Аномалии магнитного поля земли и геология реферат

Обновлено: 02.07.2024

"На стыке геологии и квантовой механики может появиться квантовая геофизика. Именно она, может быть, объяснит природу магнитного поля Земли, ибо постоянный магнетизм это чисто квантовое явление. (Марат Аминов)

Геомагнитное поле (магнитосфера Земли) формируется в результате вращения жидкого внешнего ядра Земли, которое является хорошим проводником электрического тока, так как состоит в основном из железа и никеля. Ось геомагнитного поля не совпадает с географическими полюсами планеты.

Недавно было подтверждено существование мощного магнитного поля Земли уже 4,2 миллиарда лет назад, в древнейшую геологическую эпоху — Катархей. Это стало известно благодаря детальному изучению древних вкраплений кристаллов циркона, обнаруженных в недрах гряды Джек Хиллс в Австралии [в области одного из древнейших кратонов?]. До этого исследования считалось, что магнитное поле не могло существовать в период древнее 3,4 миллиарда лет назад.

Напряженность современного магнитного поля составляет около 0,1 А/м, и считается, что в геологическом прошлом величина напряженности могла колебаться, но максимум на порядок величин. Геомагнитное поле Земли за последние 2,0 - 2,5 млрд. лет (это больше половины ее геологической истории) принципиально не изменялось.

Геомагнитное поле защищает нашу планету от роя заряженных частиц солнечного происхождения (солнечного ветра). Благодаря геомагнитному полю, наша планета теряет гораздо меньше атмосферы по сравнению с другими телами Солнечной Системы, где отсутствует подобное магнитное поле (к примеру, Марс и Венера).

Форму поля задаёт солнечный ветер: в направлении Солнца его радиус минимален, в то время как в тени Солнца следы поля протягиваются на миллионы километров. Заряженные элементарные частицы солнечного ветра вместе с космическими лучами после отклонения геомагнитным полем скапливаются в определенных областях, которые называются радиационными поясами Земли. В западной литературе эти пояса часто называются поясами Ван Аллена, в честь американского физика, который впервые их заподозрил в 1958 году на основе измерений спутника “Экспловер-1”. Радиационные пояса представляют собой большую опасность для электроники и электросистем космических аппаратов, в связи с этим инженеры стараются минимизировать их нахождение внутри поясов.

Данные пояса делятся на две области: внешние и внутренние пояса. Первые расположены на высоте около 17000 км от поверхности Земли и состоят в основном из отрицательно заряженных элементарных частиц (электронов). Вторые находятся в 4000 км от поверхности Земли и состоят в основном из положительно заряженных частиц (протонов). Расстояние радиационных поясов от поверхности Земли находится в сильной зависимости от географического положения. Ближе всего к поверхности Земли радиационные пояса проходят над Бразилией (Южно-Атлантическая геомагнитная аномалия или Бразильская геомагнитная аномалия).

Магнитосфера Земли резко асимметрична. Она "сжата" в направлении от Земли к Солнцу, и вытянута в противоположном направлении. В направлении Солнца она простирается на 14 земных радиусов. Из них регулярное магнитное поле - на 10, далее - хаотичное, что обусловлено взаимодействием с "солнечным ветром". Поле в целом дипольное (то есть, имеются два полюса – северный и южный), но есть и недипольная составляющая, и наложенные внешние. Их изменения вызывают колебания напряженности поля и его ориентировки (положения магнитных полюсов).

Как уже сказано, магнитное поле имеется не у всех планет. Следовательно, природа земного магнетизма нуждается в особом объяснении. Современные модели объясняют возникновение магнитного поля Земли на основе "теории динамо" - вихревых токов в ионизированной жидкой среде, возникающих в недрах вращающегося планетного тела.

Следовательно, для формирования у планеты магнитного поля нужны два условия:

Разделы страницы о геомагнитосфере и инверсиях геомагнитных полюсов:

  • Движение магнитных полюсов Земного шара
  • Колебания геомагнитного поля, их причины и влияние на биосферу
  • Инверсии магнитного поля Земли (смена полюсов, геомагнитный разворот)
  • Авторский анализ периодичности инверсий по палеомагнитным реперам
  • Сетевые ресурсы о геомагнетизме и магнитосфере Земного шара
  • Библиография о геомагнитном поле, его колебаниях и инверсиях

Движение магнитных полюсов Земного шара

Вращающееся внутреннее ядро - динамомашина, которая определяет положение северного и южного магнитного полюсов.

Северный магнитный полюс Земли впервые открыл Джеймс Кларк Росс еще в 1830-х годах. В то время полюс располагался над нынешней территорией Нунавут в Канаде. Полюс располагался под паковыми льдами в границах нынешней канадской Арктики ещё с начала XVII века. Это приводило к тому, что стрелка компаса показывала на север не точно, а лишь приблизительно. С тех пор ученые постоянно отслеживают его движение, и до недавнего времени скорость его перемещения была небольшой. Каждый день полюс движется по эллиптической траектории, и, кроме того, смещается в северном и северо-западном направлении. Но затем, в 1990-е годы, полюс начал двигаться быстрее, направляясь из Канады в Сибирь. В 2005 году северный магнитный полюс имел координаты 82° 07' с.ш. 114° 04' з.д.

Скорость смещения всё время меняется, поэтому любые его координаты являются временными и неточными. Со второй половины ХХ века полюс довольно быстро движется в сторону Таймыра. В 2009 году скорость движения северного полюса составляла 64 километра в год. Сейчас он движется со скоростью около 10 км в год.

Согласно математической модели IGRF, в 2007 году географические координаты Южного магнитного полюса 64°30' ю.ш., 137°42' в.д., он находится в антарктическом море Д'Юрвиля. Когда же люди впервые достигли Южного магнитного полюса, его координаты были 72°25' ю.ш., 155°16' в.д. и он находился на суше, в глубине Антарктиды.

