A Föld mágneses mezeje , más néven a Föld pajzs , egy mágneses mező jelen egy nagy tér körül Föld (nem egyenletesen miatt kölcsönhatása a napszél ), valamint a kéreg és a köpeny . Eredete a külső magban van , egy öngerjesztő dinamómechanizmus révén .
John Tarduno, a Rochesteri Egyetem ( Egyesült Államok ) tanulmányai szerint a Föld mágneses tere már 3,45 milliárd évvel ezelőtt volt. Abban az időben a térerősség a jelenlegi értékének 50-70% -a volt. De a 3,2 Ga-tól a föld területe ugyanolyan intenzív volt, mint ma. 2014-ben azt javasolták, hogy a Föld mágneses tere már 4,2 milliárd évvel ezelőtt létezett, de ezeknek az ősi cirkon kristályok mágnesezésén alapuló tanulmányainak érvényességét 2020-ban megkérdőjelezték.
A Föld mágneses mező által generált mozgását konvekciós a külső mag bolygónk, amely fém- folyadék (elsősorban Fe és Ni ). Ez a külső mag működik, mint egy öngerjesztésű dinamó (mi is mondjuk önfenntartó ), vagyis, hogy a mágneses mező az eredete az elektromos áramot, amelyek maguk is termelnek a szántóföldön (fészkelő az elektromágneses indukció és a törvény Biot és Savart ). A konvekció valószínűleg szolutális ( a koncentráció gradiensei miatt ), nem pedig termikus (a hőmérsékleti gradiensek miatt ), és szorosan összefügg a belső mag növekedésével : a szilárd vas-nikkel kevésbé gazdag oldott elemekben, mint a folyadék, a kristályosodás e folyadék feloldott elemekben gazdagítja a külső mag alapját; mivel ezek az elemek könnyebbek a Fe-nél és a Ni-nél, a mély fémes folyadék hajlamos emelkedni Archimedes tolóerejének hatására .
A belső mag azonban túl fiatal ahhoz, hogy a fenti mechanizmus több mint 1,5 Ga-mal működött volna . Egy másik solutal konvekciós eljárással lett volna a exsolution a magnézium-oxid MgO, mivel a fokozatos hűtés a mag (miközben teljes mértékben folyadék). Az MgO valóban nagyon magas hőmérsékleten oldódik folyékony vasban. Jelentős mennyiségű MgO feloldódhatott a magban a Föld felszaporodása során, és különösen a Hold kiindulópontjánál bekövetkező gigantikus ütközés során.
A Föld mágneses tere első közelítésként összehasonlítható a jobb oldali mágnes (vagy egy mágneses dipól , vagy egy elektromos áram által áthaladt lapos tekercs ), a mágneses nyomaték 7,7 × 10 22 A m 2 2000-esével Ennek a mágnesnek a központi pontja nem éppen a Föld középpontjában található, néhány száz kilométerre található a geometriai középponttól. Ez a közelítés nem felejtheti el, hogy a mezőnek többpoláris komponensei vannak, amelyek intenzitása, bár sokkal gyengébb, mint a dipoláris komponens, nem elhanyagolható, különösen a földi mágneses tér inverziója során, amely a gyengülést látja. a nem dipoláris komponensek uralkodóvá válnak.
A potenciál elmélete azt írja le Laplace egyenletéből , hogy a kvadrupól erre a jobb mágnesre második sorrendben , a harmadik sorrendben egy polip stb. Kerül a végtelenségig. Ez az úgynevezett szférikus harmonikus bomlás olyan együtthatókat fogad el, amelyek súlyozzák az egyes mágneseknek tulajdonítandó fontosságot. Elsőként a Föld körül elosztott mágneses obszervatóriumok hálójából származó Gauss-ot mértük , majd statisztikai tanulmányokat nyerünk belőlük.
A Föld mágneses térvonalainak az ionoszféra fölött , több mint 1000 km-re lévő készletét magnetoszférának nevezzük . A Föld mágneses mezőjének hatása több tízezer kilométernyire érezhető.
Más bolygók a Naprendszer egy mágneses mező: Mercury , Saturn , Uranus , Neptunusz és különösen a Jupiter . A Sun maga egy.
