Куда бежит магнитный полюс?
Николай Семаков, Александр Ковалев, Анатолий Павлов, Ольга Федотова
«Наука из первых рук» №2(68), 2016
Куда указывает стрелка компаса? Ответ на этот вопрос даст любой: конечно, на Северный полюс! Более осведомленный уточнит: стрелка показывает направление не на географический полюс Земли, а на магнитный, и что в реальности они не совпадают. Самый знающий добавит, что магнитный полюс вообще не имеет постоянной «прописки» на географической карте. Судя же по результатам последних исследований, полюс не только имеет природную склонность к «бродяжничеству», но в своих блужданиях по поверхности планеты иногда способен перемещаться со сверхзвуковой скоростью!
Николай Николаевич Семаков — кандидат геолого-минералогических наук, научный сотрудник магнитной обсерватории «Новосибирск» Алтае-Саянского филиала Геофизической службы РАН, доцент Новосибирского национального исследовательского государственного университета. |
Александр Анатольевич Ковалев — инженер-исследователь магнитной обсерватории «Новосибирск» Алтае-Саянского филиала Геофизической службы РАН. Автор и соавтор 5 научных работ. |
Анатолий Федорович Павлов — инженер-исследователь магнитной обсерватории «Новосибирск» Алтае-Саянского филиала Геофизической службы РАН. Автор и соавтор 47 научных работ. |
Ольга Ивановна Федотова — инженер-исследователь магнитной обсерватории «Новосибирск» Алтае-Саянского филиала Геофизической службы РАН. Автор и соавтор 15 научных работ. |
Знакомство человечества с явлением земного магнетизма, судя по письменным китайским источникам, случилось не позднее 2–3 в. до н. э. Те же китайцы, несмотря на несовершенство первых компасов, заметили и отклонение магнитной стрелки от направления на Полярную звезду, т. е. на географический полюс. В Европе с этим феноменом познакомились в эпоху Великих географических открытий, не позднее середины XV в.
О смещении географического положения магнитных полюсов на поверхности планеты ученые заговорили с начала прошлого века после повторных, с интервалом в год, измерений координат истинного Северного магнитного полюса. С тех пор в научной печати достаточно регулярно появляется информация об этих «странствиях», особенно Северного магнитного полюса, который сейчас уверенно движется от островов Канадского арктического архипелага к Сибири. Раньше он перемещался со скоростью около 10 км в год, в последние же годы эта скорость возросла (Newitt et al., 2009).
Но это касается изменения географического положения полюсов год от года, а насколько стабильно они ведут себя в масштабе реального времени — в течение секунд, минут, суток? Судя по наблюдениям путешественников, полярных мореплавателей и авиаторов, магнитная стрелка иногда вертится, «как бешеная», поэтому устойчивость положения магнитных полюсов давно ставилась под сомнение.
Однако до сих пор ученые не пытались оценить ее количественно.
В магнитных обсерваториях мира сегодня ведется непрерывная запись всех компонентов вектора магнитной индукции, которые применяют для расчета среднегодовых значений параметров магнитного поля и создания карт земного магнетизма, использующихся для выявления аномалий при проведении магниторазведочных работ. Эти же записи позволяют изучить и поведение магнитного полюса на временных интервалах меньше года.
Что же происходит с полюсом в спокойный период и во время магнитных бурь? Насколько сильно такая буря может «раскачать» магнитный диполь в центре Земли? И, наконец, насколько большую скорость способен в реальности развивать магнитный полюс?
Ответы на эти вопросы имеют не только научный, но и практический интерес. Ведь вместе со смещением магнитного полюса и расширением области его «блуждания» не только меняется область полярных сияний, но и возрастает риск возникновения аварийных ситуаций в протяженных линиях электропередач, помех в работе спутниковых навигационных систем и коротковолновой радиосвязи.
Сквозь магнитные бури
К угловым элементам земного магнетизма относятся магнитное склонение (Δ), равное углу между северным направлением истинного (географического) и магнитного меридианов, и
Одним из самых, на наш взгляд, эффективных и наглядных способов исследования поведения полюсов является преобразование значений элементов земного магнетизма в более «интегральные» и удобные для сопоставления характеристики — мгновенные координаты магнитных полюсов и локальную магнитную постоянную (Bauer, 1914; Kuznetsov et al.
Оказалось, что даже в дни спокойного состояния магнитного поля в периоды осеннего или весеннего равноденствия виртуальный северный магнитный полюс может вообще реально не побывать в точке своего рассчитанного «среднесуточного» положения! Дело в том, что в течение светового дня полюс не остается в неподвижности, а его «траектория» напоминает овал. Например, в спокойные дни по данным магнитной обсерватории «Ключи» (Новосибирск) северный магнитный полюс описывает по часовой стрелке петлю, вытянутую примерно на 10 км в направлении с юго-востока на северо-запад.
Во время магнитной бури колебания магнитной оси Земли происходят намного сильнее, но их также нельзя назвать хаотичными.
Так, 17 марта 2013 г. всего за 20-минутный интервал магнитный полюс «пробежал» по эллипсу размером более 20 км, выписывая по пути мелкие вензеля с периодом в несколько секунд. Интересно, что в отдельные периоды возмущения магнитного поля полюс может менять направление своего движения, перемещаясь против часовой стрелки.
Одна из самых мощных магнитных бурь произошла 29–31 октября 2003 г. О степени «расшатывания» магнитного диполя ядра Земли во время этой бури можно судить по траектории движения северного магнитного полюса, который совершил настоящий «вояж» по окрестным островам, неоднократно отклоняясь в разные стороны на сотни километров от своей «нормальной», среднегодовой позиции. Для сравнения заметим, что путь, пройденный северным магнитным полюсом, рассчитанный по среднегодовым значениям склонения и наклонения на основе данных канадской обсерватории Резольют-Бей, за последние 40 лет представляет собой линию длиной не более 500 км.
Со скоростью звука
Сегодня в мире работает более ста магнитных обсерваторий, данные измерений которых сохраняются в единой базе «ИНТЕРМАГНЕТ» (InteRMagNet — International Real Magnetic Net).
И хотя в ней обычно представлены данные с минутным интервалом, большинство магнитных обсерваторий измеряют значения элементов земного магнетизма ежесекундно. Но даже расчеты по средним минутным значениям на основе данных обсерваторий, расположенных на разных широтах земного шара, позволяют оценить закономерности и скорости движения магнитных полюсов.
Прежде чем рассчитать скорость движения полюса за определенный период времени, требуется преобразовать величины склонения и наклонения в координаты соседних географических точек, которые за это время посещал магнитный полюс, а затем оценить общую длину соединяющей их дуги большого круга, которая и является минимальной оценкой пути, пройденного полюсом. Именно минимальной — потому что эта дуга представляет собой кратчайший путь по сфере от одной точки до другой. А общая траектория объекта нашего исследования на поверхности земного шара как во время магнитных бурь, так и в период «покоя» представляет собой не просто дугу, а набор «петель» различной формы и размеров.
Для вычисления скоростей виртуальных магнитных полюсов мы выбрали 17 марта 2013 г.: в течение этих суток наблюдалось как спокойное, так и возмущенное состояние магнитного поля. Для каждой из 1440 минут этих суток на основе минутных значений характеристик земного магнетизма был рассчитан путь, пройденный виртуальным магнитным полюсом, и определена скорость его движения.
Результаты вычислений впечатлили даже опытных магнитологов: оказалось, что в отдельные моменты магнитные полюса могут перемещаться не только со скоростью автомобиля, но и реактивного самолета, превышающего скорость звука!
Интересно, что полученные оценки скоростей зависели от географического положения обсерваторий, данные которых были использованы для расчетов. Так, по данным среднеширотных и низкоширотных обсерваторий скорости движения виртуальных магнитных полюсов (как средние, так и максимальные) оказались значительно меньше, чем по данным обсерваторий, расположенных в Арктике и Антарктике.
Кстати сказать, степень удаленности обсерватории от истинного магнитного полюса аналогично влияет и на суточный разброс положения виртуального магнитного полюса. Эти данные также свидетельствуют в пользу того, что наиболее точную информацию о параметрах движения истинных магнитных полюсов можно получить именно в тех районах, где эти полюсы реально «блуждают».
Магнитные обсерватории дают сегодня много информации об изменении географического положения магнитных полюсов Земли год от года. При этом скорости движения виртуальных магнитных полюсов, рассчитанные на основе данных обсерваторий из различных регионов, значительно варьируют (от 2-х до 65-ти км в год) и могут существенно меняться со временем. Арктические же исследования по установлению положения истинного северного магнитного полюса, которые в течение нескольких последних десятилетий ведут канадские магнитологи, очень сложны (Newitt, Niblett, 1986; Newitt, Barton, 1996, Newitt et al., 2009).
На практике магнитологи во время наблюдений в обсерваториях и «в поле», как правило, имеют дело с фактическими («мгновенными») значениями элементов земного магнетизма, привязанными к конкретной секунде и конкретному месту.
И скорости движения магнитных полюсов, определенные на основе таких экспериментальных данных, оказываются намного больше скоростей, полученных при последующих усреднениях (минутных, часовых, суточных, годовых). При каждой такой процедуре траектории движения полюса становятся все более «выпрямленными», а скорости его движения, соответственно, уменьшаются.
Однако минутные и секундные данные магнитных обсерваторий, пересчитанные в соответствующие географические координаты магнитных полюсов, показывают удивительную подвижность последних. Представим себе сложность ситуации, в которую могут попасть наши канадские коллеги, занимающиеся установлением положения истинного северного магнитного полюса в то время, когда он «летает» мимо них со скоростью самолета ледовой разведки!
Любопытный вывод можно сделать и относительно инверсии магнитного поля Земли, то есть перехода северного магнитного полюса в южное полушарие (или южного — в северное). Если допустить, что истинные магнитные полюса могут приближаться к географическому экватору со среднегодовой скоростью порядка 10 км/год, то процесс инверсии может уложиться в 1–2 тыс.
лет. Но если бы они могли достаточно долгое время сохранять такое целенаправленное движение со скоростью самолета, автомобиля или даже пешехода, то инверсия произошла бы за считанные годы, дни и даже часы!
Чем ближе к полюсу находится магнитная обсерватория, тем ближе будут располагаться координаты истинного магнитного полюса и виртуального, рассчитанного на основе параметров магнетизма, измеренного этой обсерваторией. Ближайшими к северному магнитному полюсу обсерваториями в последние годы были канадская магнитная обсерватория «Резольют-Бей» и российская — «Мыс Челюскин». При этом, как свидетельствует многолетние данные, от первой обсерватории полюс удалялся, а ко второй приближался. В ближайшие десятилетия область «блуждания» северного магнитного полюса может переместиться в российский сектор Арктики, поэтому уже сейчас, на наш взгляд, уместно ставить вопрос об организации российской службы истинного магнитного полюса. Остро встает вопрос и об организации современной арктической геомагнитной обсерватории на побережье моря Лаптевых или архипелаге Северная Земля вместо обсерватории «Мыс Челюскин», закрытой в 2011 г.
Литература:
1. Bauer L. A. The local magnetic constant and its variations // Terr. Mag. (Washington). 1914. V. 19. P. 113–125.
2. InterMagNet (International Real Magnetic Network, 2013) register.
3. Kuznetsov V. V., Pavlova I. V., and Semakov N. N. Estimation of the Position of Virtual Magnetic Poles // Geol. Geofiz. 1990. V. 31. № 2. P. 115–116.
4. Kuznetsov V. V., Pavlova I. V., Semakov N. N., Newitt L. R. Virtual magnetic poles, magnetic anomalies, and the location of the north magnetic pole // Russian Geology and Geophysics. 1997. V. 38. № 7. P. 1312–1320.
5. Merrill R. T., McElhinny M. W., and McFadden P. L. The magnetic field of the Earth, paleomagnetism, the core and the deep mantle. Academic Press, 1998. 531 pp.
6. Newitt L. R. and Barton C. E. The position of the North Magnetic Pole in 1994 // J. Geomag. Geoelectr. 1996. V. 48. P. 221–232.
7. Newitt L. R.
, Chulliat A., and Orgeval J.-J. Location of the North Magnetic Pole in April 2007 // Earth Planets Space. 2009. V. 61. P. 703–710.
8. Newitt L. R. and Niblett E. R. Relocation of the north magnetic dip pole // Can. J. Earth Sci. 1986. V. 23. P. 1062–1067.
9. Weinberg B. P. Catalogue of magnetic determinations in U.S.S.R. and in adjacent countries from 1556 to 1926. Central Geophysical Observatory, Leningrad, 1929.
Авторы благодарят всех сотрудников магнитных обсерваторий сети «ИНТЕРМАГНЕТ», данные которых были использованы в работе.
Магнитный полюс Земли быстро смещается к России. Ученые объяснили, что изменится в нашей жизни
https://www.znak.com/2019-02-08/magnitnyy_polyus_zemli_bystro_smechaetsya_k_rossii_uchenye_obyasnili_chto_izmenitsya_v_nashey_zhizni2019.02.08
Главная новость последнего времени в научном сообществе — стремительное смещение северного магнитного полюса Земли от канадской Арктики в сторону России, к Сибири.
