Zemljino magnetsko polje

Iz Wikipedije, slobodne enciklopedije
Idi na navigaciju Idi na pretragu
Sunčev vjetar struji oko Zemljine magnetosfere

Zemljino magnetsko polje ili geomagnetno polje je magnetsko polje koje stvaraju unutarzemaljski izvori. Predmet proučavanja geomagnetizma . Pojavio se prije 4,2 milijarde godina [1] .

Struktura i karakteristike Zemljinog magnetnog polja

Zemljino vlastito magnetsko polje (geomagnetno polje) može se podijeliti na sljedeće glavne dijelove [2] :

  • glavno polje,
  • polja svetskih anomalija,
  • spoljašnje magnetno polje.

Glavno polje

Zemlja je poput magnetskog dipola.

Više od 90% se sastoji od polja, čiji je izvor unutar Zemlje, u tečnom vanjskom jezgru - ovaj dio se naziva glavno, glavno ili normalno polje [3] [4] [5] . Aproksimira se u obliku niza u harmonicima - Gausovog niza , au prvoj aproksimaciji blizu Zemljine površine (do tri njena poluprečnika) je blizu polja magnetnog dipola , odnosno izgleda kao zemlja je trakasti magnet s osom usmjerenom približno od sjevera prema jugu [2] [6] [3] [7] [8] . Centar ovog dipola je pomjeren u odnosu na centar Zemlje, a os je nagnuta prema osi rotacije Zemlje pod uglom od oko 10°. Geomagnetski polovi , tačke preseka ose dipola sa površinom Zemlje, nalaze se pod istim uglom u odnosu na odgovarajuće geografske polove [4] . Njihov položaj u različito vrijeme izračunava se u okviru jednog ili onog modela magnetskog polja, koji na ovaj ili onaj način određuje prva tri koeficijenta u Gaussovom nizu [3] . Ove globalne modele, poput Međunarodnog geomagnetskog referentnog polja (IGRF) [9] i Svjetskog magnetskog modela (WMM) [en] [10] , kreiraju različite međunarodne geofizičke organizacije, a odobravaju se svakih 5 godina i objavljuju ažurirane skupova Gausovih koeficijenata, koji određuju sve podatke o stanju geomagnetskog polja i njegovim parametrima [4] . Dakle, prema modelu WMM2015, sjeverni geomagnetski pol (u stvari, ovo je južni pol magneta) ima koordinate 80,37 ° N. sh. i 72,62° W. d., južni geomagnetski pol je 80,37°S. š., 107,38 ° E itd., nagib ose dipola u odnosu na Zemljinu os rotacije je 9,63° [3] [11] .

Polja svjetskih anomalija

Prave linije sile Zemljinog magnetskog polja, iako su u prosjeku bliske linijama sile dipola, razlikuju se od njih po lokalnim nepravilnostima povezanim s prisustvom magnetiziranih stijena ukori koja se nalazi blizu površine. Zbog toga se na nekim mjestima na površini zemlje parametri polja veoma razlikuju od vrijednosti u obližnjim područjima, formirajući takozvane magnetne anomalije [2] [4] [7] [8] . One se mogu preklapati jedna s drugom ako magnetizirana tijela koja ih uzrokuju leže na različitim dubinama [5] .

Postojanje magnetskih polja proširenih lokalnih područja vanjskih ljuski dovodi do toga da se pravi magnetni polovi - tačke (ili bolje rečeno, male oblasti) u kojima su linije magnetnog polja apsolutno vertikalne - ne poklapaju sa geomagnetskim, dok ne leže na samoj površini Zemlje, već ispod nje [4] [3] [6] . Koordinate magnetnih polova u jednom ili drugom trenutku se također izračunavaju u okviru različitih modela geomagnetskog polja pronalaženjem svih koeficijenata u Gaussovom nizu iterativnom metodom. Dakle, prema trenutnom modelu WMM, 2015. godine sjeverni magnetni pol se nalazio na 86°N. w, 159 ° W d., a južni - 64 ° J. š., 137° E [3] . Vrijednosti trenutnog modela IGRF12 su malo drugačije: 86,3 ° C. w, 160° W d., za Sjeverni pol, 64,3° J. š., 136,6° E za južni [11] .

Shodno tome, magnetna osa – prava linija koja prolazi kroz magnetne polove – ne prolazi kroz centar Zemlje i nije njen prečnik [6] [7] .

Položaji svih polova se stalno pomjeraju – geomagnetski pol precesira u odnosu na geografski s periodom od oko 1200 godina [2] .

Eksterno magnetno polje

Plazmasfera - unutrašnji dio magnetosfere

Određuju ga izvori u obliku strujnih sistema koji se nalaze izvan zemljine površine, u njenoj atmosferi [2] [4] . U gornjem dijelu atmosfere (100 km i više) - jonosferi - njeni molekuli se joniziraju, formirajući gustu hladnu plazmu koja se uzdiže više, dakle, dio Zemljine magnetosfere iznad jonosfere, proteže se do udaljenosti do tri njegova poluprečnika, naziva se plazmasfera . Plazmu drži Zemljino magnetsko polje, ali njeno stanje je određeno njenom interakcijom sa solarnim vjetrom – strujanjem plazme solarne korone [12] .

Dakle, na većoj udaljenosti od Zemljine površine, magnetno polje je asimetrično, jer se izobličuje pod dejstvom Sunčevog vetra: sa Sunčeve strane se skuplja, a u pravcu od Sunca dobija „trag“ koji prostire se na stotine hiljada kilometara, nadilazeći Mjesečevu orbitu [2 ] . Ova neobična "repa" forma nastaje kada se čini da plazma solarnog vjetra i solarnih korpuskularnih tokova teku oko Zemljine magnetosfere - područja blizu Zemlje koje još uvijek kontrolira magnetsko polje Zemlje, a ne Sunca i drugi međuplanetarni izvori [2] [4] [7] [ 8] ; odvojen je od međuplanetarnog prostora magnetopauzom , gdje je dinamički pritisak solarnog vjetra uravnotežen pritiskom njegovog vlastitog magnetnog polja. Suncokretova tačka magnetosfere je, u proseku, na udaljenosti od 10 zemaljskih radijusa R ; sa slabim solarnim vetrom ova udaljenost dostiže 15–20 R , a tokom perioda magnetnih poremećaja na Zemlji, magnetopauza može ići izvan geostacionarne orbite (6,6 R ) [2] . Izduženi rep na noćnoj strani ima prečnik od oko 40 R ⊕, a dužinu preko 900 R ⊕; počevši od udaljenosti od oko 8 R , podijeljen je na dijelove ravnim neutralnim slojem, u kojem je indukcija polja blizu nule [2] [4] [7] [8] .