Noha a mágnesek már az ókortól ismertek, 1000–100 között körülbelül a kínaiak használták őket az iránytű segítségével tájékozódni . A kapcsolat a mágnesek és a Föld mágneses tere fedezte fel 1600 által William Gilbert , egy angol orvos és fizikus Queen Elizabeth I újbóli közzétételére 1600 Magno Magnete tellúr ( „A Nagy mágnes a Föld”). Ez az elmélet az első a Föld globális jellemzőivel kapcsolatban, Isaac Newton súlyossága előtt . Bemutatta, hogy a mágnesezett gömb (" Terrella ") felületére helyezett iránytű mindig ugyanazt a pontot jelzi, mint a Földön.
A mágneses pólusokat hagyományosan a föld felszínének azon pontjaként definiálják, ahol a mágneses mező helyileg függőleges, azaz a mágneses dőlés 90 fok (a dőlés meghatározásához lásd a mágneses mező tulajdonságait alább). Félgömbönként egy északi és déli mágneses pólus található. A XI . Században a kínai polenata, Shen Kuo vette észre először, hogy a földrajzi pólusok és a mágneses pólusok nem egyeznek. A tudósok 1831-ben vették észre, hogy a mágneses pólusok elmozdulnak.
A Föld mágneses északi pólusa valójában egy „déli” mágnesességi pólus. Ez egy tiszta konvenció miatt a választás a hívás „északi” a tű hegye az iránytű, amely rámutat ennek mágneses pólus, ami nem túl messze a földrajzi Északi-sarktól . A két geomágneses póluson áthaladó geomágneses tengely 11,5 ° -os szöget zár be a Föld forgástengelyéhez képest; ez a mágneses deklináció .
A „poliarktikus” projekt 2007. áprilisi mérése az északi mágneses pólust (Nm) az északi 83,95 ° és a nyugati 121,02 ° ( 83 ° 57 ′ 00 ″ É, 121 ° 01 ′ 12 ″ ny. ), vagy 673 km- re a földrajzi északi sarktól (Ng), majd 55 km / év átlagos mozgási sebességgel, szemben az 1990 előtti 15 km / évvel. Ez a gyorsulás a pólus elmozdulását eredményezte. a XXI th században, az egész XX th .
Közepe óta -1990s , akkor költözött Kanadába (ahol mindig is található, mivel az első oszlopok) Szibéria nélkül ez a fejlődés úgy értendő, a tudományos közösség.
2010 nyarán 550 km- re volt a földrajzi északi sarktól.
A mozgás gyorsulása egy másik jelenséggel kombinálódik: "geomágneses lökések", impulzusok, amelyek lokálisan "felgyorsítják" a mágneses teret. Az egyik 2016-ban következett be. Az amerikai szakszolgálatok így 2019-ben terjesztették a világ mágneses modelljének új változatát, amely a szakterület egyik referenciája.
2019 szeptemberében a mágneses Északi-sark hosszúsága a Greenwich-i meridián hosszúsága volt .
Ezenkívül a mágneses pólus helyzete napközben változik, így több tíz km-t mozog az átlagos pozíciója körül.
A déli mágneses pólus , eközben található off Adélie Land , a Urville tenger , 65 ° S és 138 ° E.
Mágneses Északi-sark | (2001) ÉSZ 81 ° 18 ′, NY 110 ° 48 ′ | (2004) ÉSZ 82 ° 18 ′, NY 113 ° 24 ′ | (2005) északi szélesség 82 ° 42 ′, ny. H. 114 ° 24 ′ | (2010) é. Sz. 85 ° 00 ′, ny. H. 132 ° 36 ′ |
Mágneses déli sark | (1998) 64 ° 00 ′, kh 138 ° 30 ′ | (2004) 63 ° 30 ′, kh 138 ° 00 ′ | (2005) 63 ° 06 ′, kh 137 ° 30 ′ | (2010) 64 ° 24 ′, kh 137 ° 18 ′ |
A Föld mágneses mezőjének egy adott pontján a mágneses mező vektor függőleges (a helyi függőleges mentén vagy nagyjából a Föld közepe felé irányított) és vízszintes komponensre bontható . A mágneses pólusoknál a vízszintes komponens értéke nulla.