Он уже преодолел международную линию перемен дат (условную границу от полюса до полюса, по разные стороны от которой местное время отличается на сутки) и обосновался в Восточном полушарии. Такие глобальные изменения вынудили ученых обновить Всемирную магнитную модель (WMM), которая лежит в основе всей современной навигации — от систем управления кораблями в море до карт Google на смартфонах. Эксперты объяснили Znak.com, как «миграция» магнитного полюса может повлиять на нашу жизнь.
Скорость смещения — 55 км в год
«Из корабельных журналов мы знаем, что последние 400 лет северный магнитный полюс Земли находился около северной Канады. До 1900-х годов он двигался („дрейфовал“) лишь на десятки километров взад и вперед. Последние 50 лет он двигается на север. А в последние 30 лет — ускоряется», — приводит слова геофизика из британской геологической службы в Эдинбурге Кьярана Беггана газета The Guardian.
Наблюдения ученых показали, что если в конце ХХ века скорость смещения составляла около 15-20 километров в год, то сейчас она выросла до 55-60 км в год.
Если северный магнитный полюс не сменит направление, то скоро преодолеет Северный Ледовитый океан и примерно через 30-40 лет окажется возле Сибири, в районе архипелага Северная Земля.
Из-за столь быстрой миграции Национальный институт информации об окружающей среде (NCEI) анонсировал выпуск новой версии Всемирной магнитной модели (WMM). Она публикуется раз в пять лет, но последние события в Арктике вынудили ученых выпустить сообщение досрочно.
Положение магнитного поля Земли принципиально важно для космических спутников, для средств навигации.На основе WMM строятся маршруты кораблей и самолетов, корректируются системы GPS (и как следствие — GPS-навигаторы, Google-карты и всевозможные гео-приложения). Компании, выпускающие смартфоны и другую электронику, также полагаются на WMM, пишет издание Nature. Кроме того, с учетом магнитной модели присваиваются номера взлетно-посадочным полосам.
Особенно это важно для Заполярья.
Почему «мигрирует» магнитный полюс?
Ученые сейчас пытаются определить точную причину стремительного смещения северного магнитного полюса. «Пока основная версия — это происходящие изменения глубоко внутри нашей планеты, во внешней, жидкой оболочке ядра Земли. Эти явления пока недостаточно хорошо изучены ввиду сложности подобных исследований. Однако имеющиеся данные дают основания полагать, что изменения в ядре Земли привели к смещению северного магнитного полюса Земли», — сообщил Znak.com доцент кафедры магнетизма и магнитных наноматериалов Института естественных наук и математики УрФУ Алексей Волегов.
Он пояснил, что большую часть магнитного поля генерирует жидкое железное ядро планеты. Соответственно, по мере изменения глубинных потоков меняется и магнитный полюс.
Что это значит для нас?
Изменение координат северного полюса Земли не предполагает изменение климата. Речь также не идет о пагубном влиянии этого процесса на биосферу и здоровье человека.
Последствия смещения полюса могут оценить только представители космической отрасли, организации, которым нужны точные измерения, авиа- или судоходные компании, а также военные. Или человек, который путешествует по Арктике с компасом.
Изменение магнитных полей в теории может влиять на некоторые параметры систем ориентации в пространстве, от которых зависит работа космических аппаратов, передающих навигационные сигналы для потребителей на Земле. Речь о группировках спутников, которые обеспечивают функционирование систем глобального позиционирования, в том числе самой используемой в мире GPS и отечественной системы ГЛОНАСС.
Можно предположить, что изменения координат северного магнитного полюса скажутся на этих параметрах и, соответственно, на работе тех же навигаторов, поделились мнением специалистов в пресс-службе Всероссийского НИИ физико-технических и радиотехнических измерений. Институт входит в систему Росстандарта и ведет координатно-временные и навигационные измерения.
В частности, ВНИИФТРИ выполняет функции главного метрологического центра Государственной службы времени и частоты. От его работы зависит, например, передача сигналов точного времени.
В пресс-службе института, впрочем, отметили, что возможное влияние сдвига северного магнитного полюса Земли на работу навигационных космических систем — это вопрос, который еще должен тщательно изучаться специалистами, отвечающими за формирование и поддержание их фундаментальной инфраструктуры.
«В части метрологического обеспечения системы ГЛОНАСС, например, определения параметров вращения Земли, передачи эталонных сигналов времени и частоты, ВНИИФТРИ Росстандарта выполняет свои задачи в полном объеме. На эту работу сдвиг магнитного полюса не влияет», — сообщили Znak.com в институте.
Наконец, смещение северного магнитного полюса Земли, как ожидается, приведет к «миграции» некоторых природных явлений.
«Можно ожидать, что центром наблюдения северного сияния станет Сибирь. Сейчас в северных широтах нашей страны встречается такое явление, но крайне редко. Но если магнитный полюс не сменит направление и будет двигаться по уже намеченной траектории, то свечение (люминесценцию) верхних слоев атмосфер россияне смогут наблюдать гораздо чаще», — предположил Алексей Волегов.
Отдаленная перспектива инверсии
Ученые отмечают, что подвержен смещению также южный магнитный полюс Земли. Он движется не так быстро, как северный, но этот процесс заметен.
Учитывая движение тектонических плит и изменения в оболочке ядра планеты, ряд экспертов начинают говорить о грядущей инверсии. Это означает, что полюсы поменяются местами, а значит ослабнет магнитное поле планеты, что спровоцирует глобальные природные катаклизмы. Последний раз магнитные полюсы Земли менялись примерно 780 тыс. лет назад.
Хочешь, чтобы в стране были независимые СМИ? Поддержи Znak.com
Северный магнитный полюс Земли смещается к Сибири | Политика и общество: анализ событий в Европе, России, мире | DW
Глубоко под мантией Земли, в самом ядре, протекают процессы, определяющие магнитное поле нашей планеты.
И хотя стрелка компаса вроде бы по-прежнему указывает то же направление, что и много лет назад, значительно более чувствительные приборы свидетельствуют о том, что магнитные полюса Земли в последнее время явно смещаются, а параметры поля претерпевают весьма существенные изменения. Особо пристальный интерес вызывает у учёных стремительная динамика этих изменений. Недавно в Ганновере состоялась ежегодная сессия Немецкого физического общества, на которой результаты геомагнитных наблюдений подверглись детальному обсуждению.
Итоги работы немецкого спутника
Вот уже почти два года на околоземной космической орбите высотой в 400 километров находится немецкий исследовательский спутник CHAMP (Challenging Minisatellite Payload). Одна из его задач состоит в постоянном измерении значения и направления вектора напряжённости магнитного поля Земли. Информация, полученная с помощью спутника, повергла геофизиков в изрядное изумление. Как сообщает побывавший на сессии журналист Фолькер Мразек (Volker Mrasek), обнаружилось, что напряжённость магнитного поля Земли в целом убывает, причём это происходит гораздо быстрее, чем полагали учёные.
В частности, за последние 20 лет напряжённость геомагнитного поля уменьшилась в среднем на 1,7 процента – эта цифра в 10 раз превышает расчётную. Следует также отметить, что в географическом отношении эти изменения – учёные называют их вариациями – происходят крайне неравномерно. Так, в Европе напряжённость геомагнитного поля вопреки общей тенденции даже слегка увеличилась, зато в ряде других регионов мира – например, в южной части Атлантического океана и в районе Карибских островов, – уменьшилась очень значительно – на 10 процентов.
Ранее учёные считали, что такие процессы вообще не могут протекать со столь умопомрачительной – по геофизическим меркам – скоростью. Но это ещё не всё.
Северный магнитный полюс смещается на территорию России
Второе удивительное наблюдение, сделанное геофизиками, касается северной полярной области Земли. Оказалось, что северный магнитный полюс, ещё недавно располагавшийся под арктическими паковыми льдами в Канаде, сейчас смещается дальше на север, через географический северный полюс, на территорию России.
Удивление вызывает, впрочем, не сам по себе процесс такого смещения – в этом-то как раз ничего необычного нет, – а опять же его скорость: около 40 километров в год. До 1970-го года полюс дрейфовал со скоростью не более 10-ти километров в год.
Если нынешние темпы сохранятся, – считает Ларри Ньюитт (Larry Newitt), член Геологической комиссии Канады, – то уже через три года северный магнитный полюс покинет канадские территориальные воды, а к середине века окажется в Сибири. По мнению целого ряда исследователей, все эти явления следует считать предвестниками грядущего изменения направления геомагнитного поля.
Профессор Герман Люр (Hermann Lühr), научный сотрудник Геофизического центра в Потсдаме, ответственный за анализ информации со спутника CHAMP, поясняет, что в истории Земли это происходило уже не раз: магнитное поле планеты меняло своё направление. Сегодня многие признаки указывают на то, что нам предстоит очередная такая смена полярности. Похоже, что в южной части Атлантического океана сейчас начинает формироваться регион, который в будущем может стать новым магнитным полюсом Земли.
Впрочем, коллега Люра – профессор геофизики Технического университета в Брауншвейге Карл-Хайнц Глассмайер (Karl-Heinz Glaßmeier) – более осторожен в прогнозах: по его мнению, сказать со всей определённостью, произойдёт ли в обозримом будущем смена полярности геомагнитного поля или нет, пока трудно. И уж во всяком случае, это процесс очень долгий. На протяжении последних тысячелетий напряжённость магнитного поля Земли была необычно велика, – указывает профессор Глассмайер, – так что не исключено, что теперь она просто возвращается к своему нормальному значению.
Последний раз изменение направления геомагнитного поля произошло около 750-ти тысяч лет назад. Поскольку периодичность этого процесса, как явствует из палеомагнитных исследований, в среднем составляет от 200 до 500 тысяч лет, можно сказать, что очередное изменение направления магнитного поля Земли давно назрело. Правда, сначала двухполюсная структура геомагнитного поля должна утратить упорядоченность. Смене полярности всегда предшествует стадия очень слабого поля со множеством полюсов, – говорит профессор геофизики Мюнхенского университета Аксель Шульт (Axel Schult), – на протяжении 5-ти, а то и 10-ти тысяч лет нашей планете придётся обходиться почти совсем без магнитного поля.
Это создаст проблемы для многих животных – им будет трудно ориентироваться.
Всё это очень интересно, – скажет, возможно, иной слушатель, – но разве изменение параметров магнитного поля Земли имеет отношение к моей повседневной жизни? Да, имеет. Дело в том, что геомагнитное поле выполняет, в частности, функцию своего рода щита, защитной оболочки, предохраняющей нас от космического излучения. Непосредственно на поверхности Земли нас защищает ещё и слой земной атмосферы, но во время авиаперелётов, на высоте около 10 километров, доза облучения может резко возрасти. Так вот, из-за того, что в южной части Атлантики напряжённость геомагнитного поля уменьшилась на 10 процентов, один трансатлантический перелёт из Европы в Южную Америку означает для пассажира в 1000 раз большую дозу космического облучения, чем такой же по продолжительности перелёт из Европы, скажем, в Японию. Кроме того, дрейф северного магнитного полюса из Канады в Россию приведёт к тому, что вместе с ним сместится в Европу и зона такого явления как северное сияние.
Между тем, это на редкость красивое и эффектное зрелище вызывается проникновением в верхние слои атмосферы протонов и электронов из космоса, а такие потоки электрически заряженных частиц являются мощным источником помех для спутникового теле- и радиовещания, для систем мобильной телефонной связи и даже для линий электроснабжения. Всё это учёным и инженерам следует иметь в виду. Впрочем, реально такие проблемы встанут перед ними только лет через 30-40, – считает профессор Люр.
Открытие племянника – Наука – Коммерсантъ
В отличие от географического полюса строго зафиксировать точку на поверхности Земли, где расположен ее магнитный полюс – что северный, что южный – нельзя. Из-за вращения планеты они постоянно движутся, описывая на поверхности полярных шапок Земли овалы с размером длинной оси 85 км. В каждый момент времени можно зафиксировать только одну из точек овальных траекторий магнитных полюсов, где в эту секунду стрелка компаса смотрит вертикально вниз.
В исторической литературе честь открытия магнитного полюса Земли в Арктике часто отдают Джону Россу, капитану парохода «Виктория», во время плавания которого в высоких широтах был открыт магнитный полюс.
Делают это по той же логике, по которой Америку открыл капитан Колумб, а не моряк, увидевший ее берега с мачты его корабля. Но в данном случае открытие в чистом виде принадлежало лейтенанту с «Виктории» Джеймсу Россу, который приходился родным племянником капитану корабля Джону Россу.
В первую же зиму плавания «Викторию» затерло льдами между материковой частью Канады и островом Баффинова Земля. После второй зимовки во льдах, экипаж на шлюпках отправился в обратный путь. Через год их подобрал другой английский корабль.
Но еще до этого, весной 1831 года, лейтенант Росс с несколькими моряками отправился на разведку. Они пересекли полуостров Бутия, и 1 июня компас лейтенанта показал, что они находятся на Северном магнитном полюсе.
В Англии экипаж «Виктории» встретили как героев. Капитан Джон Росс был награжден золотыми медалями английского и французского географических обществ, стал сэром Джоном и адмиралом. Чтобы тоже стать сэром и получить те же географические медали его племяннику Джеймсу пришлось в 1841 году сплавать к Антарктиде и открыть там еще и Южный магнитный полюс.
Но адмиралом за это его все равно не сделали.