Distorzija Zemljinog magnetnog polja pod uticajem sunčevog vetra

Zbog specifične konfiguracije indukcionih linija, geomagnetno polje stvara magnetnu zamku za nabijene čestice - protone i elektrone. Ona ih hvata i drži ogroman broj, tako da je magnetosfera svojevrsni rezervoar nabijenih čestica. Njihova ukupna težina, prema različitim procjenama, kreće se od 1 kg do 10 kg. Oni formiraju takozvani radijacijski pojas , koji pokriva Zemlju sa svih strana, osim polarnih područja. Konvencionalno se dijeli na dva - unutrašnja i vanjska. Donja granica unutrašnjeg pojasa je na nadmorskoj visini od oko 500 km, njegova debljina je nekoliko hiljada kilometara. Vanjski pojas se nalazi na nadmorskoj visini od 10-15 hiljada km. Čestice radijacijskog pojasa pod djelovanjem Lorentzove sile vrše složena periodična kretanja od sjeverne hemisfere do južne hemisfere i obrnuto, dok se polako kreću oko Zemlje po azimutu. Ovisno o energiji, oni završe revoluciju oko Zemlje u vremenu od nekoliko minuta do jednog dana [7] .

Magnetosfera ne dozvoljava strujama kosmičkih čestica da se približe zemlji [8] . Međutim, u njegovom repu, na velikim udaljenostima od Zemlje, slabi intenzitet geomagnetnog polja, a samim tim i njegova zaštitna svojstva, a neke čestice solarne plazme mogu ući u magnetosferu i magnetne zamke zračenja. pojasevi. Rep tako služi kao mjesto za formiranje tokova taložnih čestica, koje uzrokuju auroru i auroralne struje [2] . U polarnim područjima, dio toka solarne plazme nadire gornju atmosferu iz pojasa zračenja Zemlje i sudarajući se s molekulama kisika i dušika, pobuđuje ih ili ionizira, a pri obrnutom prijelazu u nepobuđeno stanje, atomi kisika emituju fotone sa λ = 0,56 μm i λ = 0,63 μm, dok jonizovani molekuli azota, nakon rekombinacije, emituju plave i ljubičaste trake spektra. Istovremeno se uočavaju aurore, posebno dinamične i sjajne tokom magnetnih oluja . Nastaju prilikom poremećaja u magnetosferi uzrokovanih povećanjem gustine i brzine sunčevog vjetra s povećanjem sunčeve aktivnosti [8] [7] .

Parametri polja

Vizualni prikaz položaja linija magnetske indukcije Zemljinog polja daje magnetska igla, učvršćena na način da se može slobodno rotirati i oko vertikalne i oko horizontalne osi (na primjer, u kardanu ) , - u svakoj tački blizu površine Zemlje postavljen je na određeni način duž ovih linija.

Budući da se magnetski i geografski polovi ne poklapaju, magnetna igla pokazuje samo približan smjer sjever-jug. Vertikalna ravan u kojoj je postavljena magnetna igla naziva se ravan magnetnog meridijana datog mesta, a linija duž koje se ta ravan seče sa površinom Zemlje naziva se magnetni meridijan [6] [8] . Dakle, magnetni meridijani su projekcije linija sile Zemljinog magnetskog polja na njenu površinu, konvergirajući na sjevernom i južnom magnetnom polu [13] . Ugao između smjera magnetskog i geografskog meridijana naziva se magnetska deklinacija . Može biti zapadni (često označen znakom "-") ili istočni (znak "+"), ovisno o tome da li sjeverni pol magnetne igle odstupa na zapad ili istok od vertikalne ravni geografskog meridijana [6] [7] [8] .

Nadalje, linije Zemljinog magnetskog polja, općenito govoreći, nisu paralelne s njenom površinom. To znači da magnetna indukcija Zemljinog polja ne leži u ravni horizonta datog mjesta, već formira određeni ugao sa tom ravninom – to se naziva magnetna inklinacija [6] [8] . Blizu je nuli samo u tačkama magnetnog ekvatora - obima velikog kruga u ravni, koja je okomita na magnetnu osu [3] .

Magnetna deklinacija i magnetna inklinacija određuju smjer magnetske indukcije Zemljinog polja na bilo kojoj lokaciji. I numerička vrijednost ove veličine može se pronaći, znajući nagib i jednu od projekcija vektora magnetske indukcije - na okomitoj ili horizontalnoj osi (potonje se pokazalo prikladnijim u praksi). Dakle, ova tri parametra - magnetna deklinacija i inklinacija i veličina magnetne indukcije B (ili vektor intenziteta magnetnog polja ) - u potpunosti karakterizira geomagnetno polje na datoj lokaciji. Njihovo tačno znanje za najveći mogući broj tačaka na Zemlji je izuzetno važno [6] [8] . Sastavljaju se posebne magnetne karte na koje se ucrtavaju izogoni (linije jednake deklinacije) i izokline (linije jednakog nagiba) koje su neophodne za orijentaciju pomoću kompasa [8] .

U prosjeku, intenzitet Zemljinog magnetnog polja u rasponu 25-65 μ T (0,25-0,65 G ) i snažno ovisi o geografskoj lokaciji [3] . Ovo odgovara prosječnoj jačini polja od oko 0,5 Oe (40 A / m ) [2] . Na magnetskom ekvatoru njegova vrijednost je oko 0,34 Oe , na magnetnim polovima - oko 0,66 Oe. U nekim područjima (magnetske anomalije) intenzitet naglo raste: u području Kurske magnetne anomalije dostiže 2 Oe [7] .

Magnetski dipolni moment Zemlje u 2015. godini iznosio je 7,72⋅10 25 G · cm³ (ili 7,72⋅10 22 A · m²), smanjujući se u proseku tokom poslednjih decenija za 0,007⋅10 25 G · cm³ godišnje [11] .


Priroda Zemljinog magnetnog polja

Dinamo šema: konvekcijski tokovi rastopljenog metala u vanjskom jezgru formiraju struje koje kruže u zatvorenoj petlji, koje stvaraju magnetsko polje [14] . Zbog rotacije čvrstog jezgra, prema Taylor-Proudmanovom teoremu [en], brzina strujanja je konstantna duž vertikalne ose tako formiranih Taylorovih stubova [en] , zatvorenih unutar cilindra koji omeđuje unutrašnje jezgro, i sl. do ciklona i anticiklona u Zemljinoj atmosferi [15] [16 ] . Primarni (u smjeru kazaljke na satu/u smjeru suprotnom od kazaljke na satu) i sekundarni (vertikalni konvergirajući/divergentni na ekvatoru) tokovi protežu i rotiraju linije magnetskog polja, pretvarajući azimutalnu komponentu u meridijalnu, a zatim nazad [17] .

