Наша планета має магнітні властивості. Стрілка компаса завж ди орієнтується по магнітному меридіану, показуючи одним кінцем на північ, іншим - на південь. Геомагнітне поле в першому набли женні може бути представлене як поле однорідно намагніченої кулі (рис. 20.1). Земля є магнітним диполем. Магнітнийдиполь - це умовний стер жень, кінці якого відповідають протилежним магнітним полюсам. Магнітне поле Землі загалом подібне магнітному полю такого стерж ня. Причому центр земного магнітного диполя зміщений відносно центра планети на 0,07 середнього радіуса Землі в сторону Тихого океану, а вісь диполя, або магнітна вісь Землі, розміщена до осі обер тання Землі під кутом 11,5°. Магнітні силові лінії такого величезно го магніту виходять з північного магнітного полюса, розташовано го в Південній півкулі, і, огинаючи Землю та розповсюджуючись на десятки тисяч кілометрів і навіть більше у навколоземному просторі, спрямовуються до південного полюса в Північній півкулі.
Точки перетину осі магнітного диполя з земною поверхнею називаються геомагнітними полюсами. У Північній півкулі роз ташовується південний геомагнітний полюс, а у Південній півкулі - північний. Однак їх зазвичай називають за аналогією з географі чними полюсами. Геомагнітні полюси не співпадають з географіч
ними і в нашу епоху мають наступні координати: північний гео магнітний полюс < = 72°12' пн. ш. і Я = 68°48' з. д., південний гео р магнітний полюс < = 78°12' пд. ш. і Я = 111°12/ с. д. р Координати геомагнітних полюсів відносяться тільки до умов но однорідно намагніченої кулі ідеальної форми. Насправді гео магнітне поле значно складніше, ніж поле стержнеподібного маг ніту. Тому, поряд з геомагнітними полюсами (теоретичне поняття) розрізняють реальні магнітні полюси Землі - точки, в яких маг нітна стрілка під дією геомагнітного поля займає вертикальне по ложення (збігається з напрямком виска). Магнітні полюси не співпадають ні з геомагнітними, ні з географічними. Геомагнітні та магнітні полюси постійно змінюють своє положення. Так, уста новлено, що північний магнітний полюс за добу переміщується по поверхні Землі на 20,5 м (7,5 км в рік), а південний - на 30 м (11 км в рік). В 1976 р. північний магнітний полюс знаходився на півночі Канади, в 2185 р. він співпаде з північним географічним полюсом, а у 2400 р. він вже буде на Таймирі. Південний магнітний полюс зараз знаходиться біля берегів Антарктиди і зміщується в бік Австралії. Крім того, магнітне поле дрейфує в західному напрямку із швидкістю 0,2° в рік; за 1800 років поле знову повернеться в почат кове положення, зробивши оборот на 360°. Це явище спеціалісти пояснюють відставанням швидкості обертання залізно-нікелієвого ядра планети від швидкості обертання її зовнішніх оболонок. Магнітне поле постійно існує не лише поблизу земної поверхні. За допомогою космічних ракет і міжпланетних космічних станцій воно виявлено на великих відстанях від поверхні Землі. Спостережуване на поверхні Землі магнітне поле Нт (геомагніт не поле) можна представити як суму полів, які мають різні причи ни виникнення Нт = Нто + Нт/7? + Нта + Нте + 8Нт, де: (20.1) Нто - поле, що створене однорідною намагніченістю земної кулі, назване дипольним; Нтш - поле світових магнітних аномалій, недипольне поле; Нта - аномалії магнітного поля, зумовлені неоднорідносгями у верхніх частинах земної кори; Нте - поле, зумовлене зовнішніми причинами; 5Нт - варіації магнітного поля у часі (Тяпкін, 2000). Область дії геомагнітного поля називається магнітосферою, а її зовнішня межа - магнітопаузою. Фізичні властивості магнітосфе ри Землі визначаються геомагнітним полем і його взаємодією з сонячним вітром, тобто потоками сонячної плазми, що поширюєть ся з поверхні Сонця. Цей сонячний вітер, наблизившись до магніт ного поля Землі, деформує його подібно до того, як звичайний вітер міг би деформувати наповнену повітрям кулю. У результаті маг
нітне поле Землі зі сторони Сонця не поширюється до безкінечності, як це було б у випадку ідеального диполя, а підтиснуте сонячним вітром до відстані 7... 10 земних радіусів (И.^. На нічному боці маг нітосфера дуже витягнута, утворюючи т. зв. магнітний хвіст, який простягається на нічній стороні Землі на 20...ЗО Я,. Схематично магнітосфера Землі показана на рис. 20.2.