Если бы «Виктория» отправилась в плавание на двадцать лет раньше или на сто лет позже, то Северный магнитный полюс открыл бы кто-то другой. Как выяснилось уже в наше время, магнитные полюса постоянно мигрируют с разной скоростью. В начале XIX века северный полюс описывал свой овал на 400 км северо-западнее полуострова Бутия, в середине ХХ века он был в 500 км севернее того места, где его обнаружил Росс.
Со второй половины ХХ века полюс ускорил движение на север. В 2005 году он покинул 200-мильную зону канадских вод и со скоростью 64 км в год продолжает ползти по направлению к Таймыру. В середине века он будет уже в России.
Сергей Петухов
Северный магнитный полюс стремится в Сибирь. Что это значит?
В отличие от географических полюсов, магнитные имеют свойство свободно гулять на десятки километров в год.
В 2019 году это движение было столь быстрым и неожиданным, что ученым, которые отвечают за Всемирную магнитную модель, пришлось экстренно корректировать представление магнитного поля Земли. Скорость смещения за последние 20 лет выросла с 15 километров в год до 55. Чем грозит столь быстрый дрейф магнитного полюса?
В смещении северного магнитного полюса ничего необычного нет. Когда в ходе экспедиции в 1821 году впервые обнаружили непосредственную точку, куда указывает компас, она находилась на полуострове Бутия в канадской Арктике. Через 70 лет норвежец Амундсен заново открыл северный магнитный полюс в 50 километрах от первой локации. Следующие 90 лет полюс мигрировал на север со скоростью примерно 15 километров в год.
А вот в 1990-х движение точки, в которую указывают все наши компасы, только ускорялось. К 2017 году эта точка преодолела географический Северный полюс и продолжает двигаться в сторону Сибири и полуострова Таймыр.
За это время скорость перемещения выросла в четыре раза и сейчас составляет 50—60 километров в год.
«К 2040 году все компасы, вероятно, будут указывать восточнее истинного севера, — рассказывал ученый Кьяран Бегган из Британской геологической службы, которая отслеживает перемещение северного магнитного полюса. — Последние 350 лет магнитный север скитался по одной и той же части Канады».
Геологическая служба совместно с коллегами из США занимается сбором информации для Всемирной магнитной модели — крупномасштабного пространственного представления магнитного поля Земли.
Эта магнитная оболочка вокруг нашей планеты защищает все живое от смертоносного и разрушительного солнечного излучения. Не будь ее, Земля сегодня могла бы выглядеть как Марс: солнечный ветер сдул бы живительную атмосферу и лишил планету океанов и растительности.
Во время экспедиций автоматических аппаратов к Марсу было выявлено, что магнитное поле этой планеты обладает напряженностью в 500 раз слабее земного.
Оно крайне неустойчивое.
Инверсия полюсов
Магнитное поле Земли также может ослабевать в случаях, когда происходит инверсия: северный и южный магнитные полюсы меняются местами, а стрелка компаса начинает указывать в противоположном направлении. За историю существования человека как живого вида такого не случалось.
Однако в истории планеты инверсии магнитного поля бывали, и случалось это не раз. За последние 80 млн лет ученые насчитали 183 таких разворота. И носили они статистически абсолютно случайный характер, никаких закономерностей или периодичности ученые в ходе изысканий не обнаружили.
При этом сильно различаются и оценки того, насколько быстро происходили подобные развороты. Некоторые специалисты подсчитали, что в среднем на завершение разворота нужно 7 тыс. лет. Последний разворот, который имел место 780 тыс. лет назад, произошел за 22 тыс. лет, как считают ученые.
Хотя бывали и случаи, когда разворот случался всего за несколько сотен лет.
Так было, например, в конце последнего ледникового периода, примерно 41 тыс. лет назад. Речь про событие, которое получило название палеомагнитного экскурса Лашамп-Каргаполово. Это была не полная инверсия, а экскурс: полярность сменилась, но магнитное поле вскоре восстановило прежнюю полярность.
Немецкий исследовательский центр наук о Земле в 2012 году опубликовал работу, посвященную этому событию. Ученые писали, что 41 тыс. лет назад компас в районе Черного моря указывал на юг. Как об этом узнаю́т? По анализу намагниченности океанических отложений и лавовых потоков.
«Геометрия поля обратной полярности с силовыми линиями, ориентированными в противоположном направлении по сравнению с сегодняшней конфигурацией, просуществовала всего около 440 лет, и это было связано с напряженностью поля, которая составляла только четверть от сегодняшней», — рассказывал один из ведущих авторов работы Норберт Новачик.
Фактическая смена полярности длилась всего 250 лет. С точки зрения геологических масштабов времени это очень быстро.
В этот период магнитное поле было еще слабее — всего 5% от его нынешней напряженности. Как итог, Земля почти полностью лишилась своего экрана, защищающего ее от жестких космических лучей, значительно выросло радиационное воздействие. Это подтверждается пиками радиоактивного бериллия, который был обнаружен в кернах льда, извлеченных из ледникового щита в Гренландии. Они возникли в результате столкновения высокоэнергетических протонов с атомами в атмосфере планеты.
Ученые отмечают, что в последние 200 лет магнитное поле Земли уменьшилось примерно на 10%. Вкупе с ускорившимся дрейфом северной точки можно было бы спекулировать о том, что грядет смена магнитных полюсов планеты. Однако процесс этот может быть столь долгим, что к моменту полной инверсии человеческая цивилизация будет выглядеть совершенно иначе.
Но падение напряженности магнитного поля, которое сопровождает инверсию, делает Землю менее защищенной от враждебного космического излучения. Вскоре после того, как были составлены первые хронологические карты инверсий, ученые начали сопоставлять их с известными массовыми вымираниями на планете.
И действительно, некоторые периоды инверсий совпадали с периодами геологических катастроф и значительным сокращением биоты. Но из-за крайней сложности подобных исследований и недостатка информации обнаружить какие-либо четкие взаимосвязи практически невозможно. Ведь инверсия может быть не причиной, а следствием подобного вымирания, которое началось в результате падения крупного астероида, последовавшей вулканической активности и инверсии.
Что известно точно, так это то, что смещение северного магнитного полюса будет означать и смещение полярных сияний. Кто знает, где будут наблюдать их в ближайшие тысячи или сотни лет.
Почему магнитный полюс дрейфует?
Чем ученые объясняют смещение северного магнитного полюса? Надо понимать, что магнитное поле создается благодаря богатому железом ядру планеты, которое находится в постоянном вращении. Как у любого магнетика, у него есть юг и север. Магнитный полюс — это место, где поле проходит перпендикулярно поверхности Земли и где свободно вращающаяся магнитная стрелка будет указывать ровно вниз.
Из учебников физики мы знаем, что силовые линии магнитного поля входят в южный полюс и выходят из северного. Так что с точки зрения науки на севере у нас на самом деле находится южный магнитный полюс, а на юге — северный. Но земляне договорились отказаться от этой условности, чтобы избежать путаницы. Так что давайте перевернем страницу и забудем этот шаг в сторону от повествования.
Филип Ливермор с коллегами из Университета Лидса в Великобритании в относительно свежей научной работе пришли к выводу, что движение магнитного полюса на севере связано с «перетягиванием каната» между двумя участками отрицательного магнитного поля под Канадой и Сибирью. В последние годы канадское пятно значительно ослабло, что позволило сибирскому потянуть полюс в своем направлении. В следующий десяток лет полюс продолжит двигаться в сторону Сибири и пройдет расстояние в 660 километров.
«В период с 1999 по 2019 год на сибирском пятне наблюдалось незначительное усиление, а на канадском участке значительно снизилось абсолютное значение», — комментирует Ливермор.
Команда ученых смоделировала это изменение напряженности, чтобы выяснить, что за изменения в ядре Земли их вызвали, и пришли к выводу, что примерно в 1970-х годах в ядре произошло изменение потока жидкого железа.
В последние 7 тыс. лет северный магнитный полюс хаотично перемещался вокруг географического, следуя непредсказуемым потокам железа в ядре. И куда бы он ни двинулся сейчас, можно с уверенностью сказать, что вряд ли он останется там надолго.
Читайте также:
Наш канал в Telegram. Присоединяйтесь!
Есть о чем рассказать? Пишите в наш Telegram-бот. Это анонимно и быстро
Перепечатка текста и фотографий Onliner без разрешения редакции запрещена. [email protected]
Ученые узнали о смещении магнитного полюса Земли к России :: Общество :: РБК
Северный магнитный полюс Земли быстро смещается к границе России.
Это может привести к изменению международных правил навигации
Фото: Сергей Карпухин / ТАСС
Ученые из американского Национального института информации об окружающей среде выяснили, что северный магнитный полюс Земли смещается со скоростью около 55 км в год. Он движется от северных территорий Канады в сторону Сибири и уже преодолел линию перемены дат (проходящую от полюса до полюса условную линию, по разные стороны которой местное время отличается на сутки).
Обычно об изменениях в магнитном поле Земли ученые объявляют раз в пять лет. Новое сообщение должно было быть опубликовано в конце этого года. Однако серьезные изменения в Арктике заставили специалистов сообщить о них досрочно. Издание Guardian указывает, что в 2000 году скорость смещения составляла порядка 15 км в год. За 18 лет она увеличилась в три с лишним раза.
Произошло это из-за увеличившейся активности во внешней жидкой оболочке ядра планеты. Отчасти это может быть связано с изменением климата.
WSJ узнала о запрете ученым США заниматься проектами с поддержкой РоссииСмещение магнитного поля Земли принципиально важно для корректировки средств навигации и обеспечения безопасности движения как военных, так и гражданских самолетов и кораблей.
В корректировке нуждаются также приложения на смартфонах и GPS навигаторы. Причем это касается не только районов, прилегающих к Северному Ледовитому океану.
Ученые отмечают, что южный магнитный полюс Земли также смещается, однако скорость его перемещения значительно ниже.
Автор
Артем ФилипенокСеверный и южный полюса — Wanderings.Online
Ленин в Антарктиде. Путешествующие северный и южный полюса Земли. Где живет Ктулху? Почему Северный магнитный полюс является Южным? Где расположен Таинственный остров и почему его там нет? Последний космодром. Энергии Никола Тесла и тунгусский метеорит. Обо всем этом подробно читайте ниже.
Таинственные закоулки территории планеты. Занимательная география
На нашей необъятной, и в тоже время такой маленькой планете, есть множество странных мест, где природные явления поднимают множество вопросов.
Одни аномалии широко известны, например Бермудский треугольник, другие в основном известны только узким специалистам. Об одной такой точке пойдет речь.Если спросить обычного человека на улице, какие он знает полюса Земли, то естественно сразу услышим в ответ: Северный полюс (Арктика) и Южный полюс (Антарктида). Это точки, в которых сходятся меридианы, они являются Географическими полюсами Земли. Их знают все.Ученые-географы признают полюсами еще несколько мест на планете. Например – Магнитные полюсы. Это условные отметки, в которых магнитное поле Земли направлено строго под углом 90 градусов к поверхности. Магнитные полюсы не совпадают с географическими и постоянно движутся.
Их положение незначительно меняется каждый день. Магнитный Северный полюс расположен приблизительно в 400 километрах от географического Северного полюса Земли, он находится в пределах 86.5 градусов северной широты и 172.6 градусов западной долготы.
Кстати, все стрелки компасов на Земле указывают значения именно на Магнитные полюса Земли, а не на Географические.
Северный магнитный полюс был открыт в 1831 году в Канаде и находился на 70 градусе северной широты. Позже полярник Руаль Амундсен нашел его севернее на 50 километров. Ученые заинтересовались явлением и стали наблюдать. Оказалось, что Полюс путешествует, причем со все возрастающим темпом. В последние годы со скоростью до 40 километров в год он движется в сторону российского Таймыра.Если ничего не изменится, то к 2050 году он пропишется в России. Кроме прекрасных картин северного сияния – это плюс, существенно повысится уровень космической радиации – это минус. Возле полюсов магнитное поле Земли значительно меньше, чем у экватора, а оно является основным средством защиты всего живого от солнечного и космического излучения.Магнитные полюса Земли
К сожалению, исследования показали, что за последние 150 лет магнитное поле Земли уменьшилось на 10 процентов.
Возвращаясь к школьным урокам физики, вспоминаем закон, согласно которому: магниты с одинаковым зарядом – отталкиваются друг от друга, а магниты с противоположным зарядом – притягиваются.
Отсюда следует: раз Северный магнитный полюс притягивает стрелку Север, значит с физической точки зрения он является Южным магнитным полюсом, и наоборот. Парадокс.
С физической точки зрения Северный магнитный полюс является Южным магнитным полюсом, а Южный магнитный полюс – Северным магнитным полюсом. Вот такая улыбка природы.
Антарктида потихоньку покорялась. Антарктика получила свое название Анти-Арктика или Ант-Арктика, как антагонист Арктики. От древнегреческого Арктос – Медведица. Так древние греки называли созвездие Малой Медведицы с Полярной звездой. Географические полюса Земли прямо противоположны друг другу и абсолютно статичны, чего нельзя сказать о магнитных ее полюсах.
Само магнитное поле нашей планеты асимметрично, поэтому, если провести условную прямую линию от Северного магнитного полюса Земли к Южному, то она окажется смещена и не пройдет через центр планеты.Полюса недоступности
Кроме Географических и Магнитных полюсов есть еще Полюса недоступности. Они в свою очередь делятся на Континентальные и Океанские. Континентальные полюса недоступности в свою очередь есть на каждом континенте свои.