J. Larmor je prvi put pokušao da objasni postojanje magnetnih polja Zemlje i Sunca 1919. godine [18] , predlažući koncept dinamo-a , prema kojem se odvija održavanje magnetnog polja nebeskog tijela. pod dejstvom hidrodinamičkog kretanja električno provodnog medija. Međutim, 1934. T. Cowling [en] [19] je dokazao teoremu o nemogućnosti održavanja osnosimetričnog magnetnog polja pomoću hidrodinamičkog dinamo mehanizma. A budući da se većina proučavanih nebeskih tijela (a još više Zemlja) smatra aksijalno simetričnim, na osnovu toga se moglo pretpostaviti da će i njihovo polje biti aksijalno simetrično, a zatim i njegovo generiranje po ovom principu. bilo bi nemoguće prema ovoj teoremi [20] . Čak je i Albert Ajnštajn bio skeptičan u pogledu izvodljivosti takvog dinamo s obzirom na nemogućnost postojanja jednostavnih (simetričnih) rešenja. Tek mnogo kasnije pokazano je da neće sve jednadžbe sa aksijalnom simetrijom koje opisuju proces stvaranja magnetnog polja imati osno simetrično rješenje, a 1950-ih godina. pronađena su asimetrična rješenja [20] [15] .

Od tada se teorija dinamo uspješno razvija, a danas je općeprihvaćeno najvjerovatnije objašnjenje nastanka magnetnog polja Zemlje i drugih planeta samopobuđeni dinamo mehanizam zasnovan na stvaranju električne struje u provodniku. kada se kreće u magnetskom polju koje stvaraju i pojačavaju same te struje. U Zemljinom jezgru stvaraju se potrebni uslovi: u tekućem vanjskom jezgru , koje se sastoji uglavnom od željeza na temperaturi od oko 4-6 hiljada Kelvina, koje savršeno provodi struju, stvaraju se konvektivni tokovi koji odvode toplinu iz čvrstog unutrašnjeg jezgra (generiranog zbog raspada radioaktivnih elemenata ili oslobađanja latentne toplote tokom skrućivanja materije na granici između unutrašnjeg i spoljašnjeg jezgra kako se planeta postepeno hladi). Coriolisove sile uvijaju ove struje u karakteristične spirale koje formiraju takozvane Taylorove stubove [en] . Zbog trenja slojeva, oni dobivaju električni naboj, formirajući struje petlje. Tako se stvara sistem struja koje kruže duž provodnog kola u provodnicima koji se kreću u (u početku prisutnom, iako vrlo slabom) magnetnom polju, kao u Faradejevom disku . Stvara magnetno polje koje, uz povoljnu geometriju strujanja, pojačava početno polje, a ovo zauzvrat pojačava struju, a proces pojačanja se nastavlja sve dok gubici na džulovu toplotu, rastući sa povećanjem struje, ne uravnoteže dotoci energije zbog hidrodinamičkih kretanja [14] [21] [16] [22] . Sugerirano je da se dinamo može pobuđivati ​​zbog precesije ili plimskih sila, odnosno da je izvor energije rotacija Zemlje, međutim, najraširenija i najrazvijenija hipoteza je da je to upravo termokemijska konvekcija [17] .

Matematički, ovaj proces je opisan magnetohidrodinamičkom jednadžbom indukcije [en] [16] [17] [23]

,

где u — скорость потока жидкости, Bмагнитная индукция , η = 1/μσ — магнитная вязкость [en] (коэффициент магнитной диффузии), σ — электропроводность жидкости, а μ — магнитная проницаемость , практически не отличающаяся при такой высокой температуре ядра от μ 0 — проницаемости вакуума. Первое слагаемое в правой части соответствует формированию магнитного поля, а второе — его подавлению. При u=0 (без динамо) решение этого уравнения — поле, полностью угасающее через 6⋅10 4 лет [23] .

Однако для полного описания необходимо записать систему магнитогидродинамических уравнений. В приближении Буссинеска (в рамках которого пренебрегается т. н. вековым охлаждением и все физические характеристики жидкости полагаются постоянными, кроме силы Архимеда , при расчёте которой учитываются изменения плотности вследствие разности температур и — в общем случае — концентрации лёгких элементов) это [16] [17] [23] :

.

Здесь ρ — плотность, ν — кинематическая вязкость , — «эффективное» давление с учётом центробежной силы (хотя в некоторых моделях она полагается пренебрежимо малой), — сила тяготения (R 0 — радиус внешнего ядра), Ω — угловая скорость вращения мантии , полагаемая равной скорости вращения внутреннего ядра, плотность тока согласно закону Ампера , индекс «0» всюду обозначает значения на границе внешнего ядра. Левая часть уравнения — производная от импульса на единицу объёма, то есть производная по времени от величины ρ 0 V, увлекаемой движением жидкости; правая часть — сумма сил, вызывающих это изменение импульса: градиент давления [en] , вязкость , гравитация ( сила Архимеда ), вращение ( сила Кориолиса ) и магнитное поле ( сила Лоренца ) [16] .

Вращение Земли — один из важнейших факторов формирования геомагнитного поля, и его механизм схож с процессами в атмосфере Земли, приводящим к завихрению воздушных масс против часовой стрелки в северном полушарии и в обратном направлении в южном — циклонам и антициклонам . Аналогичные завихрения конвекционных потоков в ядре приводят к тому, что отдельные турбулентные конвекционные движения приобретают крупномасштабную (при усреднении по пульсациям скорости) зеркальную асимметрию и в совокупности приводят к генерации динамо в макроскопических масштабах благодаря электродвижущей силе , направленной уже вдоль, а не перпендикулярно среднему (которое определяется усреднением реального поля по его возможным статистическим реализациям) магнитному полю , где ε — ЭДС, а α — коэффициент пропорциональности, из-за которого этот механизм и получил название альфа-эффект [22] [24] . В общем случае α — тензор , однако зеркальная антисимметрия даёт псевдоскаляр , которого и требует по построению эта формула, так как εистинный вектор , а Bпсевдовектор [25] . Динамо, основанное исключительно на α-эффекте, называют α 2 -динамо, поскольку его действие выражается произведением двух членов, содержащих этот коэффициент [23] , — оно характеризуется практически стационарным полем, испытывающим небольшие кратковременные вариации (порядка сотен лет для Земли) и долговременные полные инверсии (порядка миллиона лет для Земли). Возможен также механизм с действием омега-эффекта (более существенного для Солнца, чем для Земли, однако необходимого для объяснения природы наблюдаемого дрейфа геомагнитных неоднородностей) — это измеряемое градиентом скорости дифференциальное вращение, которое из направленного к наблюдателю полоидального (вытянутого вдоль меридианов, B S ) магнитного поля создаёт скрытое в проводящем ядре планеты тороидальное (вытянутое вдоль параллелей, B T ) поле. Альфа-эффект замыкает цикл генерации — превращая тороидальное поле в полоидальное за счёт вихрей, характеризуемых отрицательной спиральностью (эта характеристика выражается соотношением и непосредственно связана с величиной α) в Северном полушарии и положительной в Южном: восходящие и нисходящие потоки в конвекционных цилиндрах вытягивают и поворачивают B T -линии в S-направлении [26] [20] [15] [17] . Такая схема обычно называется αω-эффектом , она даёт переменные поля, и при этом B T >>B S , тогда как для α 2 -механизма эти компоненты сравнимы (экспериментально на сегодняшний день удалось получить только грубую оценку |B S |<|B T |<100|B S |). И если источником полоидального поля может быть только альфа-эффект, то тороидального — оба, причём если оба вносят существенный вклад, соответствующий механизм иногда обозначают α 2 ω. Большинство теоретических моделей магнитного динамо — типа α 2 . В обоих случаях, как альфа, так и омега-эффектов, таким образом снимаются ограничения теоремы Каулинга [16] [23] . Однако существует ряд геометрий течений, для которых динамо также невозможно (например, чисто тороидальное поле скоростей [23] [27] ), в то же время при определённых условиях оно возможно и при нулевой суммарной завихрённости и нулевой спиральности; возможны и другие эффекты, приводящие к возникновению ЭДС, параллельной магнитному полю [25] .