Колебания геомагнитного поля, их причины и влияние на биосферу

Так как солнечный ветер является переменным по интенсивности и составу элементарных частиц (наиболее сильные ливни рождаются в мощных солнечных вспышках), то и геомагнитное поле испытывает постоянные колебания. Во время особо сильных вспышек на Солнце частицы солнечного ветра могут проникать в верхние слои атмосферы и вызывать сияния в виде зеленоватых всполохов (полярные сияния). Чаще всего это происходит в полярных регионах Земли, где геомагнитное поле является наиболее слабым (именно там находятся геомагнитные полюса). Хотя при особо сильных солнечных вспышках полярные сияния наблюдаются даже в тропиках (к примеру, во время геомагнитной бури 1859 года полярные сияния наблюдались в тропическом Карибском море).

Изменения в геомагнитном поле происходят не только по причине колебаний в интенсивности солнечного ветра. Другой причиной подобных изменений являются слабоизученные процессы, которые происходят в ядре нашей планеты.

Кроме того, есть предположение, что короткопериодические изменения зависят не от ядра, а от движения воды Мирового океана. Ионы растворенных в воде солей являются переносчиками электрического заряда, соответственно, их движение приводит к образованию магнитного поля и может влиять на конфигурацию магнитосферы.

Имеются также короткопериодические (от нескольких минут до нескольких часов) колебания МПЗ, совпадающие с гармоникамии собственных колебаний Земного шара (54 минуты), и возникающими до или после землетрясений.

Инверсии магнитного поля Земли (смена полюсов, геомагнитный разворот)

Состояние поля подвержено изменениям – колебаниям напряженности, перемещениям полюсов, которые фиксируются остаточной намагниченностью минералов в осадках океанов, морей, озер, в лессовых толщах, в лавовых потоках. Полюса перемещаются, вплоть до смены знака на противоположный (инверсии), когда образуются

  1. относительно продолжительные интервалы преимущественно прямой (современной) или обратной полярности (хроны, субхроны)
  2. и кратковременные (обычно 5-10 тыс. лет) отклонения магнитных полюсов от географических на угол больше 40° определяются как экскурсы .

Полагают, что во время инверсий и экскурсов происходит существенное уменьшение средней интенсивности дипольного поля до ~25% обычного значения. Инверсии включают в себя до десятка и более состояний той или иной полярности поля и промежуточных состояний, когда дипольное поле и магнитные полюса отсутствуют. (М.С.Бараш, Эволюция морской биоты и изменение геомагнитного поля)

Средняя периодичность инверсий геомагнитного поля

Во времени наступления инверсий не обнаружено никакой периодичности (в отличие от, к примеру, 22-летней периодичности в инверсиях магнитного поля Солнца, которая равна двухкратному периоду солнечной активности). Типичное время между инверсиями составляет от 0.1 до 1 миллиона лет, Только за последние 160 миллионов лет это происходило около 100 раз [т.е., в среднем - 1 раз за 1,6 млн лет]. Сами инверсии длятся от 1200 до 10000 лет.

Положение полюсов и то, куда указывает стрелка компаса, не является постоянным для нашей планеты. Периодически, примерно раз в 450 тысяч или миллион лет, северный и южный полюса Земли меняются местами [в см. надолго], а еще чаще происходят временные перевороты магнитной оси. Следы этих процессов ученые часто находят в древних глинах и в отложениях вулканических пород.

Недавно ученые обнаружили, что после последнего временного сдвига оси, что произошло около 40 тысяч лет назад, северная стрелка компаса несколько тысяч лет указывала на современный южный полюс. Кроме того, примерно 780 тысяч лет назад полюса постоянно были направлены в эти стороны, а впоследствии их положение резко поменялось (см. секцию ниже).

Последние события в динамике и силе геомагнитного поля

Инверсия около 780 тысяч лет назад

Последняя достоверная инверсия геомагнитного поля случилась 780 тысяч лет назад [по новейшим оценкам - 785 000]. Её длительность составила от 1 200 до 10 000 лет в зависимости от географического положения изученных пород с остаточной намагниченностью. В то время в недрах Земли существовало не два, а множество слабых очагов магнитной активности, возникавших и исчезавших каждые несколько тысяч лет. Ситуация нормализовалась лишь примерно через 22 тысячи лет, когда полюса окончательно поменялись местами и приобрели свой текущий вид.

Инверсия около 40 тысяч лет назад (события Лашампа и Адамса)

С другой стороны изучается возможность более свежей кратковременной инверсии геомагнитного поля, которая случилась всего 41 тысячу лет назад. Событие получило название Laschamp, так как впервые было обнаружено в 60-х годах 20 века в остаточной намагниченности лавового потока с таким названием во Франции. Позже следы этой инверсии были обнаружены и в других местах Земли. Длительность инверсии составила 250-440 лет, во время неё геомагнитное поле было ослаблено на 75% (в 4 раза).

Что же касается 40000 лет назад, то в это время (и еще несколько тысячелетий после) взрывались крупные европейские вулканы.

Ослабление геомагнетизма в последние столетия

К слову сказать, 2500 лет назад магнитное поле Земли было в 2,5 раза сильнее нынешнего. За последние 200 лет магнитное поле Земли ослабело на 15%. Это может быть признаком либо смены полюсов, либо полного его исчезновения.

Влияние колебаний геомагнетизма на флору и фауну

Очевидно, что геомагнитные возмущения оказывают влияние и на центральную нервную систему человека (в человеческом организме присутствует небольшое количество железа - именно благодаря ему кровь человека обладает красным цветом, а нервная система представляет собой инфраструктуру для передачи электромагнитных импульсов).

Предполагается, что во время инверсий происходит очень сильное ослабление геомагнитного поля, и, следовательно, создаётся нешуточная угроза земной жизни (частицы солнечного ветра в больших количествах проникают в земную атмосферу). Пишут, что, якобы, не отмечено никакой корреляции между массовыми вымираниями земных видов и периодами инверсий геомагнитного поля [может, плохо искали?]. Однако, есть предположение, что, например, смена магнитных полюсов Земли вместе с падением солнечной активности 42 000 лет назад могли создать условия, которые, возможно, повлияли на исчезновение мегафауны и гибель неандертальцев.