Северный полюс недоступности затерялся в вековых труднопроходимых льдах Северного Ледовитого Океана. До Северного географического полюса Земли отсюда 661 километр, до мыса Барроу на Аляске – 1453 километра. До ближайших островов, Элсмира и Земли Франца-Иосифа – по 1094 километра.
Относительно местоположения Южного полюса недоступности много споров среди ученых. Что считать берегом, применительно к этому региону?Южный полюс недоступности – наиболее удаленное место от всех берегов Антарктиды.
Расстояние до Южного географического полюса Земли – 463 километра. Координаты – 82 градуса 6 минут южной широты и 54 градуса 58 минут восточной долготы. Находится на высоте 3718 метров над уровнем моря. Толщина льда в этом месте 2980 метров.Самый редко посещаемый памятник в мире
Метеорологи всего мира признали Южный полюс недоступности еще и самым холодным местом на Земле. Средняя температура воздуха самого теплого месяца – минус 34 градуса Цельсия. Самого холодного – чуть выше минус 70 градусов Цельсия. Здесь же, в самом холодном и удаленном месте Земли стоит самый редко посещаемый памятник в мире.Он установлен в 1958 году Третьей советской антарктической экспедицией. Санно-гусеничный поезд 13 декабря 1958 года первым пробился к Южному полюсу недоступности и холода. Над Полюсом была установлена бытовка, являющаяся постаментом, а на ее крыше пластмассовый бюст Владимира Ильича Ленина.Ильич смотрит вдаль, лицо его обращено в сторону Москвы.
Он нисколько не пострадал от бурь и снегов за прошедшие десятилетия. Бюст виден за много километров. Скоро исполнится век, как Ильич представляет Россию в Антарктиде.Семнадцать полярников под руководством Евгения Толстикова подняли флаг СССР, укатали взлетно-посадочную полосу, установили радиомачту и метеорологическое оборудование. Кульминацией стало водружение бюста Ленина, сделанного из специального пластика, испытанного и приготовленного для космоса. В наши дни бюст стоит в первозданном виде, только слегка пожелтел.
Норвежско-американские полярники, прилетевшие на воздушных шарах, встречавшие там 2008 год, в бытовку не попали, ее занесло снегом по самую крышу. А жаль. В бытовке находится книга для посетителей, в которой может расписаться каждый добравшийся сюда. К сожалению, добраться до книги практически невозможно, слой снега над ней превысил три метра.
Наш антарктический Ленин может быть признан:
* Самым южным памятником на Земле
* Самым недоступным памятником на Земле
* Памятником, воздвигнутым в самой сухой и холодной точке планеты
* Самым редко посещаемым памятником в мире (вживую его видели не более 40 человек)
В 1958 году советские полярники основали советскую антарктическую станцию Полюс недоступности, которая проработала до 26 декабря.
Они тщательно провели метеонаблюдения, пробурили одну из первых в Антарктиде скважину глубиной 60 метров и отбыли на самолете Ил-2. Лишь пять раз удалось добраться до этого места людям. Слишком суров местный климат.
Континентальный полюс недоступности
Континентальным полюсом недоступности признано место, наиболее удаленное от океанов. В Азии это точка на севере Китая с координатами 46 градусов 17 минут северной широты и 86 градусов 40 минут восточной долготы. Расстояние до ближайших морских и океанских берегов – 2645 километров.
Подобные точки есть на каждом материке.
Как видите Земля изобилует разнообразными полюсами и точками недоступности. Мы хотим подробнее остановится на одной из них.
Магнитное поле Земли и блуждающие полюса
Представьте себе стержневой магнит внутри Земли, более или менее выровненный с осью, где концы этого магнита лежат близко к географическим Северному и Южному полюсам планеты. Линии магнитного поля движутся от северного полюса магнита, возвращаясь назад к южному полюсу.
На каждом полюсе силовые линии магнитного поля почти вертикальны.
Хотя внутри Земли определенно нет магнитного стержня, то же самое явление происходит вокруг Земли, создавая защитную зону вокруг всей планеты, называемую магнитосферой, согласно НАСА.Магнитосфера Земли защищает нас от вредного космического излучения и солнечного ветра и отвечает за прекрасные полярные сияния, наблюдаемые в высоких широтах Северного и Южного полушарий.
Магнитный и географический полюса Земли расположены друг напротив друга. Другими словами, южный магнитный полюс Земли на самом деле находится около географического Северного полюса. Поэтому, когда мы используем компас для определения нашего местоположения, стрелка компаса фактически указывает на южный магнитный полюс в Северном полушарии и на северный магнитный полюс в Южном полушарии.
Магнитные полюса не являются фиксированными и немного блуждают по поверхности планеты относительно географических полюсов. Около 75 процентов напряженности магнитного поля Земли представлено «магнитной полосой».
Остальные 25 процентов напряженности магнитного поля Земли, которые можно представить как движущиеся стержневые магниты меньшего размера, исходят от меньших частей движущейся магмы и могут быть тем, что позволяет полюсам двигаться.
Согласно данным, опубликованным Национальными центрами экологической информации в феврале 2019 года, северный магнитный полюс расположен в точке 86.54 N 170,88 E, в Северном Ледовитом океане и направляясь из Канады в Сибирь. Южный магнитный полюс расположен на точке 64,13 ю.ш., 136,02 в.д., недалеко от побережья Антарктиды в направлении Австралии.
Откуда поле?
Хотя это все еще остается загадкой, ученые в целом согласны с тем, что магнитное поле Земли начинается глубоко в ядре планеты. Внешнее ядро планеты состоит из расплавленных металлов, в первую очередь железа, которое является проводником.
«Взбивание расплавленного металла во внешнем ядре создает [магнитное] поле так называемым динамо-действием», — сказал Алексей Смирнов, профессор геофизики Мичиганского технологического университета.
Действие динамо, или теория динамо, описывает способ, которым планета может выдерживать магнитное поле. Динамо-машина, или источник магнитного поля, создается вращающимся, конвектирующим и электропроводящим материалом, таким как расплавленное железо внутри Земли.
«Есть много ионизированных атомов и свободных электронов, блуждающих вокруг, плюс есть сложная форма конвекции, происходящая внутри, в сочетании с естественным вращением Земли — есть много движущихся зарядов», — сказал Дуг Ингрэм, профессор физики и астрономии Техасского христианского университета.
Ученые полагают, что заряды, создаваемые движущимся металлическим материалом, перемещаются вокруг экваториальной области Земли в круговом движении, которое создает северный и южный магнитные полюса на поверхности, сказал Ингрэм.
Иллюстрация того, как магнитное поле Земли защищает планету от солнечной радиации. (Изображение предоставлено Майклом Осадцивом / Университет Рочестера)Почему движутся полюса?
Динамо-машина Земли устойчивая, но нестабильная.
Прямо сейчас магнитное поле быстро меняется, и северный магнитный полюс внезапно подскакивает в сторону Сибири.Согласно исследованию 2019 года, опубликованному в журнале Nature, с 1990-х годов северный магнитный полюс сдвигался в среднем примерно на 35 миль (55 км) в год.
По словам Смирнова, возмущения в текущей металлической магме могут быть причиной нестабильности магнитного поля, которое может привести к такому сдвигу полюсов. Движение жидкого железа глубоко под Канадой может немного ослабить магнитное поле в этом месте, что и позволяет северному магнитному полюсу перемещаться в сторону Сибири, говорится в статье Nature.
Другие электромагнитные аномалии можно увидеть по всему миру, например, на юге Африки, где возмущение магнитного поля, подобное водовороту в потоке, может быть вызвано более плотной частью мантии вблизи границы с жидкой внешней средой планеты. основной.
История сдвига и разворота полюсов
По данным НАСА, хотя полюса постоянно смещаются, они также полностью менялись местами, по крайней мере, несколько сотен раз за последние 3 миллиарда лет.
Во время этого процесса, который обычно происходит каждые 200 000–300 000 лет в течение от 100 до нескольких тысяч лет за раз, магнитное поле сжимается и притягивается множеством полюсов, беспорядочно вырастающих над поверхностью Земли.Последний полный поворот произошел около 780 000 лет назад.
История магнитного поля, включая сдвиги и инверсии, подтверждается геологической летописью. Металлы, обнаруженные в горных породах, включая железо, выравниваются по магнитному полю до того, как расплавленные породы затвердевают, или в виде фрагментов, содержащих магнитные металлы, выровненных с магнитным полем и оседающих в слоях осадочных пород.
«Поскольку Земля является динамичным и постоянно меняющимся местом, новые горные породы и их магнитные записи генерируются постоянно в течение геологического времени», — сказал Смирнов, добавив, что эти записи могут сохраняться в течение миллионов или миллиардов лет.
Подобные записи обнаружены на дне Атлантического океана, где постоянно создается новое морское дно в средней части Атлантического хребта.
«По мере того, как лава поднимается на поверхность [через длинную трещину, составляющую гребень], она расплавляется, и частицы железа, взвешенные в лаве, ориентируются в направлении преобладающего магнитного поля Земли», — сказал Инграм. По мере того, как лава затвердевает, она фиксирует металлические отложения на месте и, таким образом, создает историческую запись сдвигов и разворотов магнитного поля Земли.
Что означают эти блуждающие и переворачивающиеся полюса для жизни на нашей планете? По данным НАСА, в летописи окаменелостей растений или животных во время как сдвигов, так и инверсий нет резких изменений, что предполагает минимальное влияние инверсии полюсов на жизнь. Хотя среди ученых есть некоторые предположения, что в периоды снижения напряженности магнитного поля большее количество космической радиации могло достигнуть поверхности Земли и вызвать повышенную скорость генетических мутаций и, следовательно, дать импульс эволюции, сказал Смирнов.
Дополнительные ресурсы:
Движутся ли магнитные полюса Земли? Как навигаторы приспосабливаются к этому изменению?
Ответ дал Пол Перро, менеджер по маркетингу университетских и государственных исследовательских программ компании Trimble Navigation.
Ltd., производитель передовых навигационных систем. Изображение: Канадская национальная программа по геомагнетизму Блуждающий полюс. г. Северный магнитный полюс неуклонно перемещался на север со средней скоростью 10 километров в год с тех пор, как он был впервые обнаружен в 1831 году. |
Северный магнитный полюс находится в точке, где наклоняется компас — компас, который позволяет стрелке свободно перемещаться по вертикали.
плоскость (в отличие от горизонтальных движений стрелки, наблюдаемых в большинстве компасов) — указывает прямо в землю.Южный магнитный полюс
точка, в которой компас указывает вверх.
Компас с опусканием указывает горизонтально на магнитном экваторе Земли, также называемом наклоном Земли.
экватор.
Магнитные полюса довольно удалены от своих географических аналогов. Северный магнитный полюс расположен южнее в Северной Канада; географический южный полюс находится в центре антарктического континента, но магнитный полюс находится в сотнях миль от побережья. В В регионах вблизи магнитных полюсов компасы практически бесполезны.
Проблема усложняется тем, что эти положения полюсов не статичны — для любого магнитные или географические полюса. Положение Северного географического полюса колеблется в виде небольшого беспорядочного кругообразного пути, называемого «колебанием Чендлера». Это движение составляет менее 6 метров в год на поверхности; всемирная сеть очень точных спутниковых приемников GPS (GPS) используется для определите это блуждание.
Магнитные полюса гораздо более беспокойны. Они движутся под действием динамо-токов в ядре Земли, поскольку
а также электрические токи, протекающие в ионосфере, радиационных поясах и магнитосфере Земли. Северный магнитный полюс кажется
движутся на север со средней скоростью 10 километров в год. Тем не менее, эта общая тенденция имеет также некоторую эллиптическую форму. В любой день
магнитный полюс может находиться на расстоянии до 80 километров от своего среднего положения, в зависимости от геомагнитных возмущений в ионосфере и
магнитосфера.
Современные мореплаватели обычно не подвержены блужданию полюсов, потому что они могут регулярно определять свои положение со спутников и наземных обсерваторий.Степень разницы между положением этих двух полюсов при взгляде на разные местоположение называется магнитным склонением. Эти углы позволяют навигаторам определять свое фактическое географическое положение. Таблицы и справочники для навигация регулярно обновляет эти значения и публикуется государственными органами.
Морские правила и правила аэронавигации требуют использования
эти современные диаграммы и таблицы. Без GPS навигатор использовал бы новую версию карты или таблицы.
С помощью GPS навигаторы обновляют свои
базы данных приемника, купив новые данные у правительства или у производителя GPS и загрузив их в бортовое устройство GPS.
Невероятная странность магнитного поля Земли
Большинство людей не знают, что магнитное поле Земли имеет слабое место размером с континентальную часть Соединенных Штатов, которое парит над Южной Америкой и южной частью Атлантического океана.
Мы защищены от любых воздействий на земле, но нашим спутникам не так повезло: когда они проникают через эту магнитную аномалию, их бомбардируют излучением более интенсивным, чем где-либо еще на орбите.Есть основания полагать, что эта вмятина в магнитном поле, называемая Южно-Атлантической аномалией, становится только больше.
Эта аномалия — далеко не единственная необычная особенность магнитного поля Земли.