,

где T — температура, κ = k/(ρc p ) — температуропроводность (коэффициент тепловой диффузии), k — теплопроводность , c pудельная теплоёмкость среды при постоянном давлении. Последнее слагаемое, ε, пропорционально выделению тепла, генерируемого теми или иными растворёнными в жидкости источниками (такими как радиоактивный распад), на единицу массы. В моделях, учитывающих перенос не только тепла, но и вещества , записывается соответствующее аналогичное уравнение относительно переменной ξ — массовой доли лёгких элементов (считается, что это сера и кислород ) в составе ядра:

,

где κ ξкоэффициент (молекулярной) диффузии . В большинстве моделей динамо, однако для простоты разность температур и концентраций лёгких элементов объединяются в одну отвечающую за плавучесть переменную.

.
.
,

где α — коэффициент линейного теплового расширения (обозначение совпадает с коэффициентом пропорциональности в уравнении для альфа-эффекта). В общем случае, при учёте массопереноса, в квадратных скобках присутствует также слагаемое . Здесь , .

Естественно, необходимы также граничные условия для скорости потока, магнитного поля и разности температур, и многое зависит от того, как они ставятся в той или иной модели. Наибольший разброс имеет место в отношении потока тепла и вещества на границах между внутренним и внешним ядром, а также между внешним ядром и мантией, причём существенную роль играет неоднородность мантии и процессов в ней из-за тектоники плит [16] [17] [28] , которые, что немаловажно, протекают на порядки медленнее, нежели в ядре, что значительно осложняет комплексный анализ задачи.

Удобнее решать эту систему уравнений в безразмерном виде, вводя характерные величины длины, времени, скорости, магнитного поля и т. д.; тогда в них будут входить следующие безразмерные параметры [16] [17] [29] :

Параметр Формула Определение Значение в ядре Земли Примечание
Входные параметры
Число Рэлея , где β 0 — градиент температур на границе внешнего ядра (при r=R 0 ).

В зависимости от модели, встречаются и другие определения:

(D — толщина внешнего ядра),

( — полный тепловой поток),

1 — градиент температур на границе внутреннего и внешнего ядра) и т. п. [16]

соотношение интенсивности плавучести и вязкости, определяющее величину энергии, доступной системе для осуществления конвекции: конвекционный механизм теплопереноса будет преобладать над теплопроводностью, при Ra, большем некоторого критического значения 10 24 -10 30 , в зависимости от определения [16] [23]
Число Экмана соотношение вязкости (внутреннего трения) и силы Кориолиса: меньшее значение соответствует более быстрому вращению, и наоборот 10 -15
Число Прандтля ,

а также (при учёте массопереноса) массовое число Прандтля

,

соотношение характерных времён диффузии вязкой и тепловой, то есть кинематической вязкости и температуропроводности ~10 -1 предположительно при преобладании турбулентной диффузии все числа Прандтля стремятся к 1, хотя вопрос о турбулентности в ядре изучен ещё недостаточно
Магнитное число Прандтля соотношение характерных времён диффузии магнитной и вязкой, то есть магнитных сил к силам внутреннего трения 10 -6
Число Тейлора соотношение между силой Кориолиса и силами вязкого трения
Модифицированное число Рэлея соотношение между силой Архимеда и силой Кориолиса
Магнитное число Экмана соотношение периода вращения и характерного времени магнитного взаимодействия
Соотношение коэффициентов диффузии магнитной и тепловой 1,7⋅10 -5 [23] , 2⋅10 -7 [16]
Вычисляемые величины
Магнитное число Рейнольдса , где u 0 — характерная скорость потока. Локально в каждой точке величина определяется как отношение характерного кинетического времени к коэффициенту магнитной диффузии, то есть магнитной индукции и диффузии 10 2 -10 3 [16] [29] [23] Динамо возможно лишь при достижении порогового значения Rm, то есть при условии, что интенсивность роста энергии магнитного поля за счёт работы динамо против силы Лоренца − u •( J × B ) превосходит по величине μ 0 ηJ 2 , интенсивность диссипации магнитной энергии в тепло , — это соответствует Rm>1, но этого далеко не достаточно: величина - u •( J × B ) не должна быть всегда отрицательной [16] .

Иногда вводятся также магнитные числа Рейнольдса для альфа-эффекта и омега-эффекта , для характеристики вкладов этих механизмов [23] .

Число Элсассера , где B 0 — характерная величина магнитного поля, соотношение между силой Лоренца и силой Кориолиса (10) равно 1 для магнитного поля, равного 1 в безразмерных единицах
Число Россби соотношение силы инерции и силы Кориолиса 10 -6
Результаты численного моделирования [30] магнитного поля Земли: слева — обычное, справа — во время инверсии

Эту систему дифференциальных уравнений в частных производных ввиду её сложности можно точно решить только численно, и такая возможность технически появилась лишь относительно недавно. Задача численного моделирования — выяснить, описывает ли решение наблюдаемую динамику геомагнитного поля [16] . Получаемое в результате решения магнитное поле должно быть способно возбуждать токи, порождающие магнитное поле далее, и т. д. Сложность состоит в недостаточности информации о внутреннем ядре, в частности, об источниках тепла, вызывающих конвекцию [22] . Большие трудности вызывает описание мелкомасштабных структур и расчёт характеристик для них, например, слой Экмана [en] толщиной 10 см (пусть даже 10 м) на поверхности ядра радиусом 3500 км [16] . Исключительная малость безразмерных параметров E и Pm и, наоборот, большое значение Rm до сих пор являются недостижимыми при численном моделировании [17] .

Прорыв в этом отношении был достигнут в 1995 году в работах групп из Японии [31] и Соединённых Штатов [32] [30] . Начиная с этого момента, результаты ряда работ численного моделирования удовлетворительно воспроизводят качественные характеристики геомагнитного поля в динамике, в том числе инверсии [15] [33] . Эталонной моделью считается совокупный результат работы шести научных групп в конце 90-х гг. [34] , где ключевые безразмерные параметры полагались равными Ra=10 5 , E=10 −3 , Pr=1, Pm=5, что очень далеко от реальных значений, но принципиально, что в рамках неё тем не менее существует стабильное решение, и она широко используется для оценки точности других методов [17] .