A napszél felelős a mért mező változásaiért, az elektromos áramok által, amelyeket az ionoszférában és a magnetoszférában generál. A naptevékenységtől függően a mágneses viharok a B 0 vízszintes komponens intenzitásának változtatásával megzavarhatják a föld mágneses terét . Ezenkívül a napszél torzítja a Föld mágneses mezőjének mezővonalait. A nappali oldalon a Föld felé simulnak, az éjszakai oldalon pedig tíz földi sugár felett eltérnek .
A mágneses indukció értékét teslában (az egység neve a Nemzetközi Egységrendszerben ) fejezik ki Nikola Tesla tiszteletére . Jelenleg Közép-Franciaországban 47 μT körül van.
A régészeti tárgyakban (tégla, kerámia stb.) Elhelyezkedő mágneses mező vizsgálati nyomain alapuló archaeomagnetizmus és a sziklákon alapuló paleomagnetizmus a geomagnetizmus időbeli fejlődésének megértéséhez; például a mágneses polaritás megfordulásának datálásával a korokon keresztül.
Két egyforma Helmholtz-tekercs esetében, amelyeket a sugarukkal megegyező távolság választ el egymástól, a két tekercs közepén létrehozott mező egyenletesnek tekinthető (a két tekercset ugyanaz az áram járja át). Azáltal, hogy ezeket a tekercseket úgy helyezzük el, hogy az általuk kiváltott mező igazodjon a föld mágneses mezőjéhez, a tekercsek közötti eredő teljes mező tehát:
.Az R / 2-be helyezett mágneses tű (iránytű) igazodik ehhez a mezőhöz. Az egyensúlyi helyzetéből eltávolítva egy időszakban oszcillál:
ahol μ a mágnes mágneses momentumát, J pedig tehetetlenségi nyomatékát jelöli .
Ha megfordítjuk az áram irányát a tekercsekben, az indukált mező megváltoztatja az irányt (a földfelszínnel kollináris irány megőrzése). Annak biztosításával, hogy a tekercs által kiváltott mező alacsonyabb legyen, mint a föld mágneses tere (az áram irányának változása nem okozhat változást a tű irányában), a tű ekkor oszcillál:
.Ebből a két időszakból kapjuk:
.Így, ha figyelembe vesszük, tekercsek sugarú R , tagjai N fordul, és áram halad az intenzitás I , mérésével T 1 és T 2, vezetjük le a földi mágneses mező:
.A Helmholtz-tekercseket ezúttal úgy helyezzük el, hogy az általuk kiváltott mező merőleges legyen a föld mágneses mezőjére.
A két mező hatásának kitett mágneses tű az eredményüknek megfelelően van orientálva. Az eredményül kapott mező, amelynek az iránytű ki van téve, megegyezik a földi és az indukált mező összegével, és az α irányba igazodik úgy, hogy:
.Az α szög mérése lehetővé teszi a mágneses mező értékének megszerzését:
.A tűt a tökéletes iránytű (nem zavarta a parazita mező), megfelelően van elrendezve a párhuzamos komponense a tárcsát (általában vízszintesen), fennmaradó érintő a mező vonal a hely, ahol ez található. Az iránytű a mágneses északi sark (és nem a földrajzi északi sark ) irányát jelzi ; a relatív szögkülönbséget mágneses deklinációnak hívják , amelynek értéke attól függ, hogy hol tartózkodik.
A navigációban használt iránytű, amelyet iránytűnek nevezünk , általában nem a mágneses északot, hanem az északi iránytűt jelzi , amely irányba még egy korrekciót (ún. Iránytű eltérést) kell elvégezni a mágneses észak irányának megtalálásához.
A hely mágneses variációja a régió részletes térképein (1/50 000 vagy 1/25 000) található meg. A hajózási és repülési térképeken becslés is szerepel az éves változásról (például évi 6 'csökkenés). Néhány modern alkalmazáshoz (repülés stb.) Helyette magnetométert használnak , amely a mágneses mező vektor három összetevőjét méri.