Вадимир Голубев. ГЕОКОСМОС: Кн. 1. Природа Земли и жизни (выдержки)

Геодинамический мегацикл фанерозоя содержит две надпорядковые палеомагнитные эпохи: кембрийско–пермскую и триасово–четвертичную, причем инверсии учащаются с юрского периода, когда палеозойская фаза мегацикла сменяется мезозойской–кайнозойской фазой. В палеозое доминирует обратная полярность поля, а в мезозое и кайнозое — прямая (современная). Суммарная длительность эпох обратной полярности почти вдвое больше эпох прямой полярности, однако от палеозоя к мезозою и кайнозою доля эпох переменной полярности возрастает с 35 до 50 и 80 %.

Детальнее изучены геомагнитные инверсии мезозоя и кайнозоя, но и для всего фанерозоя неплохо опознаются изменения частоты инверсий с периодичностью 30–50, 75–100 и 170–230 млн лет. Стратиграфическая привязка периодов разноречива, но во всех вариантах они интерпретируются как тектонические циклы, а режим переменной и отчасти прямой полярности обычно соотносится с тектономагматической активизацией. Инверсии заметно учащены во второй половине кембрийского, в конце девонского, в юрском и в конце неогенового периодов, т. е. в начале каледонского, герцинского, альпийского и неотектонического [?] геодинамических [не геодинамических=суперконтинентальных, а тектонических] циклов. Учащение инверсий связано с изменениями геомагнитной напряженности, резко возросшей с начала мезозоя, а в позднем кайнозое спавшей, но оставшейся вдвое повышенной от уровня палеозоя.

Смена полярности геомагнитного поля длится в среднем 10–15 тыс. лет, а интервал между инверсиями колеблется от 3–5 до 20–30 млн лет в палеозое и до 0,5–1 млн лет — в мезозое и кайнозое. В позднем кайнозое (последние 4,5 млн лет) инверсии повторяются с периодичностью порядка 200 тыс. лет, что свидетельствует не только об экстремальной неотектонической дестабилизации поля. Короткопериодные инверсии, запечатленные в остаточной намагниченности вулканических пород, дают указание на ее приведение к единой полярности более глубокими длиннопериодными инверсиями в результате интенсивного вулканизма и перегрева ранее изверженных пород. В итоге в истории Земли остаются запечатленными главным образом инверсии высшего ранга.

Авторский анализ периодичности инверсий по палеомагнитным реперам (И.Гаршин)

Попробуем выделить кратные интерывалы между кайнозойскими инверсиями на иллюстрации слева (за последние 5 миллионов лет):

  • Периоды с в основном положительной полярностью: 5,25-4,17; 3,59-2,59; 2,00-1,06 - т.е., длятся около 1 миллиона лет.
  • Периоды с в основном отрицательной полярностью: 4,17-3,59; 2,59-2,00 - т.е., длятся около 600 тысяч лет.

Как теперь видим - определённые закономерности и периодичность, всё-таки, есть - и полный период (в этом, по-видимому, минимальном ранге) составляет 1,6 миллиона лет. Это, как раз, в точности соответствует статистике, что за последние 160 миллионов лет инверсий было около сотни.

Важнейшие палеомагнитные стратиграфические реперы за последние четверть миллиарда лет (кайнозой, мезозой и конец палеозоя):

  • граница Киама-Иллавара — приурочена к границе уржумского и северодвинского ярусов (265,8 млн лет) верхней перми (татарского отдела);
  • граница Омолон-Гиссар — приурочена к границе тоарского яруса нижней юры и батского яруса (174,1 млн лет) верхней юры;
  • граница Гиссар-Джалал (хрон M0, кровля R-субзоны) — приурочена к границе барремского и аптского ярусов (125 млн лет) нижнего мела;
  • граница Туаркыр-Хорезм — приурочена к границе маастрихтского яруса верхнего мела и датского яруса (66 млн лет) палеоцена;
  • граница Матуяма-Брюнес — приурочена к границе эоплейстоцена и неоплейстоцена (0,8 млн лет [781 т.л.н.]).

Попробуем и здесь выделить кратные интерывалы между этими геомагнитными рэперами: 66-1=65; 125-66=59; 174-125=49; 266-174=92 - периодичяность (в этом макроранге) около 30 млн лет (19 предыдущих рангов). С такой периодичностью Солнце со своими планетами ныряют через плоскость Галактики.

Сетевые ресурсы о геомагнетизме и магнитосфере Земного шара

Обзоры о магнитосфере Земли

    на СпэйсГиде.
  • Природа геополя и изменений климата. Глава 11. Геодинамика и энергетика.

Библиография о геомагнитном поле, его колебаниях и инверсиях

Труды по геомагнетизму на русском языке

  • Бобова В.П. и др.О возможной сейсмической природе длиннопериодных (Т= 1-4 ч) вариаций геомагнитной возмущенности // Геомагнетизм и аэрономия. 1990. Т.30. № 3. С.492-494.
  • Жидков М., Лихачева Э.Магнитное поле движет стрелку компаса и города. Терра Инкогнито, №7-8, 43-45 (1996).
  • Мальцев Ю.П. (ред.) Магнитосферно-ионосферная физика, краткий справочник. - СПБ.: "Наука", 1993. - 184 с.
  • Пудовкин М.И., Распопов О.М., Клейменова Н.Г.Возмущения электромагнитного поля Земли. Л, ЛГУ, 1975. - Т.2. - 280 с.
  • Распопов Q.M., Клейменова Н.Г.Возмущения электромагнитного поля Земли. - Л, ЛГУ, 1977. - Т.З. - 144 с.
  • Степанюк И.А.Электромагнитные поля при аэро- и гидрофизических процессах. - СПБ.: Изд-во СПБ. РГГМУ, 2002. ~ 214 с.

Труды по геомагнетизму на русском языке

  • R. S. Coe and G. A. Glatzmaier. Symmetry and stability of the geomagnetic field. Geophysical Research Letters, Vol. 33, L21311, doi:10.1029/2006GL027903, 2006. (Р. С. Коэ и Г. А. Глацмаер. Симметрия и устойчивость геомагнитного поля.)
  • Catherine Constable. Geomagnetic Reversals: Rates, Timescales, Preferred Paths, Statistical Models and Simulations. - September 30, 2001. Institute of Geophysics and Planetary Physics. Scripps Institution of Oceanography University of California at San Diego La Jolla, Ca 92093-0225, USA. (Геомагнитные инверсии: скорости, временные рамки, предпочтительные пути, статистические модели и симуляции.)
  • H. Paul Johnson, Darcy Van Patten, Maurice Tivey, William W. Sager. Geomagnetic polarity reversal rate for the Phanerozoic. - Geophysical Research Letters, Vol. 22, No. 3, Pages 231-234, February 1, 1995. (Х. Пол Джонсон и др. Скорость изменения геомагнитной полярности для фанерозоя.)