Вместо точного численного решения, однако, можно построить систему обыкновенных дифференциальных уравнений низкого порядка, грубо отражающую основные особенности оригинальной нелинейной задачи, чтобы приближённо смоделировать поведение системы с точки зрения теории динамических систем [29] [15] . Также аналитически можно оценить поведение системы в асимптотическом пределе [17] [20] . Это позволяет моделировать различные режимы динамо, анализировать связь между параметрами [23] .

Экспериментальное изучение динамо-эффекта также сопряжено с огромными сложностями, так как в лабораторных условиях, естественно, крайне затруднительно воспроизвести условия, создаваемые внутри Земли либо других астрономических объектов — звёзд и планет. Основной проблемой является малость магнитного числа Прандтля , характеризующего экспериментально доступные жидкости [25] [17] . Поэтому с середины XX века осуществлено лишь три успешных реализации гидромагнитного динамо научными группами в Риге [35] [36] , Карлcруэ [37] и Кадараше [38] [39] , причём строго говоря, ни один из них нельзя считать прямым аналогом природного процесса [25] . Сейчас наиболее крупные исследования ведутся в Мэрилендском университете с использованием жидкого натрия и в Висконсинском университете , где необходимые для генерации динамо условия моделируются на горячей плазме [40] .

Проблемой современного геомагнетизма является так называемый Новый парадокс ядра [41] В рамках традиционной теории динамо для генерации самоподдерживающегося магнитного поля необходимо твёрдое внутреннее ядро. Однако в начале 2010-х гг исследования показали, что твёрдое ядро могло образоваться всего около 1,5 миллиардов лет назад [42] [43] , тогда как магнитное поле существовало уже 3,4 миллиарда лет назад [44] , а по некоторым данным даже 4,2 млрд лет назад [45] , то есть вскоре после формирования самой планеты. Следовательно, либо твёрдое ядро всё-таки сформировалось гораздо раньше [46] [47] , либо на ранних этапах динамо реализовывалось по какому-то иному механизму [48] [49] , например, некоторые ученые полагают [50] , что объяснением парадоксу может служить большая теплоотдача ядра и меньшая — мантии (в таком случае конвекция тепла возможна ещё до образования твердого ядра), однако даже изменённые значения теплопроводности не объясняют парадокс полностью. Разрабатываются также гипотезы о том, что магнитное поле Земли на ранних этапах её существования обеспечивается кристаллизацией минерального вещества — диоксида кремния [51] либо оксида магния [52] . На 2017 г. вопрос о возрасте твёрдого ядра и магнитном поле в ранние геологические периоды остаётся открытым [33] .

Изменения магнитного поля Земли

Образование полосовых магнитных аномалий при спрединге .

Исследования остаточной намагниченности , приобретённой изверженными горными породами при остывании их ниже точки Кюри , свидетельствуют о неоднократных инверсиях магнитного поля Земли , зафиксированных в полосовых магнитных аномалиях океанической коры , параллельных осям срединных океанических хребтов . В океанической коре, таким образом, записаны все изменения магнитного поля Земли за последние 180 млн лет. Сопоставляя участки с одинаковой намагниченностью по разные стороны океанических хребтов, можно определить, когда эти участки начали расходиться.

Смещение магнитных полюсов Земли

Впервые координаты магнитного полюса в Северном полушарии были определены в 1831 году, повторно — в 1904 году, затем в 1948 году и 1962, 1973, 1984, 1994 годах; в Южном полушарии — в 1841 году, повторно — в 1908 году [53] . Смещение магнитных полюсов регистрируется с 1885 года. За последние 100 лет магнитный полюс в Южном полушарии переместился [54] почти на 900 км и вышел в Южный океан [55] . Новейшие данные [56] по состоянию арктического магнитного полюса (движущегося по направлению к Восточно-Сибирской мировой магнитной аномалии через Северный Ледовитый океан ) показали, что с 1973 по 1984 год его пробег составил 120 км, с 1984 по 1994 год — более 150 км. Хотя эти данные расчётные, они подтверждены замерами северного магнитного полюса.

После 1831 года, когда положение полюса было зафиксировано впервые, к 2019 году полюс сместился уже более чем на 2300 км в сторону Сибири и продолжает двигаться с ускорением. Скорость его перемещения увеличилась с 15 км в год в 2000 году до 55 км в год в 2019 году. Такой быстрый дрейф приводит к необходимости более частой корректировки навигационных систем, использующих магнитное поле Земли, например, в компасах в смартфонах или в резервных системах навигации кораблей и самолётов [57] .

Напряжённость земного магнитного поля падает, причём неравномерно. За последние 22 года она уменьшилась в среднем на 1,7 %, а в некоторых регионах, — например в южной части Атлантического океана, — на 10 %. В некоторых местах напряжённость магнитного поля, вопреки общей тенденции, даже возросла.

Ускорение движения полюсов (в среднем на 3 км/год) и движение их по коридорам инверсии магнитных полюсов (эти коридоры позволили выявить более 400 палеоинверсий) позволяет предположить, что в данном перемещении полюсов следует усматривать не экскурс, а очередную инверсию магнитного поля Земли [58] .

Это подтверждается и текущим возрастанием угла раствора каспов (полярных щелей в магнитосфере на севере и юге), который к середине 1990-х годов достиг 45°. В расширившиеся щели устремился радиационный материал солнечного ветра, межпланетного пространства и космических лучей, вследствие чего в полярные области поступает большее количество вещества и энергии, что может привести к дополнительному разогреву полярных шапок [ источник не указан 4101 день ] .

Геомагнитные координаты ( координаты Мак-Илвейна )

В физике космических лучей широко используются специфические координаты в геомагнитном поле, названные в честь учёного Карла Мак-Илвейна ( Carl McIlwain ), первым предложившего их использование [59] , так как они основаны на инвариантах движения частиц в магнитном поле. Точка в дипольном поле характеризуется двумя координатами (L, B), где L — так называемая магнитная оболочка , или параметр Мак-Илвейна ( англ. L-shell, L-value, McIlwain L-parameter ), B — магнитная индукция поля (обычно в Гс ). За параметр магнитной оболочки обычно принимается величина L, равная отношению среднего удаления реальной магнитной оболочки от центра Земли в плоскости геомагнитного экватора, к радиусу Земли. [60]

История исследований

Ещё несколько тысячелетий назад в Древнем Китае было известно, что намагниченные предметы располагаются в определённом направлении, в частности стрелка компаса всегда занимает определённое положение в пространстве. Благодаря этому человечество с давних пор получило возможность при помощи такой стрелки (компаса) ориентироваться в открытом море вдали от берегов. Однако до плавания Колумба из Европы в Америку (1492 г.) особого внимания к исследованию такого явления никто не проявлял, так как ученые того времени полагали, что оно происходит в результате притяжения стрелки Полярной звездой . В Европе и омывающих её морях компас в то время устанавливался почти по географическому меридиану. При пересечении же Атлантического океана Колумб заметил, что примерно на полпути между Европой и Америкой стрелка компаса отклонилась почти на 12° к западу. Этот факт сразу же породил сомнение в правильности прежней гипотезы о притяжении стрелки Полярной звездой, дал толчок к серьезному изучению вновь открытого явления: сведения о магнитном поле Земли были нужны мореплавателям. С этого момента и получила свое начало наука о земном магнетизме, начались повсеместные измерения магнитного склонения , то есть угла между географическим меридианом и осью магнитной стрелки, то есть магнитным меридианом. В 1544 году немецкий учёный Георг Хартман [en] открыл новое явление: магнитная стрелка не только отклоняется от географического меридиана, но, будучи подвешена за центр тяжести, стремится встать под некоторым углом к горизонтальной плоскости, названным магнитным наклонением [5] .

