их точное положение с помощью наземных экспедиционных исследований достаточно непросто.

Есть ещё одна интересная проблема, для решения которой будут использоваться наблюдения Swarm. Предварительные оценки показывают, что высокочувствительные магнитометры, установленные на борту Swarm, могут детектировать магнитное поле, индуцируемое океанскими течениями. Изучение океанского магнитного сигнала из космоса и анализ спутниковых данных при пролётах Swarm над океанами позволят не только оценить параметры самих течений, но и рассчитать электропроводность верхней мантии Земли.

Задачи, перечисленные выше, относятся к изучению источников внутреннего магнитного поля Земли. Однако данные наблюдений Swarm помогут и в изучении электродинамического взаимодействия в системе солнечный ветер -магнитосфера - ионосфера. Среди задач солнечно-земной физики, которые предполагается решить, - определение структуры электрических токов, текущих между магнитосферой и ионосферой вдоль силовых линий геомагнитного поля, связь этих токов с полярными сияниями, ионосферные электрические поля и токи во время спокойных условий и геомагнитных бурь, волновые движения и передача энергии в верхней атмосфере Земли, вариации плотности атмосферы». http://www.nkj.ru/archive/articles/24756/

Земля - это гигантский магнит, вокруг которого образуется магнитное поле. Магнитные полюса Земли не совпадают с истинными географическими полюсами - северным и южным. Силовые линии, идущие от одного магнитного полюса к другому, называются магнитными меридианами. Между магнитным и географическим меридианом образуется некоторый угол (около 11,5°), называемый магнитным склонением. Поэтому намагниченная стрелка компаса точно показывает направление магнитных меридианов, а направление на северный географический полюс - лишь приблизительно.

Свободно подвешенная магнитная стрелка располагается горизонтально только на линии магнитного экватора, который не совпадает с географическим. Если двигаться к северу от магнитного экватора, то северный конец стрелки будет постепенно опускаться. Угол, образованный магнитной стрелкой и горизонтальной плоскостью, называют магнитным наклонением. На Северном магнитном полюсе (77° с.ш. и 102° з.д.) свободно подвешенная магнитная стрелка установится вертикально северным концом вниз, а на Южном магнитном полюсе (65° ю.ш. и 139° в.д.) её южный конец опустится вниз. Таким образом, магнитная стрелка показывает направление силовых линий магнитного поля над земной поверхностью.

Считается, что постоянное магнитное поле наша планета генерирует сама. Оно образуется из-за сложной системы электрических токов, возникающих при вращении Земли и перемещении жидкого вещества в её внешнем ядре. Положение магнитных полюсов и распределение магнитного поля по земной поверхности со временем меняются. Магнитное поле Земли простирается до высоты около 100 тыс. км. Оно отклоняет или захватывает частицы солнечного , губительные для всех живых организмов. Эти заряженные частицы образуют радиационный пояс Земли, а вся область околоземного пространства, в которой они находятся, называют магнитосферой.

Солнце посылает к Земле огромный поток энергии, состоящий из электромагнитного излучения (видимого света, инфракрасного и радиоизлучения); ультрафиолетового и рентгеновского излучений; солнечных космических лучей, возникающих только во время очень сильных вспышек; и солнечного ветра - постоянного потока плазмы, образованного главным образом протонами (ионы водорода).
Электромагнитное излучение Солнца приходит к Земле через 8 мин., а потоки частиц, приносящие основную часть возмущения от Солнца, двигаются со скоростью около 1000 км/с и задерживаются на двое-трое суток. Основной причиной возмущений солнечного ветра, существенно влияющих на земные процессы, являются грандиозные выбросы вещества из короны Солнца. При движении к Земле они превращаются в магнитные и приводят к сильным, иногда экстремальным возмущениям на Земле. Особенно сильные возмущения магнитного поля Земли - магнитные бури - нарушают радиосвязь, вызывают интенсивные полярные сияния.

Магнитные аномалии

В некоторых районах планеты наблюдаются отклонения магнитного склонения и магнитного наклонения от средних значений для данной территории. Например, в Курской области в районе месторождения железной руды напряжение магнитного поля в 5 раз выше, чем среднее для этого района. Месторождение так и называется - Курская магнитная аномалия. Иногда подобные отклонения наблюдаются на обширных площадях. Восточно-Сибирская магнитная аномалия характеризуется западным магнитным склонением, а не восточным.

Поиск по сайту.