Сотни раз в истории Земли наше магнитное поле менялось на противоположное, переключаясь между севером и югом в планетарном триггере. Магнитный Северный полюс Земли тоже продолжает дрейфовать, в хаотичном танце спотыкаясь вокруг Арктики.
И ученые обнаружили импульсы магнитного поля Земли — так называемые геомагнитные рывки — которые могут подорвать наши навигационные системы.
Тем не менее, прогнозирование этих изменений остается сложной задачей. «Как и прогнозы погоды, вы не можете предсказать эволюцию ядра дальше нескольких десятилетий», — сказал Жюльен Обер, исследователь из Парижского института физики Земли.
Напряженность магнитного поля, измеряемая в нанотеслах, резко падает в районе Южно-Атлантической аномалии. Фото: ESAНо ученые хотят знать, как магнитное поле Земли изменится в более отдаленном будущем. Без магнитного поля спутники могут быть потеряны, а инструменты, основанные на точных магнитных моделях для навигации, могут выйти из строя.
Ответы придут еще не скоро. Магнитное поле защищает атмосферу Земли от вредного излучения Солнца. Ученые узнают, что Солнце способно к эмиссии — солнечным вспышкам — даже более разрушительным, чем мы когда-либо думали, и понимание силы и вариаций нашего магнитного поля жизненно важно для понимания того, насколько мы можем оказаться в опасности от следующей большой солнечной бури.
Кукольник, который управляет магнитным полем, — это ядро Земли, перегретое сердце нашей планеты, которое горит так же горячо, как поверхность Солнца.
В ядре расплавленные металлы постоянно находятся в движении, так как горячие плавучие струи более легкого материала поднимаются наружу. В самом центре находится небольшое твердое внутреннее ядро, которое растет по мере охлаждения Земли.
Математика геодинамо настолько запутана, что Альберт Эйнштейн не поверил ей. Эта планетарная анатомия создает основу для активного магнитного поля. Постоянная потребность ядра в охлаждении и, следовательно, в конвекции приводит в действие электрический генератор нашей планеты. Генератор создает самоподдерживающееся магнитное поле посредством процесса, называемого геодинамо.Математика геодинамо настолько запутана, что Альберт Эйнштейн не поверил этой теории, когда один из ее основателей, Вальтер М. Эльзассер, предложил ему ее.
Геодинамо работает, потому что естественная конвекция жидкого ядра проталкивает металлы через существующее слабое магнитное поле, возбуждая электрический ток.
Из-за взаимосвязи между электричеством и магнетизмом ток создает второе магнитное поле, и процесс повторяется. Этот процесс был самоподдерживающимся на протяжении большей части истории Земли.
Хотя ядро находится в тысячах километров под нашими ногами, создаваемое им магнитное поле простирается далеко в космос, окружая планету подобно броне. Но доспехи нашей планеты несовершенны, и результаты могут быть душераздирающими.
Щель в доспехах Земли Геомагнитные рывки движутся вдоль силовых линий магнитного поля Земли, показанных здесь внутри ядра. Фото: Жюльен Обер, IPGP / CNRSРанней весной 2016 года группы инженеров в Японии наблюдали, как их ценный спутник вышел из-под контроля.
Команды, создавшие спутник Hitomi, запущенный всего пятью неделями ранее, надеялись, что космический корабль будет наблюдать черные дыры, скопления галактик и другие объекты с высокой энергией. На спутнике даже был замечательный рентгеновский калориметр — триумф инженерной мысли за три десятилетия.
Но каскад событий, начавшийся с столкновения с Южно-Атлантической аномалией, казалось, обрекал Хитоми на гибель. Пройдя через аномалию, бортовая система, которая контролировала ориентацию спутника, дала сбой, когда он поворачивался для наблюдения за новым звездным скоплением.Этот маневр привел к серии программных ошибок, которые заставили Hitomi безумно крутиться. Вскоре спутник разбился на 11 частей.
«Это научная трагедия», — сказал тогда Nature Ричард Мушоцки, астроном из Университета Мэриленда в Колледж-Парке.
Другой космический корабль стал жертвой Южно-Атлантической аномалии. Напряженность магнитного поля на высоте многих спутников в аномалии вдвое меньше, чем где-либо еще, а слабое поле не так эффективно отталкивает излучение.Внутренний радиационный пояс Ван Аллена, радиационный диск в форме пончика вокруг Земли, который улавливает частицы высоких энергий, прилегает к аномалии намного ближе к поверхности из-за ослабленного поля.
Любой спутник на околоземной орбите — обычная высота для спутников наблюдения Земли — должен пройти через аномалию.
Космический телескоп Хаббл проводит в этом регионе 15% своей жизни и регулярно отключает свои светочувствительные камеры, чтобы избежать повреждений. Некоторые инструменты, такие как Ionospheres Connection Explorer НАСА, отключают электрические компоненты детектора ультрафиолетовых фотонов каждый раз, когда они проходят.В первые дни существования Международной космической станции аномалия вызвала бы сбой в компьютерах астронавтов.
. Но иногда спутнику просто не везет. Эшли Грили, научный сотрудник Центра космических полетов имени Годдарда НАСА, вспомнила спутник CubeSat, который умер вскоре после запуска.Во время пусконаладочных проверок и этапа ввода в эксплуатацию «мы думаем, что энергичная частица попала в неправильное место в неподходящее время, и, к сожалению, мы так и не получили данных», — сказала она.
Исследователи обнаружили Южно-Атлантическую аномалию в 1958 году, когда спутники впервые начали измерять радиацию в космосе. «Теперь этот регион занимает видное место в большинстве моделей», — сказал Теренс Сабака из НАСА. «Все согласны с его размером, формой и прочностью.«Хотя это все еще вопрос предположений, есть некоторые свидетельства того, что аномалия существует с самого начала 19 века, а может быть, даже раньше.
Настоящие дебаты связаны с тем, что аномалия будет делать дальше.
Возможно, вмятина раскалывается, или, возможно, появляется другое слабое место, которое врезается в нее. Впервые Грили взглянула на аномалию во время своей докторской работы. Просматривая спутниковые данные за 20 лет, она вычислила степень аномалии во время каждого прохода Солнечных аномальных и магнитосферных частиц.По ее словам, спутники на низкой околоземной орбите проходят через регион примерно каждую неделю, и этот переход длится несколько минут.
Со временем Грили обнаружил, что Южно-Атлантическая аномалия смещается на запад (примерно на 1 ° долготы каждые 5 лет) и даже немного на север. В конце концов, «большая часть этого будет над сушей», — сказала она. Прицел от аномалии пройдет над Аргентиной, Боливией, Бразилией, Чили и Парагваем.
Прогноз, сделанный ученым НАСА Вейджиа Куанг и профессором округа Балтимор Эндрю Тангборном из Университета Мэриленда, показывает, что аномалия не только мигрирует на запад, но и увеличивается в размерах.Через пять лет область ниже напряженности поля 24000 нанотесла (примерно половина нормальной магнитной напряженности) вырастет примерно на 10% по сравнению со значениями 2019 года. Куанг сказал, что вмятина также может расколоться, или, возможно, независимо от нее возникнет другое слабое место.
Южноатлантическая аномалия в настоящее время охватывает части южной части Африки, большую часть южной части Атлантического океана и Южную Америку. По прогнозам, через 5 лет регион будет расти и раздваиваться.
Нажмите на изображение для увеличения.Предоставлено: Вейцзя Куанг и Теренс Сабака / NASA GSFC. Хотя, по прогнозам, в следующие 5 лет вмятина будет расти, делать прогнозы на будущее невозможно, сказал Куанг. Движение жидкости в ядре Земли настолько турбулентно, что небольшое возмущение в системе может привести к целому ряду результатов, которые мы не можем предвидеть. Чем дальше вы продвигаетесь во времени, тем больше появляется безудержных ситуаций.
Хотя будущее туманно, изучение аномалии «дает нам очень хорошее окно для понимания не только основной динамики», — сказал Куанг, но также «региональных свойств этой области.”
К счастью, аномалия не может повредить жизни на поверхности, сказал Куанг. «Но если он продолжит ослабевать со временем, это может в конечном итоге повлиять на нас». Дыра в нашем поле подвергнет нас воздействию частиц высокой энергии, которые могут вызвать выброс энергосистем и разъедать защитные газы в нашей атмосфере.
Магнитные содрогания и блуждающий полюс Дочь Чэнли Хуанга часто слышала знакомую историю перед сном.
Однажды четверо слепых решили пойти в зоопарк навестить слона.Они никогда не встречали ни одного раньше и хотели знать, как он выглядит. Первый человек подошел к слону, пощупал его хобот и объявил, что это «изогнутая лопатка». Второй коснулся его хвоста и пришел к выводу, что это похоже на палку. Третий мужчина осторожно похлопал по телу и объявил, что животное похоже на стену, тогда как четвертый почувствовал его ногу и сказал, что это было похоже на столб.
По отдельности четверо мужчин понимали только одну часть слона. Но вместе они получили более четкое представление об истинной природе слона.
Древние исследователи погибли, пытаясь установить станции наблюдения в отдаленных местах. Хуан также рассказывает эту историю своему коллеге Пэншо Дуаню. Когда астрономы заглядывают внутрь Земли, у них нет возможности «почувствовать» истинную природу ядра. Но они могут исследовать различные аспекты, сотрудничать и сравнивать с другими, чтобы составить более полную картину.
Ученые давно занимаются этим поиском, иногда со смертельным исходом. Древние исследователи погибли, пытаясь установить станции наблюдения в отдаленных местах, как, например, обреченный английский исследователь сэр Джон Франклин, чья экспедиция по магнитным наблюдениям Северного полюса в 1845 году закончилась гибелью 129 человек и потерей двух кораблей.
Как только по всему миру возникли долговечные наземные обсерватории, ученые заметили странные отклонения в полевых условиях, в том числе, например, то, что наши магнитные Северный и Южный полюса свободно перемещаются по планете. Это правда, что полюса не уклоняются от осей вращения Земли из-за неравномерного и турбулентного потока в ядре, но они также постепенно дрейфуют, как силовые линии закрученного поля динамики ядра. В прошлом веке магнитный Северный полюс шествовал через канадскую Арктику, а с 2000-х годов он шагает по Северному Ледовитому океану.
Но иногда это постепенное движение ускоряется, казалось бы, случайным образом, и дрейф магнитного поля Земли идет в другом направлении.
Эти отклонения называются геомагнитными рывками.
. Ученые также называют рывки «V-образными» событиями, основываясь на их появлении на графиках скорости изменения поля во времени. События обычно длятся от 1 до 3 лет, а первый задокументированный случай был зарегистрирован в 1902 году.С тех пор произошли десятки рывков.
Последний рывок был в 2016 году, когда он толкнул поле и резко сместил дрейф Северного полюса. Мероприятие было довольно неудобным, потому что ученые только что выпустили 5-летнюю модель магнитного поля Земли, названную World Magnetic Model (WMM). Команде WMM пришлось досрочно обновить модель, чтобы избежать недопустимых навигационных ошибок.
Хотя происхождение рывков является предметом активных исследований, недавнее исследование в журнале Nature Geoscience, проведенное Обертом и Крисом Финли из Технического университета Дании, предполагает, что рывки могут возникать в результате толчка и притяжения сил внутри Земли (немного.
ly / jerks-research). Когда горячий шлейф вырывается через внешнее ядро, тонкий баланс между планетарными, вращательными и электромагнитными силами нарушается. Несбалансированные силы вызывают дрожь вдоль силовых линий магнитного поля в виде волн.
Следующий рывок может уже начаться. Недавний анализ Хуанга и Дуана предсказал, что следующее событие произойдет в 2020 или 2021 году.
В этом случае ученым, возможно, потребуется обновить магнитные карты, на которые опирается деятельность промышленности и правительства.Компании, ведущие бурение на нефть и газ, например, используют точно настроенные магнитные модели для рытья скважин. Но не все рывки вызывают изменения направления, поэтому время покажет, каков будет результат.
Рывки могут пролить свет на тепловые свойства ядра — горячо обсуждаемая тема, которая влияет на наши представления обо всем, от возраста ядра до начала тектоники плит. Однако еще слишком рано говорить о том, происходит ли толчок прямо сейчас. Финли, член группы, которая публикует модели магнитного поля каждые 6 месяцев, сказал, что невозможно идентифицировать геомагнитные рывки, пока они не произошли, потому что исследователи должны анализировать данные с течением времени.
По словам Финли, на то, чтобы узнать это наверняка, потребуется около двух лет.
Независимо от того, приближается ли к нам следующее событие, геомагнитные рывки — это одна из составляющих видения «слона» магнитного поля Земли. Скачки могут пролить свет на тепловые свойства ядра — горячо обсуждаемая тема, которая влияет на наши представления обо всем, от возраста ядра до начала тектоники плит.
Решение загадки происхождения рывка устранит «камень преткновения» в будущих предсказаниях магнитного поля, сказал Обер, что нам крайне необходимо, чтобы лучше понять защитную броню нашей планеты.
Как избежать судного дняВладимир Айрапетян не жалеет слов, когда речь идет об апокалиптических сценариях и нашем магнитном поле.