На правах рекламы (см. условия): ◀ ◀ ◀ Место для размещения коммерческих ссылок (см. , пожалуйста, условия) ▶ ▶ ▶ -->

Ключевые слова для поиска сведений о магнитосфере Земного шара: На русском языке: геомагнетизм, геомагнитосфера, магнитосфера Земного шара, геомагнитные инверсии, движение магнитных полюсов, хроны, субхроны; На английском языке: geomagnetism, magnitosphere.

Рассмотрение общих представлений о магнитном поле Земли. Раскрытие сущности и научного значения открытия линейных и полосовых магнитных аномалий. Изучение закономерностей расположения осей магнитных аномалий срединно-океанических хребтов и вне океанов.

Рубрика Геология, гидрология и геодезия
Вид реферат
Язык русский
Дата добавления 20.03.2015
Размер файла 399,8 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Министерство образования и науки Российской Федерации

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

САХАЛИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Технический нефтегазовый институт

ПОЛОСОВЫЕ МАГНИТНЫЕ АНОМАЛИИ

студент 2 курса

ТНИ, направление: геология

г. Южно-Сахалнск, 2014

Основные представления о магнитном поле. Магнитное поле Земли

Линейные аномалии океанского ложа

Полосовые аномалии вне океанов

Список использованной литературы

Магнитные аномалии -- области на поверхности Земли, в которых значение и направление вектора магнитного поля Земли существенно отличается от нормальных значений геомагнитного поля.

Магнитные аномалии, в зависимости от размера территории с аномальными значениями магнитного поля, делятся на континентальные, региональные и локальные.

Полосовые магнитные аномалии -- линейные магнитные аномалии океанической коры, параллельные осям срединных океанических хребтов и расположенные симметрично по отношению к ним.

Причиной происхождения полосовых магнитных аномалий является процесс рождения океанической коры в зонах спрединга срединно-океанических хребтов, излившиеся базальты при остывании ниже точки Кюри в магнитном поле Земли, приобретают остаточную намагниченность. Направление намагниченности совпадает с направлением магнитного поля Земли, однако вследствие периодических инверсий магнитного поля Земли излившиеся базальты образуют полосы с различным направлением намагниченности: прямым (совпадает с современным направлением магнитного поля) и обратным.

Линейные магнитные аномалии в океанах были обнаружены в 50-х годах при геофизическом изучении Тихого океана. Это открытие позволило в 1968 году Хессу и Дицу сформулировать теорию спрединга океанического дна, которая выросла в теорию тектоники плит. Они стали одним из самых веских доказательств правильности теории.

Цель работы: охарактеризовать полосовые магнитные аномалии и закономерности их расположения, дать характеристику линейным аномалиям океанического ложа и аномалиям вне океанов.

В соответствии с целью были поставлены следующие задачи:

С помощью анализа научной литературы раскрыть сущность полосовых магнитных аномалий

Рассмотреть положение осей магнитных аномалий срединно-океанических хребтов.

Рассмотреть научное значение открытия полосовых магнитных аномалий.

Структура работы. Работа состоит из введения, трех разделов, заключения и списка использованной литературы.

Основные представления о магнитном поле. Магнитное поле Земли

При прохождении электрического тока по проводнику вокруг него образуется магнитное поле. Магнитное поле представляет собой один из видов материи. Оно обладает энергией, которая проявляет себя в виде электромагнитных сил, действующих на отдельные движущиеся электрические заряды (электроны и ионы) и на их потоки, т. е. электрический ток. Под влиянием электромагнитных сил движущиеся заряженные частицы отклоняются от своего первоначального пути в направлении, перпендикулярном полю.

Магнитное поле образуется только вокруг движущихся электрических зарядов, и его действие распространяется тоже лишь на движущиеся заряды. Магнитное и электрические поля неразрывны и образуют совместно единое электромагнитное поле.

Всякое изменение электрического поля приводит к появлению магнитного поля и, наоборот, всякое изменение магнитного поля сопровождается возникновением электрического поля. Электромагнитное поле распространяется со скоростью света, т. е. 300 000 км/с

Графически магнитное поле изображают магнитными силовыми линиями, которые проводят так, чтобы направление силовой линии в каждой точке поля совпадало с направлением сил поля; магнитные силовые линии всегда являются непрерывными и замкнутыми.

Направление магнитного поля в каждой точке может быть определено при помощи магнитной стрелки. Северный полюс стрелки всегда устанавливается в направлении действия сил поля. Конец постоянного магнита, из которого выходят силовые линии (рис.1)

Магнитное поле Земли или геомагнитное поле -- магнитное поле, генерируемое внутриземными источниками.

В конце 50-х - начале 60-х годов американскими геофизиками В. Вакье, Р. Мейсоном и А. Раффом при изучении магнитного поля в районе Восточно-тихоокеанского хребта вблизи о. Ванкувер были обнаружены полосовые магнитные аномалии, тянущиеся вдоль хребта по обе его стороны. Протяженность их несколько сот километров, ширина 20-30 км и напряженность магнитного поля приблизительно 160 мА/м. Оказалось, что у последовательных полос обратная полярность.

В теории палеомагнетизма известны такие явления, как инверсии магнитного поля, происходящие по неизвестной нам причине с интервалами от десятков до сотен тысяч лет.

При инверсиях изменяется полярность магнитного поля Земли. Это установлено по остаточной намагниченности древних горных пород, возраст которых определялся радиоактивным методом.

Этим же методом был установлен возраст намагниченных пород, взятых с океанического дна из областей полосовых аномалий. Оказалось, что чем дальше от срединного разлома подводного хребта расположена полоса магнитной аномалии, тем возраст образца старше. К 1966 г. А. Коксом, Р. Доуэлом и Д. Дарлимплем, подробно изучившими реликтовую намагниченность большого числа образцов древних горных пород, их возраст калиево-аргоновым методом и полярность, была установлена шкала последовательности и возраста инверсий магнитного поля Земли. (рис 2)

Структура поля состоит из упорядоченной системы чередующихся положительных и отрицательных линейных аномалий, вытянутых субпараллельно осям срединно-океанических хребтов.