Különbséget kell tenni a archaeomagnetism , alapján a tanulmány a nyomait a mágneses mező rögzített régészeti tárgyak (tégla, kerámia, stb), és paleomagnetism elemzése alapján az eltérések a mágneses mező által rögzített kőzetek. Az anyag „gyors” megszilárdulása (fazekasság lőése, vulkánkitörés stb.) Során a benne lévő mágneses dipólusok megfagynak, így pillanatképet adnak a Föld mágneses mezőjének irányáról. A munka Xavier Le Pichon az 1970-es lehetővé tette, hogy kiemelje a jelenség a kontinentális sodródás , a tanulmány a változás a földi mágneses tér rögzített szinten a közép-atlanti gerincek. Így derült ki, hogy a Föld mágneses tere több millió polaritáson ment keresztül évmilliók alatt.
A bányakutatás a geomagnetizmus vizsgálatának egyik fő alkalmazási területe. Különböző kőzetek különböző mágnesezettséggel, a föld mágneses mezőjének intenzitása módosul. Így lehetséges a struktúrák mélységi térképének elkészítése, a kőzetek mágnesezettségének variációi szerint.
A Föld mágneses mezője létfontosságú szerepet játszik a Föld életének fejlődésében, elhárítja a halálos részecskéket a napszéltől, így kialakul az északi és a déli fény .
A Föld globális mágneses terét létrehozó külső mag (folyadék) nagyon lassan lehűl. A belső (szilárd) mag nagyobb lesz, ha a belső maggal érintkező külső magból folyékony fém megszilárdul. Becslések szerint a külső mag néhány milliárd év alatt (majdnem) teljesen megszilárdul, és ennek eredményeként a globális mágneses mező eltűnik.
A Föld ekkor a globális mágneses tér nélkül összehasonlítja a Vénuszban jelenlévőkkel összehasonlítható körülményeket .
Úgy tűnik, hogy sok vándorló szárazföldi ( pl. Madár ) vagy vízi ( pl .: tengeri teknős ) állat jól érzékeli a szárazföldi mágneses teret ( magnetorecepció ), még akkor is, ha a vándorlás során más érzékszervek is érintettek. Például az üreg teknősök érzékenyek a szélességre , a föld mágneses mezőjétől és hajlásától függően. Így e faj nagyon fiatal teknősök nem sokkal a kikelésük után egy medencében helyezkednek el, amely más régiók ( Puerto Rico és Zöld-foki Köztársaság) mágneses terének viszonyait reprodukálja , amelyek a szokásos vándorlási útvonalon azonos szélességi fokon (ÉSZ 20 °), de különböző hosszúsági fokok) gyorsan elfordultak abba az irányba, amelyet ebben a környezetben megfogadtak (ÉK, illetve DK).
A Föld mágneses mezőjének megfordulása visszatérő jelenség a Föld geológiai történetében, a mágneses Északi-sark a földrajzi Déli-sarkra költözik , és fordítva. A Föld magjának stabilitásának zavara . Ezután a mágneses mező rövid ideig (1000-10 000 év) pánikba esik, amely alatt a mágneses pólusok az elméletektől függően gyorsan mozognak a földgömb teljes felületén, vagy eltűnnek.
Ezen átmenet során a mágneses tér intenzitása nagyon gyenge, és a bolygó felülete ki lehet téve a napszélnek , amely potenciálisan veszélyes az élő szervezetekre. Ha ez ma megtörténne, akkor a mágneses teret használó számos technológia is érintett lehet.
Ezen átmeneti periódus végén vagy a mágneses pólusok visszatérnek kiinduló helyzetükbe, akkor ez csak egy geomágneses kirándulás kérdése, vagy áthatolnak, és ott inverzióról beszélünk.
A föld területe az elmúlt 200 millió évben körülbelül 300-szor fordult meg. Az utolsó visszaváltás 780 000 évvel ezelőtt, az utolsó visszafordítás pedig 33 000 évvel ezelőtt történt, senki sem tudja, mikor következik a következő.
2012-ben Mioara Mandea és csapata összefüggést mutatott a földi mágneses változások és a gravitációs mezők változásai között, amelyeket az Alaszkától az Indiai-óceánig terjedő területen a Föld magjában végzett módosítások okoztak, az ok-okozati jelentés még nem bizonyított, és a építendő elméleti modell.