Художник показывает солнечную вспышку, покидающую Солнце и несущуюся к Земле. Предоставлено: NASA. В одном мрачном сценарии катастрофически массивная солнечная вспышка охватывает Землю и выбивает озоновый слой, подвергая нас разрушительному ультрафиолетовому излучению, которое, как известно, вызывает рак.
По словам Айрапетяна, за 6–12 месяцев, которые потребуются для восстановления нашего озонового слоя, мы будем жить как «ночные животные».
«Вам придется спуститься под землю и выйти ночью», — сказал Айрапетян, ученый НАСА из Центра космических полетов Годдарда. «Это сценарий голливудского типа».
Рассказы о катастрофическом отказе нашего поля являются частью знаний о работе с магнитным полем Земли. Люди всегда хотят знать: «Когда происходит действительно действительно плохое?» — сказал Обер.
Хотя преобладающая наука предполагает, что эти сценарии судного дня возможны, они крайне маловероятны.Магнитное поле Земли непостоянно, покрыто кратерами и постоянно меняется, но у ученых нет оснований полагать, что это поле не защитит нас на десятилетия — а, скорее всего, столетия — в будущем.
Даже один из самых драматических сценариев — перемагничивание — маловероятен в обозримом будущем. Последний поворот произошел 780 000 лет назад, и исследователи предполагают, что за многомиллиардное время существования магнитного поля полюса менялись сотни раз.
Наша звезда может быть способна выстрелить вспышкой эпических масштабов.Но у ученых нет убедительных доказательств того, что нас ждет инверсия поля, сказала Кэтрин Констебл, ученый из Института океанографии Скриппса, изучающая инверсию магнитного поля. «Сфера меняется так постепенно, что мы будем справедливо предупреждены, по крайней мере, через несколько десятилетий», — сказал Констебль.
Возможно, более серьезная опасность исходит из космоса. Магнитное поле — наша главная линия защиты от натиска высокоэнергетических частиц Солнца. Недавнее исследование Айрапетяна предполагает, что в нашей Солнечной системе возможны гигантские солнечные вспышки.Наблюдения за другими звездами, похожими на Солнце, показывают, что наше Солнце может испускать вспышку эпических масштабов.
Конгресс принял закон о продвижении исследований и наблюдений космической погоды для улучшения прогнозов завтрашнего дня в 2020 году, чтобы вложить деньги в исследования космической погоды, которые авторы закона назвали вопросом национальной безопасности.
Гелиофизика — это самое маленькое подразделение НАСА, поэтому Айрапетян «очень рад» дополнительному финансированию и поддержке, чтобы выяснить, какие космические опасности ждут впереди.
До тех пор наше магнитное поле будет продолжать делать то, что умеет лучше всего: дрейфовать, дрожать и трансформироваться в свою следующую грандиозную конфигурацию.
Информация об автореДженесса Данкомб (@jrdscience), штатный писатель
БлагодарностиEos благодарит Вейцзя Куанга, который щедро предоставил прогноз Южно-Атлантической аномалии по запросу.
Магнитное поле Земли
Магнитосфера защищает поверхность Земли от заряженных частиц солнечного ветра и генерируется электрическими токами, расположенными во многих различных частях Земли.Он сжимается с дневной (солнечной) стороны за счет силы приходящих частиц и расширяется с ночной стороны. (Изображение не в масштабе.) Разница между магнитным севером и «истинным» севером.
Магнитное поле Земли (и поверхностное магнитное поле ) приблизительно представляет собой магнитный диполь, с S-полюсом магнитного поля около географического северного полюса Земли (см. Магнитный северный полюс) и другим северным полюсом магнитного поля вблизи географического географического полюса Земли. южный полюс (см. Южный магнитный полюс).Благодаря этому компас можно использовать для навигации. Причину возникновения поля можно объяснить теорией динамо. Магнитное поле распространяется бесконечно, но ослабевает по мере удаления от источника. Магнитное поле Земли, также называемое геомагнитным полем , которое эффективно распространяется на несколько десятков тысяч километров в космос, формирует магнитосферу Земли. Палеомагнитное исследование австралийского красного дацита и подушечного базальта оценило возраст магнитного поля как минимум 3,5 миллиарда лет. [1] [2]
Важность
Моделирование взаимодействия между магнитным полем Земли и межпланетным магнитным полем.
Земля в значительной степени защищена от солнечного ветра, потока энергичных заряженных частиц, исходящих от Солнца, своим магнитным полем, которое отклоняет большинство заряженных частиц. Некоторые из заряженных частиц солнечного ветра захвачены в радиационном поясе Ван Аллена.Меньшему количеству частиц солнечного ветра удается перемещаться, как по линии передачи электромагнитной энергии, в верхние слои атмосферы и ионосферу Земли в зонах полярных сияний. Единственный раз, когда солнечный ветер наблюдается на Земле, — это когда он достаточно силен, чтобы вызывать такие явления, как полярное сияние и геомагнитные бури. Яркие полярные сияния сильно нагревают ионосферу, заставляя ее плазму расширяться в магнитосферу, увеличивая размер плазменной геосферы и вызывая утечку атмосферного вещества в солнечный ветер.Геомагнитные бури возникают, когда давление плазмы, содержащейся внутри магнитосферы, достаточно велико, чтобы раздуваться и тем самым искажать геомагнитное поле.
Солнечный ветер отвечает за общую форму магнитосферы Земли, и колебания ее скорости, плотности, направления и увлекаемого магнитного поля сильно влияют на локальную космическую среду Земли.
Например, уровни ионизирующего излучения и радиопомех могут варьироваться от сотен до тысяч раз; а форма и расположение магнитопаузы и головной ударной волны перед ней могут изменяться на несколько радиусов Земли, подвергая геосинхронные спутники воздействию прямого солнечного ветра.Эти явления собирательно называются космической погодой. Механизм атмосферного разрыва вызван захватом газа пузырьками магнитного поля, которые срываются солнечными ветрами. [3] Изменения напряженности магнитного поля коррелировали с изменением количества осадков в тропиках. [4]
Магнитные полюса и магнитный диполь
Основные статьи: Северный магнитный полюс и Южный магнитный полюс Магнитное склонение от истинного севера в 1700 г.Положение магнитных полюсов можно определить как минимум двумя способами [5] .
Часто магнитный (наклонный) полюс рассматривается как точка на поверхности Земли, где магнитное поле полностью вертикально. Другими словами, угол наклона поля Земли составляет 90 ° на северном магнитном полюсе и -90 ° на южном магнитном полюсе.
На магнитном полюсе компас, удерживаемый в горизонтальной плоскости, указывает случайным образом, в то время как в противном случае он указывает почти на северный магнитный полюс или от Южного магнитного полюса, хотя существуют местные отклонения. Два полюса перемещаются независимо друг от друга и не находятся в прямо противоположных положениях на земном шаре.Магнитный полюс падения может быстро перемещаться, для Северного магнитного полюса [6] проводились наблюдения до 40 км в год.
Магнитное поле Земли можно точно описать полем магнитного диполя, расположенного рядом с центром Земли. Ориентация диполя определяется осью. Два положения, где ось диполя, которая лучше всего соответствует геомагнитному полю, пересекает поверхность Земли, называются Северным и Южным геомагнитными полюсами. Для наилучшего соответствия диполь, представляющий геомагнитное поле, должен быть размещен примерно в 500 км от центра Земли.Это заставляет внутренний радиационный пояс опускаться ниже в южной части Атлантического океана, где поверхностное поле является самым слабым, создавая то, что называется южноатлантической аномалией.
Если бы магнитное поле Земли было абсолютно дипольным, геомагнитный и магнитный полюса падения совпадали. Однако важные недиполярные члены в точном описании геомагнитного поля приводят к тому, что положения двух типов полюсов находятся в разных местах.
Характеристики поля
Напряженность поля у поверхности Земли составляет менее 30 микротеслов (0.3 гаусса) на территории, включающей большую часть Южной Америки и Южной Африки, до более чем 60 микротеслов (0,6 гаусса) вокруг магнитных полюсов в северной Канаде и на юге Австралии, а также в части Сибири. Средняя напряженность магнитного поля во внешнем ядре Земли составила 25 Гаусс, что в 50 раз сильнее, чем магнитное поле на поверхности. [9] [10]
Поле аналогично полю стержневого магнита. Магнитное поле Земли в основном вызвано электрическими токами в жидком внешнем ядре.Ядро Земли горячее, чем 1043 К, температура точки Кюри, выше которой ориентация спинов в железе становится случайной. Такая рандомизация приводит к потере намагниченности вещества.
Конвекция расплавленного железа во внешнем жидком ядре, наряду с эффектом Кориолиса, вызванным общим вращением планеты, имеет тенденцию организовывать эти «электрические токи» в валки, выровненные вдоль полярной оси север-юг. Когда проводящая жидкость течет через существующее магнитное поле, индуцируются электрические токи, которые, в свою очередь, создают другое магнитное поле.Когда это магнитное поле усиливает исходное магнитное поле, создается динамо-машина, которая поддерживает себя. Это называется теорией динамо, и она объясняет, как поддерживается магнитное поле Земли.
Еще одна особенность, которая магнитно отличает Землю от стержневого магнита, — это ее магнитосфера. На больших расстояниях от планеты преобладает поверхностное магнитное поле. Электрические токи, индуцированные в ионосфере, также создают магнитные поля. Такое поле всегда создается вблизи того места, где атмосфера находится ближе всего к Солнцу, вызывая ежедневные изменения, которые могут отклонять поверхностные магнитные поля на величину до одного градуса.
Типичные ежедневные колебания напряженности поля составляют около 25 нанотесла (нТл) (т.е. ~ 1: 2 000), с вариациями в течение нескольких секунд, как правило, около 1 нТл (т.е. ~ 1: 50 000). [11]
Вариации магнитного поля
Геомагнитные вариации с момента последнего обращения.Токи в ядре Земли, создающие ее магнитное поле, возникли по крайней мере 3 450 миллионов лет назад. [12] [13]
Магнитометры обнаруживают мельчайшие отклонения в магнитном поле Земли, вызванные железными артефактами, печами, некоторыми типами каменных построек и даже канавами и мусором в археологической геофизике.С помощью магнитных инструментов, адаптированных на основе бортовых детекторов магнитных аномалий, разработанных во время Второй мировой войны для обнаружения подводных лодок, были нанесены на карту магнитные вариации на дне океана. Базальт — богатая железом вулканическая порода, составляющая дно океана — содержит сильно магнитный минерал (магнетит) и может локально искажать показания компаса.
Искажение было признано исландскими мореплавателями еще в конце 18 века. Что еще более важно, поскольку присутствие магнетита придает базальту измеримые магнитные свойства, эти магнитные вариации предоставили еще один способ изучения глубоководного дна океана.Когда вновь образованная порода охлаждается, такие магнитные материалы регистрируют магнитное поле Земли.
Часто магнитосфера Земли поражается солнечными вспышками, вызывающими геомагнитные бури, вызывающие проявления полярных сияний. Кратковременная нестабильность магнитного поля измеряется с помощью K-индекса.
Недавно в магнитном поле были обнаружены утечки, которые взаимодействуют с солнечным ветром Солнца способом, противоположным первоначальной гипотезе. Во время солнечных бурь это может привести к крупномасштабным отключениям электроэнергии и сбоям в работе искусственных спутников. [14]
- См. Также Магнитная аномалия
Инверсия магнитного поля
Основная статья: Геомагнитная инверсия Основываясь на изучении лавовых потоков базальта во всем мире, было предложено, что магнитное поле Земли меняет направление на противоположное.
с интервалами от десятков тысяч до многих миллионов лет, со средним интервалом примерно 300 000 лет. [15] Тем не менее, последнее такое событие, названное инверсией Брюнес – Матуяма, произошло примерно 780 000 лет назад.
Нет четкой теории относительно того, как могли произойти геомагнитные инверсии. Некоторые ученые создали модели ядра Земли, в которых магнитное поле лишь квазистабильно, а полюса могут самопроизвольно перемещаться из одной ориентации в другую в течение от нескольких сотен до нескольких тысяч лет. Другие ученые предполагают, что геодинамо сначала отключается самопроизвольно или из-за какого-то внешнего воздействия, такого как удар кометы, а затем перезапускается с магнитным «северным» полюсом, указывающим либо на север, либо на юг.Внешние события вряд ли будут обычными причинами инверсий магнитного поля из-за отсутствия корреляции между возрастом ударных кратеров и временем инверсий. Независимо от причины, когда магнитный полюс переключается из одного полушария в другое, это называется инверсией, тогда как временные изменения наклона диполя, которые перемещают ось диполя через экватор, а затем возвращаются к исходной полярности, известны как отклонения.
Исследования потоков лавы на горе Стинс, штат Орегон, показывают, что магнитное поле могло смещаться со скоростью до 6 градусов в день в какой-то момент истории Земли, что значительно бросает вызов популярному пониманию того, как работает магнитное поле Земли. . [16]
Палеомагнитные исследования, подобные этим, обычно состоят из измерений остаточной намагниченности вулканических пород в результате вулканических событий. Осадки, отложенные на дне океана, ориентируются в соответствии с местным магнитным полем, сигнал, который может быть записан по мере их затвердевания. Хотя залежи магматических пород в основном парамагнитны, они действительно содержат следы ферри- и антиферромагнитных материалов в виде оксидов железа, что дает им способность обладать остаточной намагниченностью.Фактически, эта характеристика довольно часто встречается во многих других типах горных пород и отложений, обнаруженных по всему миру. Одним из наиболее распространенных оксидов, обнаруживаемых в естественных отложениях горных пород, является магнетит.