Однотипные аномалии располагаются на одинаковом расстоянии от осевой зоны хребтов, образуя билатеральную систему симметрии. Линейно-параллельная структура магнитного поля осложняется поперечными смещениями аномалий, которым соответствуют трансформные разломы.

Столь своеобразное магнитное поле дна Мирового океана связывали с различными факторами: метаморфизмом пород по обе стороны от оси срединно-океанических хребтов; существованием линейной системы разломов, заполненных породами с высокой намагниченностью; синхронным излиянием лав по трещинам, параллельным оси хребтов; последовательным сокращением площади вулканической активности на срединных хребтах. Наиболее логично объяснили особенности строения магнитного поля Мирового океана английские исследователи Ф.Вайн и Д.Мэтьюз в 1963 г. Они предположили существование в земной коре океанов магнитоактивного слоя, образовавшегося в результате расширения дна океанов (спрединга) и инверсий магнитного поля Земли. Предложен следующий механизм формирования слоя. Расплавленное мантийное вещество внедрялось в зону гребня срединно-океанического хребта. Когда температура его падала ниже точки Кюри (точки застывания), вещество приобретало остаточную намагниченность. При этом ферромагнитные минералы, содержащиеся в мантийном веществе, ориентировались вдоль существующих линий магнитного поля Земли.

Линейные аномалии океанского ложа

Оси магнитных аномалий срединно-океанических хребтов (по К.Ле Пишону).1 - осевая аномалия, совпадающая с рифтовой долиной океанов; 2 - прочие аномалии (цифры - возраст аномалий в десятках млн. лет в соответствии со шкалой инверсий); 3 - трансформные разломы).

Полосовые аномалии вне океанов

Структуры похожие на полосовые магнитные аномалии установлены на Марсе при геофизическом изучении со спутника. Это открытие позволило предположить, что на планете происходит спрединг и действует механизм тектоники плит. Однако такие интерпретации вызывают множество вопросов, уже хотя бы потому, что совершенно не очевидно, что магнитное поле Марса тоже инвертировалось.

магнитный аномалия полосовой океанический

В дальнейшем аналогичные работы были проделаны в области хребтов Антарктического, Срединно-Индийского и Рейкьянес у Исландии, и всюду результат один: наблюдались полосовые аномалии, которые прекрасно объяснялись раздвижением океанического дна и магнитными инверсиями.

В работе были рассмотрены такие вопросы как сущность полосовых магнитных аномалий, их природа происхождения, прослежена хронология инверсий магнитного поля Земли. Ознакомившись с работой можно сделать вывод о том что открытие и изучение полосовых магнитных аномалий является весомым доказательством "теории о дрейфе материков".

Список использованной литературы

Строение дна Мирового океана и окраинных морей России / Мазарович А. М.: ГЕОС, 2005--2006. 192 с.

Геотектоника с основами геодинамики / Хаин В.Е., Ломизе М.Г., М:,МГУ, 1995. 480 с.

Геологический словарь,М:"Недра", 1978. 487 с.

Геология СССР. Том XXVIII. / Антропов П., 1961. 528 с.

Подобные документы

История изучения океана с середины XIX века до 50-х гг. XX века. Открытие полосовых магнитных аномалий. Механизмы формирования срединно-океанических хребтов. Исследования, проводимые в институтах геологического профиля Новосибирского центра СО РАН.

курсовая работа [2,4 M], добавлен 15.03.2012

Намагничивание линейных участков океанической коры при инверсиях главного магнитного поля, раздвижения и наращивания океанических плит в рифтовых зонах. Составление геохронологической шкалы палеомагнитных аномалий в процессе морских магнитных съемок.

реферат [695,4 K], добавлен 07.08.2011

Теория случайных функций и их применение для интерпретации гравитационных и магнитных аномалий. Некоторые свойства и особенности применения энергетических спектров и корреляционных функций. Интегрирование корреляционных функций знакопеременных аномалий.

реферат [295,8 K], добавлен 28.06.2009

Сущностные характеристики геомагнитных аномалий. Анализ закономерностей магнитных явлений в области Курской магнитной аномалии. Сущность глубины залегания масс, вызывающих аномалию. Особенности вычисления железной массы в северной полосе Курской аномалии.

контрольная работа [1,7 M], добавлен 15.12.2011

Геофизические методы поиска и разведки рудоносных площадей и рудных месторождений, изучение закономерности их размещения. Гравиметровые и магнитные съемки; поиск слабомагнитных и магнитных руд в слабомагнитных вмещающих породах и массивах магнитных пород.

курсовая работа [543,8 K], добавлен 27.10.2012

Теории случайных функций и их применение для интерпретации гравитационных и магнитных аномалий. Понятие погрешностей наблюдений. Усреднение и применение вычислительных схем. Графики изменения автокорреляционной функции при различных радиусах корреляции.

курсовая работа [105,9 K], добавлен 28.06.2009

Гипотеза дрейфа континентов Вегенера. Становление теории тектоники литосферных плит. Установление существования пластичного слоя астеносферы и глобальной системы срединно-океанических хребтов и приуроченных к их вершинам зон океанического рифтогенеза.

Тютерев И.Н. (курсовая работа) … л. текста, … рис., … табл., … источников, … прил.

Курсовая работа состоит из введения, 3-ёх глав и заключения. Объектом исследования является магнитное поле Земли . Цель работы – изучить магнитное поле Земли и определить его значение в геологии.

В работе приведена характеристика …. Описаны …. На их основе проведен анализ ….