С этого момента наряду с изучением явления отклонения ученые начали также исследовать и наклонение магнитной стрелки. У Хосе де Акосты (одного из основателей геофизики , по словам Гумбольдта ) в его Истории (1590) впервые появилась теория о четырёх линиях без магнитного склонения. Он описал использование компаса, угол отклонения, различия между Магнитным и Северным полюсом, а также колебание отклонений от одной точки до другой, идентифицировал места с нулевым отклонением, например, на Азорских островах [61] .

В результате наблюдений было установлено, что как склонение, так и наклонение имеют различные значения в разных точках земной поверхности. При этом их изменения от точки к точке подчиняются некоторой сложной закономерности. Её исследование позволило придворному врачу английской королевы Елизаветы и натурфилософу Уильяму Гильберту выдвинуть в 1600 году в своей книге «О магните» («De Magnete») гипотезу о том, что Земля представляет собой магнит, полюсы которого совпадают с географическими полюсами. Другими словами, У. Гильберт полагал, что поле Земли подобно полю намагниченной сферы. Свое утверждение У. Гильберт основывал на опыте с моделью нашей планеты, представляющей собой намагниченный железный шар, и маленькой железной стрелкой. Главным аргументом в пользу своей гипотезы Гильберт считал, что магнитное наклонение, измеренное на такой модели, оказалось почти одинаковым с наклонением, наблюдавшимся на земной поверхности. Несоответствие же земного склонения со склонением на модели Гильберт объяснял отклоняющим действием материков на магнитную стрелку. Хотя многие факты, установленные позднее, не совпадали с гипотезой Гильберта, она не теряет своего значения и до сих пор. Основная мысль Гильберта о том, что причину земного магнетизма следует искать внутри Земли, оказалась правильной, равно как и то, что в первом приближении Земля действительно является большим магнитом, представляющим собой однородно намагниченный шар [5] .

В 1634 году английский астроном Генри Геллибранд установил, что магнитное склонение в Лондоне меняется со временем. Это стало первым зафиксированным свидетельством вековых вариаций — регулярных (от года к году) изменений средних годовых значений компонентов геомагнитного поля [5] [61] .

М. В. Ломоносов в 1759 году в докладе «Рассуждение о большой точности морского пути» дал ценные советы, позволяющие увеличить точность показаний компаса. Для изучения земного магнетизма он рекомендовал организовать сеть постоянных пунктов (обсерваторий), в которых производить систематические магнитные наблюдения; такие наблюдения необходимо широко проводить и на море. Мысль Ломоносова об организации магнитных обсерваторий была осуществлена лишь спустя 60 лет в России [61] .

Углы склонения и наклонения определяют направление в пространстве напряженности магнитного поля Земли, но не могут дать её численного значения. До конца XVIII в. измерения величины напряженности не производились по той причине, что не были известны законы взаимодействия между магнитным полем и намагниченными телами. Лишь после того, как в 1785—1789 гг. французским физиком Шарлем Кулоном был установлен закон, названный его именем , появилась возможность таких измерений. С конца XVIII в., наряду с наблюдением склонения и наклонения, начались повсеместные наблюдения горизонтальной составляющей, представляющей собой проекцию вектора напряженности магнитного поля на горизонтальную плоскость (зная же склонение и наклонение, можно рассчитать и величину полного вектора напряженности магнитного поля) [5] .

Первая теоретическая работа о том, что представляет собой магнитное поле Земли, то есть каковы величина и направление его напряженности в каждой точке земной поверхности, принадлежит немецкому математику Карлу Гауссу . В 1834 г. он дал математическое выражение для составляющих напряженности как функции координат — широты и долготы места наблюдения. Пользуясь этим выражением, можно для каждой точки земной поверхности найти значения любой из составляющих, которые носят названия элементов земного магнетизма. Эта и другие работы Гаусса стали фундаментом, на котором построено здание современной науки о земном магнетизме [5] . В частности, в 1839 году он доказал, что основная часть магнитного поля выходит из Земли, а причину небольших, коротких отклонений его значений необходимо искать во внешней среде [61] .

В 1831 году английским полярным исследователем Джоном Россом в Канадском архипелаге был открыт северный магнитный полюс — область, где магнитная стрелка занимает вертикальное положение, то есть наклонение равно 90°. А в 1841 г. Джеймс Росс (племянник Джона Росса) достиг другого магнитного полюса Земли , находящегося в Антарктиде [61] .