Магнітосфера Землі оточена потужною радіацією, здатною за короткий час розкласти на іони і електрони все повітря в атмосфері нашої планети, призвести до інших незворотних наслідків у біосфері та літосфері Землі, після чого життя на земній кулі було б немож ливе. Захищає нас від цієї радіації магнітне поле Землі. Власне, іншого захисту від високоенергетичної корпускулярної радіації в природі не існує. Реальне магнітне поле Землі у зв’язку з дією на нього сонячної корпускулярної радіації відрізняється від поля диполя. В еквато ріальній площині (посередині диполя, або ж у низьких широтах) магнітні силові лінії йдуть паралельно поверхні Землі. В міру на ближення до полюсів напрямок їх змінюється. Ця відмінність в напрямку силових ліній магнітного поля є принциповою. Від того,
як вони направлені, залежить їх здатність протистояти сонячній корпускулярній радіації. Щоб магнітне поле слугувало надійним захистом від сонячної корпускулярної радіації і взагалі від будь-яких частинок, що мають від’ємний чи позитивний електричний заряд, треба щоб силові ліній цього поля були спрямовані впоперек напрямку радіації. У низьких широтах магнітне поле Землі направлене перпендикулярно до потоку радіації, а тому воно служить добрим захистом від неї. На жаль, чим ближче до полюсів, тим цей захист менш надійний. Там, де силові лінії магнітного поля вертикальні (на полюсах), вони не здатні чинити протидію радіації, і вона без перешкод вздовж силових ліній через своєрідні воронки, які прийнято називати англійським словом “каспи” (мішки) проникає спочатку в магні тосферу, а згодом і у верхню атмосферу. Якщо ідеальний магнітний диполь симетричний відносно магнітної осі, що з’єднує полюси, то магнітне поле Землі сильно деформоване - ближче Землі диполь залишається майже непо рушним і магнітні силові лінії обертаються разом із Землею, так як і земна атмосфера. В той же час зовнішні силові лінії, витягнуті в хвіст магнітосфери, не можуть обертатися з Землею, вони завжди спрямовані в нічному напрямку. Основною властивістю магнітного поля Землі є його напруже ність Н, яка в СІ вимірюється в амперах на метр (А/м). До 1963 р. Н в системі СГС вимірювали в ерстедах (Е), а на практиці викорис товували міліерстед (мЕ) або стотисячну частку ерстеда - гамму у . Ці одиниці пов’язані співвідношенням: 1Е= уАп- 10і А/м\ 1Е = = 79,6 А/м = 105у. Тепер магнітне поле прийнято характеризувати величиною магнітної індукції В. Одиницею магнітної індукції в СІ є тесла (Тл) - від прізвища сербського фізика Ніколи Тесли (1856— 1943), а в системі СГС - Гаусс (Гс). За одиницю магнітної індукції Тл беруть таку індукцію, при якій на контур площею 1 м2і силою стру му 1 А діє обертальний момент, що дорівнює 1Н ■ І Тл = 1Н/(А ■ м. м)= = 10і Гс. Модулі векторів В і Нт пов’язані співвідношенням В = цНт, де: ц - магнітна проникність середовища. У СІ В = ц0рН, де р0 = = 4я 10’7Гн/м - магнітна стала. У середовищах, де ц практично не відрізняється від одиниці (повітря, вода) модулі векторів В і Н чи сельно рівні, а значення нТл і у однакові. Напруженість магнітного поля характеризує значення і напря мок дії сили, що впливає на магнітну частинку, яка опинилась в даному полі в певній точці. Якщо для виявлення напруженості ви користати магнітну стрілку, що вільно обертається у будь-якому
напрямку, то в кожній точці поля вона набуває орієнтації, відповід ної положенню вектора напруженості Нт. Проекцію в даній точці вектора напруженості на горизонталь ну площину називають магнітним меридіаном точки. Магнітний меридіан не збігається з географічним. Положення вектора напруженості Нт у просторі характеризуєть ся двома кутовими складовими земного магнетизму: магнітним схи ленням О і магнітним нахиленням І. Кут у горизонтальній площині даної точки між географічним та магнітним меридіанами цієї самої точки називають магнітним схи ленням Б. Якщо наближений до полюса відрізок магнітного мери діана розташований на схід від географічного - схилення східне, або додатне. В протилежному випадку воно західне, тобто від’ємне. Лінії однакового схилення називають ізогонами {рис 20.3)
від земної поверхні (Північна півкуля), від’ємним - при направленні Н вверх (Південна півкуля). Лінію, вздовж якої магнітна стрілка, що обертається навколо горизонтальної осі, займає горизонтальне положення, називають магнітним екватором. На магнітному екваторі нахил магнітної стрілки дорівнює нулю. Лінії рівних магнітних нахилів називають ізоклінами (рис. 20.4).
Рис. 20.4. Карта ізоклін на поверхні геоїда (----------північне нахилення IV; ----------- південне нахилення в)
Рис. 20.3. Карта ізогон на поверхні геоїда (------- - західне схилення Е; _____ - східне схилення XV)
Якщо порівняти напрямок вектора напруженості Н із горизон тальною площиною даної точки, то дістанемо характеристику маг нітного нахилення І. Магнітне нахилення - це кут між горизонталь ною площиною та положенням вектора напруженості магнітного поля Н. Нахилення буде додатним, коли вектор Н направлений вниз
Магнітне схилення і магнітне нахилення вимірюється в кутових градусах, хвилинах і секундах. Напруженість магнітного поля зростає з географічною широ тою. На магнітному екваторі вона становить 31,8 А/м (0,31Е), а на магнітних полюсах - 48,8...55,7 А/м (=0,63Е). Разом із закономірними змінами характеристик магнітного поля на земній поверхні мають місце глобальні, регіональні і локальні особливості або аномалії (КМА та ін.). Деякі аномалії використо вуються в якості пошукових ознак корисних копалин, перш за все залізної руди. Незважаючи на свою об’ємність, магнітне поле Землі відноситься до слабких полів.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Поняття про магнітне поле Землі» з дисципліни «Геофізична екологія»