В качестве примера того, как это свойство магматических пород позволяет нам определить, что поле Земли в прошлом менялось, рассмотрим измерения магнетизма на океанских хребтах. Прежде чем магма выйдет из мантии через трещину, она имеет чрезвычайно высокую температуру, превышающую температуру Кюри любого закиси железа, который она может содержать.Лава начинает охлаждаться и затвердевать, когда попадает в океан, позволяя этим оксидам железа в конечном итоге восстановить свои магнитные свойства, в частности, способность удерживать остаточную намагниченность. Если предположить, что единственное магнитное поле, присутствующее в этих местах, связано с самой Землей, эта затвердевшая порода становится намагниченной в направлении геомагнитного поля. Несмотря на то, что напряженность поля довольно мала, а содержание железа в типичных образцах горных пород невелико, относительно небольшая остаточная намагниченность образцов находится в пределах разрешающей способности современных магнитометров.
Затем можно измерить возраст и намагниченность застывших образцов лавы, чтобы определить ориентацию геомагнитного поля в древние эпохи.
Обнаружение магнитного поля
Отклонения модели магнитного поля от данных измерений, данных, созданных спутниками с чувствительными магнитометрамиНапряженность магнитного поля Земли была измерена Карлом Фридрихом Гауссом в 1835 году и с тех пор неоднократно измерялась, показывая относительное уменьшение около 10% за последние 150 лет. [17] Спутник Magsat и более поздние спутники использовали 3-осевые векторные магнитометры для исследования трехмерной структуры магнитного поля Земли. Более поздний спутник Эрстеда позволил провести сравнение, показывающее динамическое геодинамо в действии, которое, похоже, порождает альтернативный полюс под Атлантическим океаном к западу от Южной Африки. [18]
Правительства иногда используют подразделения, специализирующиеся на измерении магнитного поля Земли. Это геомагнитные обсерватории, обычно входящие в состав национальной геологической службы, например, обсерватория Эскдалемуир Британской геологической службы.
Такие обсерватории могут измерять и прогнозировать магнитные условия, которые иногда влияют на связь, электроэнергию и другую деятельность человека. (См. Магнитную бурю.)
Международная сеть магнитных обсерваторий в реальном времени с более чем 100 взаимосвязанными геомагнитными обсерваториями по всему миру с 1991 года регистрирует магнитное поле Земли.
Военные определяют местные характеристики геомагнитного поля по порядку. для обнаружения аномалий на естественном фоне, которые могут быть вызваны значительным металлическим объектом, например, затопленной подводной лодкой.Как правило, эти детекторы магнитных аномалий используются в 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.
Животные, включая птиц и черепах, могут обнаруживать магнитное поле Земли и использовать это поле для навигации во время миграции.
[19] Коровы и дикие олени склонны выстраивать свои тела с севера на юг во время отдыха, но не тогда, когда животные находятся под высоковольтными линиями электропередач, что заставляет исследователей полагать, что причиной этого является магнетизм. Дайсон, П.Дж. (2009). «Биология: электрические коровы». Nature 458 (7237): 389. DOI: 10.1038 / 458389a. PMID 19325587.
Внешние ссылки
- Уильям Дж. Брод, Будет ли компас указывать на юг? . New York Times, 13 июля 2004 г.
- John Roach, Почему меняется магнитное поле Земли? . National Geographic, 27 сентября 2004 г.
- Когда север идет на юг . Проекты в области научных вычислений, 1996.
- Трехмерный имитатор заряженных частиц в магнитном поле Земли . Инструмент, предназначенный для трехмерного моделирования заряженных частиц в магнитосфере. [Требуется подключаемый модуль VRML]
- Великий Магнит, Земля , История открытия магнитного поля Земли Дэвидом П.
Стерном. - Исследование магнитосферы Земли , Образовательный веб-сайт Дэвида П. Стерна и Маурисио Передо
Стерном.Северный магнитный полюс Земли начал гонку к Сибири
В 1831 году британский исследователь Джеймс Кларк Росс определил положение магнитного поля. Впервые на Северном полюсе с точностью до нескольких миль.Он нашел его на полуострове Бутия в Нунавуте, на севере Канады, где он и его команда разбили лагерь в «снежных хижинах недавно заброшенной деревни Эскимос».
Уже тогда было известно, что полюс двигался, хотя и медленно. Примерно 70 лет спустя норвежец Амундсен заново открыл его поблизости, и в течение следующих 90 лет он медленно мигрировал на север со скоростью до 15 километров (чуть более 9 миль) в год.
Затем, в 1990 году, он внезапно начал ускоряться на север. В 2017 году он прошел географический Северный полюс и теперь движется на юг, в Сибирь.
Ученые обычно обновляют положение магнитного полюса каждые пять лет. Но в 2019 году движение было настолько быстрым и неожиданным, что ученые были вынуждены выпускать дополнительное нерегулярное обновление, чтобы можно было исправить зависимые от него навигационные устройства.
Возникает важный вопрос. Что заставляет магнитный полюс так быстро двигаться? И вернется ли он когда-нибудь в Канаду?
Tug-of-War
Теперь мы получили ответ благодаря работе Филипа Ливермора из Университета Лидса в США.К. и несколько его коллег, которые говорят, что положение полюса является результатом перетягивания каната между двумя участками отрицательного магнитного потока, расположенными под Канадой и Сибирью. В последние годы канадский участок значительно ослаб, позволяя сибирскому пятну тянуть полюс в своем направлении. И они говорят, что их модель предсказывает, что полюс продолжит продвигаться к Сибири на расстояние до 660 километров (370 миль) в следующем десятилетии.
Во-первых, немного предыстории. Магнитное поле Земли создается в богатом железом ядре планеты.Как и все магнетики, у него есть северный и южный полюсы. Их точное положение на поверхности Земли зависит от того, как поле изгибается и ослабляется мантией Земли.
На поверхности Земли магнитный полюс определяется как место, где магнитное поле перпендикулярно поверхности и где свободно вращающаяся магнитная стрелка будет указывать прямо вниз. Росс и Амундсен определили его положение, наблюдая за ориентацией таких игл. Однако с 1990 года спутники постоянно наблюдают за полем, и это привело к более точному определению местоположения.
(Источник: Ливермор и др., 2020 arXiv)
Ученым Земли давно известно, что точное положение связано с двумя участками относительно сильных магнитных полей, которые расположены под Канадой и Сибирью. Действительно, эти пятна участвуют в перетягивании каната, которое толкает и тянет полюс вперед и назад, говорят Ливермор и компания.
В последнее время соотношение этих патчей изменилось.
«В период с 1999 по 2019 год на сибирском участке наблюдалось небольшое усиление, а на канадском участке — значительно снизилось абсолютное значение», — говорят Ливермор и его коллеги.«Вместе это привело к тому, что северный магнитный полюс движется в сторону Сибири».
Чтобы выяснить, почему произошло это изменение, команда смоделировала изменение напряженности магнитного поля в Канаде и Сибири, а затем использовала результаты, чтобы определить, какие изменения в ядре Земли могли их вызвать.
Они говорят, что это произошло из-за изменения потока жидкого железа в ядре Земли в 1970-х годах и того, как соответствующее изменение магнитного поля распространялось через мантию на поверхность.
Сибирь привязана
Далее они говорят, что полюс, вероятно, продолжит свое путешествие в Сибирь в краткосрочной перспективе.
«Ряд простых моделей, которые фиксируют этот процесс, показывают, что в течение следующего десятилетия северный магнитный полюс продолжит движение по своей текущей траектории еще на 390-660 км в сторону Сибири», — говорят ученые.
Однако модель ненадежна при более длительных масштабах. Тем не менее, команда говорит, что прошлый образец движения в этих временных масштабах может указывать на будущее поведение.
«За последние 7000 лет он, кажется, хаотично перемещался вокруг географического полюса, не показывая предпочтительного местоположения», — говорят Ливермор и компания.
Другими словами, куда бы он ни пошел, северный магнитный полюс вряд ли останется там надолго.
Ссылка: Недавнее ускорение Северного магнитного полюса в сторону Сибири, вызванное удлинением лепестка потока arxiv.org/abs/2010.11033
Только что изменился северный магнитный полюс.Вот что это значит.
Магнитный север никогда не оставался неподвижным. За последние сто лет или около того направление, в котором устойчиво указывают наши компасы, неуклонно двигалось на север, движимое взбалтыванием жидкого внешнего ядра Земли на глубине примерно 1800 миль под поверхностью. Тем не менее, в последние годы ученые заметили кое-что необычное: рутинное движение Магнитного Севера перешло на большую скорость, отправив его галопом через Северное полушарие — и никто не может полностью объяснить, почему.
Изменения были настолько значительными, что ученые начали работу над экстренным обновлением Мировой Магнитной Модели, математической системы, лежащей в основе навигации, от мобильных телефонов и кораблей до коммерческих авиакомпаний.Но затем правительство США прекратило работу, отложив официальный выпуск модели, поскольку Nature News впервые сообщил о ранее в этом году.
Теперь ожидание нового севера закончилось. Обновление World Magnetic Model было официально выпущено в понедельник, и магнитный север снова может быть точно определен для людей по всему миру.
Вероятно, еще много вопросов: почему магнитный север меняется так быстро? Как повлияла задержка обновления? Была ли действительно геологическая причина, по которой карты Google сбили меня с курса? Мы вас прикрыли.
Земля — единственная известная планета, на которой существует жизнь. Узнайте происхождение нашей родной планеты и некоторые ключевые ингредиенты, которые помогают сделать это синее пятнышко в космосе уникальной глобальной экосистемой.
Магнитный север — один из трех «северных полюсов» нашего земного шара. Во-первых, есть истинный север, то есть северный конец оси, на которой вращается наша планета.
Но защитный магнитный пузырь или магнитосфера нашей планеты не идеально совмещен с этим вращением.Вместо этого динамо-машина ядра Земли создает магнитное поле, которое немного отклонено от оси вращения планеты. Северный конец этого стержневого магнита размером с планету известен как геомагнитный север — точка, расположенная у северо-западного побережья Гренландии, которая мало изменила свое положение за последнее столетие.
Еще есть магнитный север, на который указывает ваш компас, который определяется как точка, в которой линии магнитного поля указывают вертикально вниз. В отличие от геомагнитного севера, эта позиция более восприимчива к скачкам и потокам в вихре жидкого железа в ядре.Эти токи притягивают магнитное поле, отправляя магнитный север на север через земной шар.
«Северный магнитный полюс — довольно чувствительное место, — говорит Фил Ливермор, геофизик из Университета Лидса.
Что такое магнитная модель мира?Джеймс Кларк Росс впервые обнаружил магнитный север в 1831 году на разбросанных островах канадской территории Нунавута. С тех пор полюс в значительной степени продвинулся на север, пройдя сотни миль за последние несколько десятилетий.(Любопытно, что его полярная противоположность, магнитный юг, за это время не сдвинулся.)
Чтобы не отставать от всех этих изменений, Национальное управление океанических и атмосферных исследований США и Британская геологическая служба разработали то, что в конечном итоге стало известно как Мировая магнитная модель. «Таким образом, по сути, все они будут на одной карте», — говорит Кьяран Бегган, геофизик из BGS.
Модель обновляется каждые пять лет, последнее обновление — в 2015 году. Между каждым обновлением ученые проверяют точность модели по данным наземных магнитных обсерваторий и миссии Swarm Европейского космического агентства — три спутника для картографирования магнитного поля, которые застегивают вокруг Земли от 15 до 16 раз в день.
До сих пор этого казалось достаточно, чтобы идти в ногу с маршем магнитного севера к Сибири.
В середине 1900-х годов северный магнитный полюс неуклюже продвигался со скоростью менее ста футов каждый день, что в сумме составляло менее семи миль разницы каждый год. Но в 90-х это начало меняться. К началу августа магнитный север увеличивался примерно на 34 мили в год.
«На высоких широтах все происходит очень странно», — говорит Ливермор, отмечая, что это увеличение, похоже, совпало с усилением струи в жидком внешнем ядре планеты.Хотя события могут быть связаны между собой, точно сказать пока нельзя.
К началу 2018 года ученые поняли, что модель скоро превысит допустимые пределы для магнитной навигации. Что-то нужно было сделать до следующего регулярного обновления модели, намеченного на 2020 год.
Отключило ли правительство навигацию? Чтобы исправить модель, ученые NOAA и BGS скорректировали ее, используя последние данные за три года. Эта обновленная версия была предварительно выпущена онлайн в октябре 2018 года.
Как объясняет Бегган, в их число входят основные пользователи модели в оборонной и военной сферах — министерство обороны США, министерство обороны Великобритании и Организация Североатлантического договора.
«Вещи на высоких широтах действуют очень странно».
Байфил Ливермор, Университет Лидса
Прекращение работы правительства задержало всестороннюю публичную публикацию информации, которая включает онлайн-калькуляторы, программное обеспечение и техническую заметку с описанием изменений.В принципе, каждый, кто использует магнитную навигацию, может извлечь выгоду из этого обновления, говорит Арно Чуллиат, геомагнетист из Университета Колорадо в Боулдере и филиал NOAA, который работал над обновлением.