См. также

Примечания

  1. Ученые в США выяснили, что магнитное поле Земли на 700 млн лет старше, чем считалось
  2. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Эдвард Кононович. Магнитное поле Земли . http://www.krugosvet.ru/ . Энциклопедия Кругосвет: Универсальная научно-популярная онлайн-энциклопедия. Дата обращения: 2017-04-26 .
  3. 1 2 3 4 5 6 7 8 Geomagnetism Frequently Asked Questions (англ.) . https://www.ngdc.noaa.gov/ngdc.html . National Centers for Environmental Information (NCEI). Дата обращения: 23 апреля 2017.
  4. 1 2 3 4 5 6 7 8 А. И. Дьяченко. Магнитные полюса Земли . — Москва: Издательство Московского центра непрерывного математического образования, 2003. — 48 с. — ISBN 5-94057-080-1 .
  5. 1 2 3 4 5 6 7 А. В. Викулин. VII. Геомагнитное поле и электромагнетизм Земли // Введение в физику Земли. Учебное пособие для геофизических специальностей вузов. — Издательство Камчатского государственного педагогического университета, 2004. — 240 с. — ISBN 5-7968-0166-X .
  6. 1 2 3 4 5 6 7 Электричество и магнетизм // Элементарный учебник физики / под ред. Г.С. Ландсберга . — 16. — Физматлит, 2016. — Т. 2. — 488 с. — ISBN 978-5-9221-1610-7 , 978-5-9221-1501-8.
  7. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 В.В. Жилко, Л.Г. Маркович. 47. Магнитное поле Земли. Радиационные пояса Земли // Физика: учеб. пособие для 11-го кл. общеобразоват. учреждений с рус. яз. обучения с 12-летнми сроком обучения (базовый и повышенный). — Минск: Нар. Асвета, 2008. — С. 189—192.
  8. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Л. А. Аксенович, Н.Н.Ракина, К. С. Фарино. Магнитное поле Земли. Радиационные пояса Земли // Физика в средней школе: Теория. Задания. Тесты: Учеб. пособие для учреждений, обеспечивающих получение общ. сред, образования / Под ред. К. С. Фарино. — Минск: Адукацыя i выхаванне, 2004. — С. 356—359.
  9. International Geomagnetic Reference Field (англ.) . http://www.iugg.org/ . International Union of Geodesy and Geophysics (22 December 2014). Дата обращения: 2017-04-26 .
  10. The World Magnetic Model (англ.) . https://www.ngdc.noaa.gov/ngdc.html . National Centers for Environmental Information (NCEI). Дата обращения: 26 апреля 2017.
  11. 1 2 3 Magnetic North, Geomagnetic and Magnetic Poles (англ.) . http://wdc.kugi.kyoto-u.ac.jp/ . World Data Center for Geomagnetism, Kyoto. Дата обращения: 27 апреля 2017.
  12. DL Gallagher. The Earth's Plasmasphere (англ.) . NASA. Дата обращения: 23 апреля 2017.
  13. Магнитный меридиан (недоступная ссылка) . Глоссарий.ру . Словарь по естественным наукам. Дата обращения: 2010-7-20 . Архивировано 21 января 2012 года.
  14. 1 2 How does the Earth's core generate a magnetic field? (недоступная ссылка) . USGS FAQs . United States Geological Survey. Дата обращения: 30 апреля 2017. Архивировано 18 января 2015 года.
  15. 1 2 3 4 5 Nigel Weiss. Dynamos in planets, stars and galaxies (англ.) // A&G. — 2002. — 1 June ( vol. 43 , iss. 3 ). — P. 3.9—3.14 . — doi : 10.1029/2000RG000102 .
  16. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Kono, M., and PH Roberts. Recent geodynamo simulations and observations of the geomagnetic field // Reviews of Geophysics. — 2002. — Т. 40 , вып. 4 . — С. 4—1 — 4—53 . — doi : 10.1029/2000RG000102 .
  17. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Chris A. Jones. Planetary Magnetic Fieldsand Fluid Dynamos (англ.) // Annual Review of Fluid Mechanics (англ.) . — Annual Reviews , 2011. — Vol. 43 . — P. 583—614 .
  18. Larmor, J. How could a rotating body such as the Sun become a magnet // Reports of the British Association. — 1919. — Т. 87 . — С. 159—160 .
  19. Cowling T. The Magnetic Field of Sunspots (англ.) // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society . — Oxford University Press , 1934. — Vol. 94 . — P. 39—48 . — doi : 10.1093/mnras/94.1.39 . — Bibcode : 1933MNRAS..94...39C .
  20. 1 2 3 4 Попова Е. П. Современные результаты асимптотических исследований моделей динамо // Успехи физических наук . — Российская академия наук , 2016. — Июнь ( т. 186 , № 6 ). — С. 577—596 . — doi : 10.3367/UFNr.2016.02.037727 .
  21. Бакулин П. И., Кононович Э. В., Мороз В. И. § 131. Магнитное поле Земли, полярные сияния и радиационные пояса. Связь солнечных и земных явлений // Курс общей астрономии. — 4. — Москва: Наука, 1977. — 544 с.
  22. 1 2 3 David P. Stern. The Self-Sustaining Dynamo in the Earth's Core: Origin of The Earth's Magnetism (англ.) . Educational Web Sites on Astronomy, Physics, Spaceflight and the Earth's Magnetism . Дата обращения: 30 апреля 2017.
  23. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 PH Roberts and EM King. On the genesis of the Earth's magnetism (англ.) // Reports on Progress in Physics. — 2013. — 4 September ( vol. 76 ). — P. 096801 . — doi : 10.1088/0034-4885/76/9/096801 .
  24. Eugene N. Parker. Hydromagnetic Dynamo Models (англ.) // The Astrophysical Journal . — IOP Publishing , 1955. — September ( vol. 122 ). — P. 293—314 . — doi : 10.1086/146087 . — Bibcode : 1955ApJ...122..293P .
  25. 1 2 3 4 Д.Д. Соколов, Р.А. Степанов, П.Г. Фрик. Динамо: на пути от астрофизических моделей к лабораторному эксперименту // Успехи физических наук . — Российская академия наук , 2014. — Март ( т. 184 , вып. 3 ). — С. 313—335 . — doi : 10.3367/UFNr.0184.201403g.0313 .
  26. Старченко С.В. Генерация магнитного поля в глубинных недрах Земли и планет (англ.) . http://www.izmiran.ru . ИЗМИРАН (2014). Дата обращения: 5 мая 2017.
  27. FH Busse. Homogeneous dynamos in planetary cores and in the laboratory (англ.) // Annual Review of Fluid Mechanics (англ.) . — Annual Reviews , 2000. — 11 April ( vol. 32 ). — P. 383—408 . — doi : 10.1146/annurev.fluid.32.1.383 .
  28. C. Kutzner, UR Christensen. From stable dipolar towards reversing numerical dynamos (англ.) // Physics of the Earth and Planetary Interiors. — 2002. — 11 April ( vol. 131 , iss. 1 ). — P. 29—45 . — doi : 10.1016/S0031-9201(02)00016-X .
  29. 1 2 3 А. В. Гусев, И. Н. Китиашвили. Анализ нелинейных эффектов магнитоконвекции на границах внешнего ядра Земли // Георесурсы. — 2001. — 2 декабря ( № 2(6) ). — С. 38—40 .
  30. 1 2 Glatzmaiers, Gary A.; Roberts, Paul H. A three-dimensional self-consistent computer simulation of a geomagnetic field reversal (англ.) // Nature . — 1995. — 21 September ( vol. 377 , iss. 6546 ). — P. 203—209 . — doi : 10.1038/377203a0 . — Bibcode : 1995Natur.377..203G .