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

Кафедра региональной и морской геологии

на выполнение курсовой работы по дисциплине

Тема курсовой работы _______________________________________________

Утверждена на заседании кафедры от _____________протокол№___________

Срок защиты работы ________________________________________________

Краткая аннотация задания: __________________________________________

должность, степень, звание _______________________________О.Ю. Крицкая

Заведующий кафедрой
д-р геол.-мин. наук, профессор __________________________ В. И. Попков

Задание принял к исполнению ___________________________ И.О. Фамилия

История изучения магнитного поля 6

Магнитное поле 8

Возникновение магнитного поля 8

Параметры магнитного поля 11

Роль магнитного поля в геологии 15

Магнитные карты. Магнитные измерения 15

Разрастание океанической коры 22

Дрейф материков 24

Список использованных источников 27

Введение

Актуальность: изучение магнитного поля актуально на данный момент, ведь по магнитным аномалиям можно обнаружить залежи металлических руд; магнитные полюса постоянно перемещаются и их отслеживание является важным аспектом в геологии; магнитное поле влияет на различные геологические и биологические процессы, поэтому для лучшего понимания данных процессов необходимо более тщательное изучение этого поля


На тему «Магнитное поле Земли. Составляющие вектора магнитного поля. Нормальные и аномальные составляющие магнитного поля Земли. Дрейф и вариации магнитного поля. Гипотезы происхождения магнитного поля Земли.

Проверил: доц. Лобанов А.М.

Москва 2021 г.

1.Структура и свойства магнитного поля Земли……………………………………..4

2.Нормальное и аномальное магнитное поле……………………………………. …6

3.Исследования дрейфа магнитных полюсов…………………………….…………..7

4.Основные гипотезы происхождения магнитного поля Земли…………….………9

Магнитное поле Земли— это магнитное поле, создаваемое внутренними источниками, т.е. силовое поле, действующее на движущиеся электрические заряды и на тела с магнитным моментом, независимо от состояния их движения, магнитной составляющей электромагнитного поля.

Специальный раздел в геофизике, исследующий происхождение и природу магнитного поля Земли, называется геомагнетизмом. В геомагнетизме рассматриваются проблемы зарождения и эволюции постоянной основной составляющей геомагнитного поля, природы переменной составляющей (около 1% основного поля), а также структуры магнитосферы — высших намагниченных плазменных слоев в атмосфере Земли, взаимодействующих с солнечным ветром и защищающих Землю от космических лучей. Важной задачей является изучение вариационных закономерностей в геомагнитном поле, так как они вызваны внешними воздействиями, в основном связанными с солнечной активностью.

1.Структура и свойства магнитного поля Земли

На небольшом расстоянии от поверхности земли, около трех ее радиусов, магнитные силовые линии имеют дипольное расположение. Эта область известна как плазменная атмосфера Земли.

Магнитные полюса движутся по поверхности нашей планеты со скоростью до 40 км в год. Например, в 1900 году магнитный северный полюс имел координаты 69°с.ш. и 97°з.д., а в 2005 году — 83°с.ш. и 118°з.д. Это означает, что он двинулся на север и запад и приблизился к Северному полюсу. За тот же период Южный полюс сместился с 72° ю.ш. и 148° в.д. на 64° ю.ш. и 138° в.д. То есть, он двинулся на север и запад и отошел от Южного полюса.

На магнитное поле Земли воздействует поток намагниченной солнечной плазмы. В результате взаимодействия с земным полем образуется внешний предел околоземного магнитного поля, так называемая магнитопауза. Это ограничивает магнитосферу Земли. Благодаря влиянию солнечных корпускулярных потоков размер и форма магнитосферы постоянно меняются, создается переменное магнитное поле, определяемое внешними источниками. Своей изменчивостью она обязана существующим системам тока, которые развиваются на разных высотах от нижних слоев ионосферы до магнитопауз. Изменения магнитного поля Земли с течением времени, вызванные различными источниками, были названы геомагнитными колебаниями, которые варьировались как продолжительность и положение на Земле и в ее атмосфере.

Магнитосфера — область околоземного пространства, контролируемая магнитным полем Земли. Магнитосфера образуется в результате взаимодействия солнечного ветра с плазмой верхней атмосферы и магнитным полем Земли. С точки зрения формы магнитосфера представляет собой пещеру и длинный хвост, повторяющий форму магнитных линий силы. Точка Солнца в среднем имеет 10 радиусов Земли, а хвост магнитосферы простирается за пределы орбиты Луны. Топология магнитосферы определяется областями поступления солнечной плазмы в магнитосферу и природой существующих систем.

Хвост магнитосферы образован линиями силы магнитного поля Земли, которые выходят из полярных областей и расширяются под воздействием солнечного ветра до сотен земных радиусов от Солнца в ночной части Земли. В результате плазма солнечного ветра и корпускулярные течения Солнца, кажется, обтекают магнитосферу Земли, придавая ей своеобразную форму хвоста. В тыльной части магнитосферы, на большом удалении от Земли, интенсивность магнитного поля Земли, а значит, и его защитные свойства, ослабляются, и некоторые частицы плазмы Солнца могут проникать в магнитосферу Земли и попадать в радиационные пояса магнитосферы и магнитные ловушки.

При проникновении в головную часть магнитосферы в область овалов аврор под влиянием изменяющегося давления солнечного ветра и межпланетного поля хвост служит местом формирования потоков извергающихся частиц, вызывающих авроры и авроры. Магнитосфера отделена от межпланетного пространства магнитопаузой. Вдоль магнитопаузы частицы корпускулярных потоков проходят через магнитосферу. Влияние солнечного ветра на магнитное поле Земли иногда очень сильно. Магнитопауза — это внешний предел магнитосферы Земли (или планеты), где динамическое давление солнечного ветра уравновешивается давлением собственного магнитного поля. Для типичных параметров солнечного ветра точка подсолнечника находится в 9-11 радиусах от центра Земли. В период магнитных возмущений на Земле магнитопауза может выходить за пределы геостационарной орбиты (6,6 радиуса Земли). При слабых солнечных ветрах солнечная точка находится на расстоянии 15-20 земных радиусов.

2.Нормальное и аномальное магнитное поле

В первом приближении магнитное поле Земли может быть представлено полем намагниченного шара, или магнитного диполя (Тдип), расположенного в области центра Земли, ось которого по отношению к оси вращения Земли составляет 11°. Места выхода продолжений оси этого диполя на поверхность Земли называют геомагнитными полюсами Земли. Область выхода южного конца оси диполя носит название северного магнитного полюса, а область выхода северного окончания оси диполя — южного. Например, северный магнитный полюс находится на 72° с. ш. и 96° з. д. и отстоит от северного географического полюса Земли на 1400 км.