Эта модель нашла свое применение во многих наших современных картографических системах, включая Google и Apple, — добавляет Бегган. Но разница незначительна для большинства гражданских целей, и изменения в основном ограничиваются широтой выше 55 градусов.
«Среднестатистического пользователя это не сильно повлияет, если только он не совершит треккинг по высокой Арктике», — говорит Бегган.
Что вызвало все эти странности?
Интерес к этим неожиданным толчкам — это больше, чем просто отображение. Танец линий магнитного поля Земли представляет собой одно из немногих окон, доступных ученым для процессов, происходящих за тысячи миль под вашими ногами.
На осеннем заседании Американского геофизического союза 2018 года Ливермор представил то, что он называет «перетягиванием каната» магнитного поля, которое может дать объяснение недавнему странному поведению.По его словам, северный магнитный полюс, по-видимому, контролируется двумя участками магнитного поля, одним под северной Канадой и одним под Сибирью. Исторически сложилось так, что тот, что находится под северной Канадой, кажется, был сильнее, удерживая магнитный полюс в своих лапах. Но в последнее время, похоже, все изменилось.
«Сибирская нашивка выглядит так, как будто она выигрывает битву», — говорит он. «Это как бы притягивает магнитное поле к своей стороне географического полюса».
Лед, дикая природа и приключения — вот что привлекает нас к ледяным водам, спускающимся с Северного Ледовитого океана.Присоединяйтесь к команде Национального географического флота, чтобы исследовать самую северную часть Земли.
Это может быть результатом размазывания струи внутри сердечника и, таким образом, ослабления магнитного поля под Канадой, говорит он. Увеличение скорости струи, похоже, совпало с последними несколькими десятилетиями движения магнитного полюса на север. Но он предостерегает от поспешных действий с какими-либо определенными выводами.
«Там вполне может быть ссылка», — говорит он. «Не уверен, но может быть».
Трудно предсказать, что произойдет с северным магнитным полюсом — или сохранит ли он свою скорость при движении в сторону Сибири, — отмечает Робин Фиори, научный сотрудник отдела природных ресурсов Канады.
Единственное, что кажется определенным в отношении магнитного севера, — это его непредсказуемость.
Скалы содержат геологические карты еще более странных движений магнитных полюсов, предполагая, что за последние 20 миллионов лет магнитный север и юг несколько раз менялись местами. Кажется, это происходит примерно каждые 200 000–300 000 лет. Точные причины этих изменений остаются неясными. Но последнее движение не должно сбивать вас с толку из-за неминуемого срыва.
«Нет никаких признаков разворота», — говорит Бегган.«И даже если бы произошел поворот, геологические записи показывают, что на это уходит, по крайней мере, несколько тысяч лет». (Что на самом деле происходит, когда магнитное поле переворачивается? Вот что мы знаем.)
Модели магнитного севера предполагают, что этот последний скачок — даже не самое странное, что полюс совершил в новейшей истории, — добавляет Фиори. До 1900 года его блуждания, вероятно, когда-то были намного более подвижными и могли включать несколько крутых поворотов в северной Канаде, которые могли бы отправить полюс на короткое путешествие на юг.
«Все это связано с изменениями в движении жидкости в этом внешнем ядре», — говорит она. Поэтому трудно сказать, является ли вновь обретенная скорость магнитного севера новой нормой.
«Мы знаем, что полюс сейчас движется быстрее, чем в течение десятилетий, но как часто это происходит в долгой истории?» — спрашивает Джефф Ривз, ученый-космонавт из Национальной лаборатории Лос-Аламоса.
«Мы понятия не имеем. Что мы знаем, так это то, что он делает сейчас по-другому, и это всегда интересно с научной точки зрения.
Примечание редактора. Первоначально эта статья содержала неверную цитату Робин Фиори, которая была обновлена. Типы навигации, которые могут извлечь выгоду из новой модели, также были обновлены, а написание имени Арно Чуллиа было исправлено.
Магнитное поле Земли меняется гораздо чаще, чем мы думали.
Ив Галле балансирует на крутом скалистом склоне в северо-восточной Сибири, бирюзовая река неторопливо течет по холмистому ландшафту, растянувшемуся внизу.
Но Галле из Французского Института Физики Земного шара повернулся лицом к скалам с одной целью: расшифровать историю магнитного поля Земли.
Этот защитный пузырь защищает Землю от излучения, постоянно исходящего от Солнца. За 4,6 миллиарда лет истории планеты поле часто менялось, меняя местами магнитный север и юг, и некоторые исследования показывают, что на геологическом горизонте может произойти еще один поворот. Хотя опасения по поводу надвигающегося геомагнитного апокалипсиса преувеличены, изменение магнитного поля может иметь множество разрушительных воздействий — от повышенного радиационного облучения до технологических сбоев, что делает понимание этих исторических переворотов больше, чем просто научное любопытство.(Узнайте больше о том, что может произойти, когда магнитные полюса перевернутся.)
Теперь Галле и его коллеги обнаружили свидетельства одного из самых высоких показателей инверсии поля, когда-либо зарегистрированных. В течение этого потрясающе хаотичного времени, подробно описанного в недавней публикации в Earth and Planetary Science Letters , на планете каждые миллион лет происходило 26 смен магнитных полюсов, что более чем в пять раз превышает скорость, наблюдавшуюся за последние 10 миллионов лет.
Земля — единственная известная планета, на которой существует жизнь.Узнайте происхождение нашей родной планеты и некоторые ключевые ингредиенты, которые помогают сделать это синее пятнышко в космосе уникальной глобальной экосистемой.
Результат присоединяется к набору доказательств того, что магнитное поле планеты способно меняться чаще, чем считалось возможным, говорит Джозеф Меерт, палеомагнетист из Университета Флориды, не входивший в исследовательскую группу. Такие исследования постепенно заполняют пятнистую магнитную летопись Земли, что может помочь ученым лучше понять время и причину этой геологической гимнастики — и даже может намекнуть на влияние древних периодов гиперактивности на раннюю жизнь.
Беспокойные полюса Земли
Магнитное поле Земли заряжается за счет взбалтывания расплавленного железа и никеля внешнего ядра нашей планеты, находящегося на глубине примерно 1800 миль от поверхности. На протяжении многих лет повороты и кувырки поля фиксировались богатыми железом минералами, приспособленными к магнитным воздействиям, которые могут застревать в месте при образовании осадочных пород или остывании лавы, как крошечные стрелки компаса, застывшие во времени.
Судя по этой каменистой записи, наши полюса не менялись местами примерно 780 000 лет, но в прошлом они были беспокойными, меняясь местами каждые 200 000 лет или около того.Бывают также длительные периоды, когда полюса в основном остаются на месте, например, период в 40 миллионов лет в меловом периоде около 100 миллионов лет назад.
Насколько быстро могут быть эти развороты? Чтобы получить ответы на вопросы, Галлет и его коллеги отправились на вертолете, надувном плоту и пешком к опасным скалам, которые относятся к немногочисленному периоду среднего кембрия, примерно 500 миллионов лет назад. Песок, на которых построен этот регион, залегает в том, что когда-то было теплым мелким морем, с магнитными минералами, захваченными на месте, когда осадки дрейфовали на тихое дно океана и уплотнялись, образуя новые слои горных пород.
Галлет и его коллеги впервые посетили это место в начале 2000-х годов, собрав около 119 образцов с почти вертикальной поверхности скалы.
Эта работа выявила период в среднем кембрии, когда каждые миллион лет происходило по крайней мере шесть-восемь инверсий поля.
Ученые собрали образцы горных пород со скал так называемого разреза Хорбусуонка в Сибири. Богатые железом минералы в этих породах записывают магнитные сигнатуры на отрезке истории Земли длиной около трех миллионов лет.
Фотография Ива ГаллетаПожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.
«Мы не ожидали такой высокой частоты разворотов», — пишет Галлет в электронном письме, подчеркивая, что в то время все, что превышало четыре или пять разворотов, считалось высоким. Высокая скорость оставила у него и его коллег тревожное подозрение, что им нужно собрать больше образцов. Летом 2016 года они вернулись, чтобы сделать именно это, разрезав около 550 небольших блоков камня каждые четыре-восемь дюймов.Анализ магнитных сигнатур подтвердил их подозрения: за три миллиона лет, зафиксированных в их образцах, они обнаружили 78 поразительных переворотов поля.
«Мы ожидали очень высокой частоты инверсии магнитного поля, но, конечно, не такого высокого значения», — говорит Галлет. Он отмечает, что в 22 образцах зафиксирован только один разворот, намекая, что, возможно, истинная скорость еще выше.
Перелистывание
На данный момент новое исследование предлагает больше вопросов, чем ответов. Непонятно, почему поле было таким гипертрофированным в то время и, что еще более интригующе, почему оно быстро восстановилось.
Одна из возможностей состоит в том, что эти ранние перевороты связаны с охлаждением и кристаллизацией твердого внутреннего ядра планеты. Хотя многие исследования предполагают, что это, вероятно, началось 600 или 700 миллионов лет назад, возможно, интенсивный поворот в среднем кембрии произошел из позднего периода формирования внутреннего ядра. Но есть еще много неуверенности.
«Очень сложно что-либо узнать о керне и его поведении», — говорит геолог Анник Ван дер Бун из Ливерпульского университета, не входившая в исследовательскую группу.
«Мы не можем этого увидеть, мы не можем туда пойти». (Узнайте, как некоторые ученые, используя ядерные взрывы, обнаружили нечто неожиданное о внутреннем ядре.)
Единственный другой период времени со сравнительно высокими инверсиями, известный как эдиакарский, произошел примерно от 550 до 560 миллионов лет назад, время, которое интригующе складывается. с массовым отмиранием жизни, отмечает Мерт. Исследования показывают, что переменное магнитное поле Эдиакарана было чрезвычайно слабым, что могло подвергнуть раннюю жизнь на Земле суровым условиям на поверхности.
Говоря языком Star Trek , наши щиты опустились и позволили бомбардировать поверхность Земли космическим и другим излучением.
Джозеф Меерт, Университет Флориды
«Говоря языком Star Trek , наши щиты опустились и позволили бомбардировать поверхность Земли космическим и другим излучением», — говорит Мерт. Возможно, это чрезмерное воздействие убило мягких и податливых эдиакарских тварей, многие из которых не могли укрыться от солнца.
(Узнайте больше о потусторонних существах эдиакарцев.)
Но массовое вымирание не совпадает с недавно предложенным гиперактивным переворачиванием в среднем кембрии, когда жизнь расцветала в бесчисленных формах. Возможно, эволюция протянула этим созданиям руку помощи, предполагает он, что привело к появлению роющих нор и других животных, которые могли укрыться от вредных солнечных лучей. Но на данный момент, говорит он, это все лишь предположения.
Магнитные вопросы
Одна любопытная закономерность заключается в том, что, похоже, изменения имеют некоторую цикличность с продолжительными периодами без переворотов, происходящими примерно каждые 150 миллионов лет.Между этими задержками поле, кажется, меняется со скоростью пять раз за миллион лет, а затем эти периоды перемежаются гиперактивными всплесками.
Основываясь на этих грубых циклах, кажется, что магнитное поле Земли приближается к новому периоду гиперактивности, говорит Меерт, но предупреждает, что многое остается неопределенным.
И даже если на горизонте виден поворот, с нашей точки зрения, каждый из них происходит в замедленном темпе, при этом полюса меняются местами в течение нескольких тысяч лет.
«Это не похоже на фильм, в котором однажды вы просыпаетесь, а ваш магнит направлен на север, а на следующий день — на юг», — говорит Мерт.
Одна из серьезных проблем с расшифровкой этих закономерностей заключается в том, что запись остается неоднородной. Эти древние породы обычно сдавливаются и трансформируются при столкновении континентов, скрывая многие древние записи, объясняет Ван дер Бун, который изучает гораздо более редкие горные записи, которые показывают потенциальный период повышенного переворачивания около 400 миллионов лет назад.
«Я завидую их данным, потому что они действительно хорошо выглядят», — говорит она.
Хотя исследователи сделали все, что могли, в сложных условиях, этот результат все еще нуждается в проверке в других частях земного шара, чтобы подтвердить, что это действительно глобальная проблема, говорит Флориан Луиллиер, геомагнетист из Мюнхенского университета Людвига Максимилиана.
Он также хотел бы увидеть подтверждение рекорда в вулканических породах. Минералы в этих породах могут аналогичным образом регистрировать магнитное поле, когда лава остывает и превращается в камень.Осадки, однако, разрушаются и уплотняются, когда превращаются в горные породы, и могут быть химически изменены, что может изменить нашу картину положения полей.
Тем не менее, последнее исследование предлагает интригующий взгляд на дикие выходки прошлого нашей планеты и предоставляет массу свежих данных, над которыми стоит задуматься. Один из следующих шагов — сопоставление данных с компьютерными моделями, — говорит Кортни Джин Спрейн, геолог из Ливерпульского университета: «Теперь мы можем запустить некоторые из наших моделей и сказать:« Хорошо, что это может значить? »
Примечание редактора: В эту статью были внесены изменения, чтобы уточнить количество инверсий магнитного поля, наблюдаемых в каждом образце сибирской породы, и время одного длительного периода без инверсий магнитного поля.
Ваш комментарий будет первым