  31. Kageyama, A., T. Sato, and the Complexity Simulation Group. Computer simulation of a magnetohydrodynamic dynamo, II (англ.) // Physics of Plasmas. — 1995. — 1 January ( vol. 2 , iss. 5 ). — P. 1421—1431 . — doi : 10.1063/1.871485 . — Bibcode : 1995PhPl....2.1421K .
  32. Glatzmaier, GA, and PH Roberts. A three-dimensional convective dynamo solution with rotating and finitely conducting inner core and mantle (англ.) // Physics of the Earth and Planetary Interiors. — 1995. — Vol. 91 , iss. 1—3 . — P. 63—75 . — doi : 10.1016/0031-9201(95)03049-3 . — Bibcode : 1995PEPI...91...63G .
  33. 1 2 Peter E. Driscoll. Simulating 2 Ga of geodynamo history (англ.) // Geophys. Res. Lett.. — 2016. — 6 June ( vol. 43 , iss. 11 ). — P. 5680—5687 . — doi : 10.1002/2016GL068858 .
  34. UR Christensen et.al. A numerical dynamo benchmark (англ.) // Physics of the Earth and Planetary Interiors. — 2001. — 10 December ( vol. 128 , iss. 1—4 ). — P. 25—34 . — doi : 10.1016/S0031-9201(01)00275-8 .
  35. Agris Gailitis, Olgerts Lielausis, Sergej Dement'ev, et al. Detection of a Flow Induced Magnetic Field Eigenmode in the Riga Dynamo Facility (англ.) // Phys. Rev. Lett.. — 2000. — Vol. 84 . — P. 4365 . — doi : 10.1103/PhysRevLett.84.4365 . — arXiv : physics/9912026v1 .
  36. Agris Gailitis, Olgerts Lielausis, Ernests Platacis, et al. Magnetic Field Saturation in the Riga Dynamo Experiment (англ.) // Phys. Rev. Lett. . — 2001. — Vol. 86 . — P. 3024 . — doi : 10.1103/PhysRevLett.86.3024 .
  37. Stieglitz R., Müller U. Experimental demonstration of a homogeneous two-scale dynamo (англ.) // Phys. Fluids. — 2001. — Vol. 13 . — P. 561 . — doi : 10.1063/1.1331315 .
  38. R. Monchaux, M. Berhanu, M. Bourgoin, et al. Generation of a Magnetic Field by Dynamo Action in a Turbulent Flow of Liquid Sodium (англ.) // Phys. Rev. Lett. . — 2007. — Vol. 98 , iss. 4 . — P. 044502 . — doi : 10.1103/PhysRevLett.98.044502 .
  39. F. Ravelet, M. Berhanu, R. Monchaux, et al. Chaotic Dynamos Generated by a Turbulent Flow of Liquid Sodium (англ.) // Phys. Rev. Lett. . — 2008. — Vol. 101 . — P. 074502 . — doi : 10.1103/PhysRevLett.101.074502 .
  40. Alexandra Witze. Spinning the Core: Laboratory dynamos attempt to generate magnetic fields the way planets and stars do (англ.) // Science News. — 2013. — 18 May ( vol. 183 , no. 10 ). — P. 26 .
  41. Peter Olson. The New Core Paradox (англ.) // Science. — 2013. — 25 October ( vol. 342 , iss. 6157 ). — P. 431—432 . — doi : 10.1126/science.1243477 .
  42. Monica Pozzo, Chris Davies, David Gubbins & Dario Alfè. Thermal and electrical conductivity of iron at Earth's core conditions (англ.) // Nature . — 2012. — 17 May ( vol. 485 ). — P. 355—358 . — doi : 10.1038/nature11031 .
  43. N. de Koker, G. Steinle-Neumann, V. Vlček. Electrical resistivity and thermal conductivity of liquid Fe alloys at high P and T, and heat flux in Earth's core (англ.) // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. — 2012. — 03 13 ( vol. 109 , iss. 11 ). — P. 4070 . — doi : 10.1073/pnas.1111841109 .
  44. JA Tarduno et al. Geodynamo, Solar Wind, and Magnetopause 3.4 to 3.45 Billion Years Ago (англ.) // Science . — 2010. — 5 March ( vol. 327 ). — P. 1238 .
  45. John A. Tarduno, Rory D. Cottrell, William J. Davis, Francis Nimmo, Richard K. Bono. A Hadean to Paleoarchean geodynamo recorded by single zircon crystals (англ.) // Science . — 2015. — 31 July ( vol. 349 , iss. 6247 ). — P. 521—524 . — doi : 10.1126/science.aaa9114 .
  46. AJ Biggin, EJ Piispa, LJ Pesonen, R. Holme, GA Paterson, T. Veikkolainen & L. Tauxe. Palaeomagnetic field intensity variations suggest Mesoproterozoic inner-core nucleation (англ.) // Nature. — 2015. — 8 October ( vol. 526 ). — P. 245—248 . — doi : 10.1038/nature15523 .
  47. Zuzana Konôpková, R. Stewart McWilliams, Natalia Gómez-Pérez & Alexander F. Goncharov. Direct measurement of thermal conductivity in solid iron at planetary core conditions (англ.) // Nature. — 2016. — 2 June ( vol. 534 ). — P. 99—101 . — doi : 10.1038/nature18009 .
  48. Kenji Ohta, Yasuhiro Kuwayama, Kei Hirose, Katsuya Shimizu & Yasuo Ohishi. Experimental determination of the electrical resistivity of iron at Earth's core conditions (англ.) // Nature . — 2016. — 2 June ( vol. 534 ). — P. 95—98 . — doi : 10.1038/nature17957 .
  49. Le Bars, M., Cébron, D. & Le Gal, P. Flows driven by libration, precession, and tides (англ.) // Annual Review of Fluid Mechanics (англ.) . — Annual Reviews , 2015. — Vol. 47 . — P. 163—193 .
  50. Driscoll, P.; Bercovici, D. On the thermal and magnetic histories of Earth and Venus: Influences of melting, radioactivity, and conductivity (англ.) // Physics of the Earth and Planetary Interiors. — 2014. — November ( iss. 236 ). — P. 36—51 . — doi : 10.1016/j.pepi.2014.08.004 .
  51. Kei Hirose, Guillaume Morard, Ryosuke Sinmyo, Koichio Umemoto, John Hernlund, George Helffrich & Stéphane Labrosse. Crystallization of silicon dioxide and compositional evolution of the Earth's core (англ.) // Nature. — 2017. — Vol. 543 . — P. 99—102 . — doi : 10.1038/nature21367 .
  52. O'Rourke, JG & Stevenson, DJ Powering. Earth's dynamo with magnesium precipitation from the core (англ.) // Nature . — 2016. — Vol. 529 .
  53. Тарасов Л. В. Магнитные полюса Земли — путешествие во времени // Наука и жизнь . — 2017. — № 5. — С. 108—113
  54. South Magnetic Pole Movement
  55. USGS — National Geomagnetism Program
  56. Velocity of the north and south dip poles as given by three field models
  57. Associated Press . Polar express: magnetic north pole moving 'pretty fast' towards Russia (англ.) , The Guardian (5 February 2019). Дата обращения 5 февраля 2019.
  58. 3D модель строения магнитного поля Земли и сценарии переполюсовки
  59. McIlwain CE Coordinates for mapping the distribution of geomagnetically trapped particles // J. Geophys. Res. — 1961. — V. 66, № 11. — P. 3681—3691.
  60. С. В. Мурзин. Введение в физику космических лучей. — М.: Атомиздат , 1979.
  61. 1 2 3 4 5 Наука о Земле: Магнитное поле Земли. Влияние Солнца на магнитосферу (недоступная ссылка)

Литература

Ссылки

Карты смещения магнитных полюсов Земли за период с 1600 по 1995 год

Прочая информация по теме