Вклад дипольной составляющей (Tдип) в наблюденное магнитное поле Земли составляет примерно 70 %, что объясняет такие глобальные особенности, как наличие магнитных полюсов Земли и увеличение напряженности магнитного поля в два раза при переходе от экватора к полюсам. В наблюденном поле выделяют также составляющие, связанные с особенностями внутреннего строения Земли, называемые материковыми аномалиями (Tм). Эти плавно изменяющиеся компоненты образуют на Земле шесть крупных, соизмеримых с площадью материков, положительных и отрицательных аномалий с амплитудой (0,1–0,2) ⋅ 10 5 нТл. В настоящее время еще не выработана единая точка зрения относительно происхождения Tм. Видимо, источники их располагаются на глубине около 2900 км, на уровне внешней границы ядра Земли.

Нормальным геомагнитным полем (или главным магнитным полем Земли) в рассматриваемой точке в практике магниторазведки принято называть сумму полей диполя (Tдип) и материковых аномалий (Tм): Тнорм = Tдип + Tм. По существу, нормальное магнитное поле Земли представляет собой магнитное поле усредненной, безрельефной, сферически однородной в магнитном отношении Земли. Нормальное магнитное поле Земли рассчитывают специально. Существуют таблицы или карты Тнорм, Zнорм и других элементов магнитного поля для определенного периода времени (середина года, кратного пяти — 1995, 2000 г. и т. д.) и для каждой точки Земли, находящейся на уровне моря (при нулевой высоте).

3.Исследования дрейфа магнитных полюсов

Магнитный полюс — это блуждающая точка на поверхности северного и южного полушария Земли, где геомагнитное поле направлено вертикально (горизонтальная составляющая равна нулю). Несмотря на то, что все линии равного магнитного склонения сходятся на магнитном полюсе, склонение на самом полюсе не определено. Все компасы направлены к Южному или Северному магнитным полюсам, но в силу наличия недипольной составляющей МПЗ, стрелки непосредственно на полюса не указывают. И даже в полярных областях сходимость линий магнитного склонения не является радиальной.

До 2019 г. для расчёта главного поля использовались модели эпохи 2015 г. Во все эпохи шёл дрейф магнитных полюсов. Скорость дрейфа Северного магнитного полюса в 1970-х годах составила 10 км/год, в 2001 г. — 40 км/год, в 2004 г. — 60 км/год, в 2015 г. — 48 км/год. Начиная с 2016 г. необычно большая скорость, с которой смещается Северный магнитный полюс Земли, привела к серьёзным ошибкам в расчётах модели 2015 г. В начале 2019 г. невязка определения Северного магнитного полюса составила порядка 40 км. Для устранения такого рода ошибок с начала 2019 г. началось досрочное обновление международных моделей МПЗ. В феврале — WMM — Национальным геофизическим центром данных США (NGDC), а в декабре вышла обновлённая версия WMM 2020.

В том же декабре 2019 г. Международной ассоциацией геомагнетизма и аэрономии (IAGA) выпущена очередная версия модели IGRF-13. Эти модели необходимы для функционирования как профессиональных навигационных систем, так и бытовых навигаторов, в том числе для мобильных телефонов. С меньшими скоростями и несоосно изменялось и положение Южного магнитного полюса (ЮМП). На рисунке 6 хорошо виден узел схождения изогон (линий равного магнитного склонения) между Австралией и Антарктидой. Это и есть ЮМП.

Задача определения положения Южного магнитного полюса имеет длинную историю. Первые геомагнитные измерения (измерения склонения) в Антарктическом регионе были выполнены в ходе второй кругосветной экспедиции Дж. Кука (1772–1775). Однако оценок местоположения ЮМП не делалось. Первое экспериментальное определение местоположения ЮМП было выполнено в ходе кругосветной антарктической экспедиции русских мореплавателей Ф. Беллинсгаузена и М. Лазарева (1819–1821). Вскоре после экспедиции к Северному магнитному полюсу немецкий физик К. Гаусс рассчитал на основе сферического гармонического анализа нахождение ЮМП в точке с координатами 66 ° ю.ш., 146 ° в.д. Достичь этой точки и провести инструментальные измерения удалось только 16 января 1909 г. Британской антарктической экспедицией под руководством Эрнеста Шеклтона (экспедиция на "Нимроде"). Далее ЮМП определялся в 1912, 1931, 1951, 1962 гг.

4.Основные гипотезы происхождения магнитного поля Земли

Происхождение магнитного поля Земли объясняют различными причинами, связанными с внутренним строением Земли. Наиболее достоверной и приемлемой гипотезой, объясняющей магнетизм Земли, является гипотеза вихревых токов в ядре ( гипотез амагнитного гидродинамо ). Она основана на установленном геофизиками факте, что на глубине 2900 км под мантией Земли находится внешнее жидкое ядро с высокой электрической проводимостью, которая объясняется большим числом свободных электронов в веществе ядра вследствие высоких температур и давления. Благодаря так называемому гиромагнитному эффекту и вращению Земли во время её образования могло возникнуть очень слабое магнитное поле. Наличие свободных электронов в ядре и вращение Земли в таком слабом магнитном поле привели к индуцированию в ядре вихревых токов. Эти токи, в свою очередь, создают (регенерируют) магнитное поле, как это происходит в динамомашинах. Увеличение же магнитного поля Земли должно привести к новому увеличению вихревых токов в ядре, а последнее — к увеличению магнитного поля и т.д. Процесс подобной регенерации длится до тех пор, пока рассеивание энергии вследствие вязкости ядра и его электрического сопротивления не компенсируется добавочной энергией вихревых токов и другими причинами.

Физической основой гипотезы магнитного гидродинамо служат, во-первых, наличие в Земле хорошо проводящего электрический ток железистого ядра; во-вторых, наличие в ядре двух автономных частей - жидкой внешней и твёрдой внутренней; в-третьих, факт вращения Земли вокруг своей оси.

Существует несколько причин, по которым источник главного геомагнитного поля может находиться лишь в ядре Земли. Прежде всего наличие вековых вариаций магнитного поля Земли с периодами сотни и тысячи лет, источник которых явно располагается в недрах Земли, а не в её магнитосфере, доказывает, что главное поле никак не может быть связано с какими-либо процессами в коре или мантии - движения вещества в этих оболочках недостаточно интенсивны, их характерное время измеряется миллионами лет. Следовательно, источник вековых вариаций главного геомагнитного поля может быть помещен только во внешнее ядро, где вещество находится в жидком состоянии и может быстро реагировать на приложенные к нему силы. Далее, ядро не может быть постоянным магнитом в условиях преобладающих в нём высоких температур (явно значительно выше точки Кюри). Следовательно, в качестве единственного возбудителя главного магнитного поля Земли остаются только электрические токи внутри ядра.

Но почему источник геомагнитного поля, признав его переменный характер, нельзя разместить, например, в коре или мантии? Дело в том, что для генерации столь сильного магнитного поля, как земное, требуется ток большой силы. Если бы такой ток протекал в мантийных или коровых породах, обладающих очень низкой электропроводностью, то он привёл бы к выделению колоссального количества тепла - намного больше того, что наблюдается.

Таким образом, если главное магнитное поле Земли генерируется электрическими токами, то единственным местом их циркуляции может быть ядро Земли, состоящее из хорошо проводящих железо-никелевого сплава (внутренняя часть) и смеси железа, никеля и серы (внешняя часть).

Наука доказывает, что разворот магнитного полюса в геологическом масштабе времени является обычным явлением, которое происходит постепенно на протяжении тысяч лет. И хотя условия, приводящие к развороту геомагнитных полюсов, не вполне предсказуемы — движение N-образного магнитного полюса, например, может незаметно изменить направление — в многомиллионной геологической хронике не было замечено ничего подобного, что позволило бы серьезно отнестись к одному из сценариев конца света 2012 года, связанному с разворотом геомагнитных полюсов. Однако инверсия может быть выгодным бизнесом для производителей магнитных компасов.

Земля, как известно, большой магнит. И это очень важно для человечества, ведь магнитное поле Земли защищает нас от солнечной радиации. Но Земля неравномерна и на ее поверхности есть свои магнитные аномалии - места, где магнитное поле сильно отличается от обычных, средних значений. Такое, чаще всего, происходит из-за провалов под земной корой. Рассмотрим самые интересные магнитные аномалии на нашей планете.

Канадская магнитная аномалия

На границе Канады и Аляски, под шельфом моря Бофорда обнаружилось русло большой мантийной реки. При ее очень широком русле создается огромная площадь взаимодействия мантии и земной коры, что резко увеличивает электрическое поле, которое и усиливает магнитное поле. Соседствуя с геомагнитным полюсом, Канадская аномалия притягивает его местоположение к себе, видимо, поэтому магнитный полюс "раскачивается" у берегов Канады.

Бразильская магнитная аномалия

Эта зона занимает площадь от Южной Америки до Африки. Такое распространение аномального пятна означает, что мантийная река в этом районе изменила свое направление на противоположное. Данная аномальная зона, как и другие, полна загадок, которые еще не разгаданы.

Магнитные аномалии в России

Восточносибирская магнитная аномалия знаменуется высокой напряженностью и аномалией движения магнитного пятна. В низу между Енисеем и Леной найдено не восточное отклонение, как должно быть, а западное. Магма движется спокойно под огромной Западносибирской равниной, входит под Среднесибирское плоскогорье. На юге мантийная река ограничивается Саянами.

Скорость течения и давление увеличивают контакт магмы с корой из-за чего, и усиливается электрическая и магнитная напряженность.

Есть одна интересная особенность в этом районе: под междуречьем Индигирки и Колымы, и дальше на юг к Охотскому морю, расположена магнитная ось Земли, около которой и крутится главный поток магмы. Эта ось немного смещена от оси вращения как раз в направлении восточносибирских областей, Охотского моря, острова Итуруп и Гуам в Тихом океане, это причина того, что под этими местами мантийная река протекает слишком близко к поверхности земной коры.

Курская магнитная аномалия (КМА) является одной из самых крупных и досконально расследованных магнитных полей. КМА - самый огромный в мире бассейн железной руды. Расположен этот бассейн в районе Курской, Белгородской и Орловской областей. Площадь бассейна КМА составляет около 170000 кв.км, добыча ведётся преимущественно открытым способом.

Геологическое возникновение железа на этой территории учёным не установлены. Как на огромной равнинной территории, на глубине 200-400 метров появились гигантские скопления железной руды до сих пор загадка. Это очень удивительно, если учесть, что запасы КМА на много больше, чем запасы всех месторождений железа мира вместе взятых.

Медведицкая гряда сложена из цепи холмов, высота их достигает 250 метров. Она находится в Волгоградской области. Это одна из самых популярных аномальных зон России. Здесь часто отмечаются шаровые молнии, НЛО, сломанные деревья. Местные жители находили следы, похожие на места приземления летающих тарелок. Это место словно притягивает молнии.

Молебский треугольник - очень известный участок магнитной аномалии расположен на границе Свердловской и Пермской областей, недалеко от села Молебка. Очень давно эта территория была священной, так как здесь располагался молебный камень. Возле него народы манси совершали жертвоприношения. От камня и произошло название поселка.
В 1830-х годах были известны случаи о неизвестных летательных аппаратах, обнаруживались следы неизвестных существ. Эта территория является одной из самых посещаемых.

Получается, что территории аномалий часто являются гиблыми за то, что в них творится. Всё это привлекает туристов, желающих приключений.

Действие аномалий на живые организмы

Научное подтверждение влияюнию магнитных аномалий на живую природу обнаружено не так давно. Урожай посадок в населенных пунктах, которые расположены около зоны магнитной аномалии, на 10-15% ниже, по сравнению с другими хозяйствами, расположенными вдали от этой зоны.

Рост и развитие сельскохозяйственных культур зависит от мест их выращивания относительно магнитной зоны. Из продолжительных наблюдений обнаружено, что ели нет природных и четких ориентиров, то животные при движении ориентируются по силовым линиям магнитной зоны нашей планеты.

Читайте также: