Как образуется магнитное поле земли кратко

Обновлено: 05.07.2024

Как у земли появилось магнитное поле, ведь даже тот же кусок металла надо намагнитить.

Твердая часть ядра состоит из железоникелевого сплава ,который может проявлять магнетизм при его возбуждении при всех параметрах твердой части ядра.Первоначальное возбуждение произошло от магнитного поля солнца.При возбуждении магнетизма ядра в плазме возникли индукционные токи,магнитное поле которых стало поддерживать магнетизм ядра.Свои утверждения я привожу после. Читать далее

Да, сегодня это наиболее признанная гипотеза.

Мангнитоэлектрические свойства Земли объясняют на основе предварительно принятых гипотез о строении её глубоких недр. Есть две группы: ядро жидкое и горячее, ядро твёрдое и холодное. Первая группа гипотез разделяется большинством присутствующих здесь комментаторов. С точки зрения второй группы гипотез, круговые токи внешнего ядра Земли обеспечиваются высвобождающимися. Читать далее

При написании своего коммента я имел в виду ,что внутренняя часть ядра твердая и горячая,что подтверждается учеными.

Хочется высказать свое мнение об автоматическом регулировании величины токов плазмы.При образовании индукционных токов в плазме магнитное пол е их образует тормозной магнитный момент ,который препятствует магнитному полю земли,,изменяя его угол между осью поля и нормалью к плоскости.и восстанавливая при этом измененный ток.Утверждение обосновывается моими расчетами.

Ученые долгие годы ломали голову над причинами возникновения магнитного поля Земли. Ответ на этот вопрос был получен совсем недавно. Оказалось, что для образования магнитного поля необходимы определенные условия.

Содержание статьи

Как возникает магнитное поле Земли
Как сделать магнитное поле
Что такое магнитная аномалия и почему может возникнуть такое явление

Некоторые гипотезы о происхождении магнитного поля Земли

В прошлом веке разными учеными было выдвинуто несколько предположений о том, как образуется магнитное поле Земли. Согласно одному из них, поле появляется в результате вращения планеты вокруг своей оси.

Она основана на любопытном эффекте Барнета-Энштейна, который заключается в том, что при вращении любого тела возникает магнитное поле. Атомы в этом эффекте имеют свой магнитный момент, так как вращаются вокруг своей оси. Так появляется магнитное поле Земли. Однако эта гипотеза не выдержала экспериментальных проверок. Оказалось, что магнитное поле, полученное таким нетривиальным образом, в несколько миллионов раз слабее реального.

Другая гипотеза основана на появлении магнитного поля вследствие кругового движения заряженных частиц (электронов) на поверхности планеты. Она тоже оказалась несостоятельной. Движение электронов способно вызвать появление очень слабого поля, к тому же эта гипотеза не объясняет инверсии магнитного поля Земли. Известно, что северный магнитный полюс не совпадает с северным географическим.

Солнечный ветер и токи мантии

Механизм образования магнитного поля Земли и других планет Солнечной системы до конца не изучен и пока что остается загадкой для ученых. Тем не менее, одна предложенная гипотеза довольно хорошо объясняет инверсию и величину индукции реального поля. Она основана на работе внутренних токов Земли и солнечного ветра.

Внутренние токи Земли протекают в мантии, которая состоит из веществ, обладающих очень хорошей проводимостью. Источником тока выступает ядро. Энергия от ядра к поверхности земли передается с помощью конвекции. Таким образом, в мантии наблюдается постоянное движение вещества, которое и образует магнитное поле по известному закону движения заряженных частиц. Если связывать его появление только с внутренними токами, получается, что все планеты, у которых направление вращения совпадает с направлением вращения Земли, должны иметь идентичное магнитное поле. Однако это не так. У Юпитера северный географический полюс совпадает с северным магнитным.

В образовании магнитного поля Земли участвуют не только внутренние токи. Давно известно, что оно реагирует на солнечный ветер, поток высокоэнергетических частиц, идущих от Солнца в результате реакций, происходящих на его поверхности.

Солнечный ветер по своей природе представляет собой электрический ток (движение заряженных частиц). Увлекаемый вращением Земли, он создает круговой ток, который приводит к появлению магнитного поля Земли.

Недавно от одного из подписчиков нашего телеграм канала мне поступил следующий вопрос:

Все знают ещё с детства, что у Земли есть магнитное поле. Но нигде не говорят про то, как именно оно возникло. Какие теории возникновения магнитного поля у Земли самые правдоподобные?

Поскольку чаще всего можно услышать ошибочное объяснение возникновению магнитного поля Земли, я решил написать об этом статью.

Современные и наиболее точные теории возникновения магнитного поля у Земли очень редко попадают на слух из-за их крайне высокой сложности, большинству людей без специального образования понять полную суть теории будет невозможно, я постараюсь объяснить её доступно, но сразу оговорюсь, что будет много серьёзных упрощений и опущенных деталей.

Ранее считалось, что магнитное поле Земли генерируется за счёт вращения огромного металлического ядра, чаще всего именно такое объяснение и можно услышать, когда речь заходит об источнике магнитного поля планет, однако математические расчёты показали, что таким образом не может формироваться стабильное магнитное поле с той конфигурацией, которую имеет Земное (осесимметричное поле), поэтому данное объяснение является как минимум не точным и нуждается в серьёзных дополнениях, а в отдельных интерпретациях оно вообще ошибочно.

Сейчас основной теорией образования магнитного поля Земли является самовозбуждающееся динамо. Если говорить максимально просто, то суть этой теории заключается в том, что при движении расплавленного проводящего вещества оно случайным образом порождает крайне слабые магнитные поля. При движении этого же вещества в созданном им же магнитном поле, в проводящем веществе возникают индукционные электрические токи, которые усиливают это поле и, соответственно, ещё больше увеличивают индукционный ток, а также порождают дополнительные магнитные поля, которые воздействуют на соседнее вещество, благодаря чему в нём также возникают индукционные токи. Данный процесс уходит в бесконечный цикл усиления магнитного поля, который ограничивается лишь поступлением энергии, необходимой для поддержания и дальнейшего усиления магнитного поля.

Немного подробнее и сложнее:

Необходимые условия для самовозбуждающегося планетарного динамо есть во внешнем ядре Земли, там идёт перенос тепла от внутреннего ядра к мантии, благодаря чему возникают конвективные потоки, которые и служат изначальными течениями проводящего вещества. Сила Кориолиса (квазисила обусловленная вращением Земли) закручивает данные потоки в спирали, называемые столбами Тейлора.

Конвекционные потоки в форме спиралей и образуемое ими магнитное поле во внешнем ядре. Источник: Википедия.

Из-за трения этих движущихся слоёв вещества они электризуются, из-за чего возникают контурные токи, после этого достаточно совсем слабого внешнего магнитного поля, а оно всегда найдётся, и удачной геометрии потока, чтобы начать процесс циклического усиления. Усиливаться магнитное поле будет до тех пор, пока потери на выделение тепла, возрастающие с увеличением силы тока по закону Джоуля-Ленца, не уравновесят приток энергии от ядра. Кстати, такой же механизм формирования магнитного поля справедлив и для звёзд.

Данное описание является крайне упрощённым, полноценное описание планетарного динамо возможно лишь с точки зрения уравнений магнитогидродинамики, которые могут показать значимость или её отсутствие для многих физических процессов, происходящих во внешнем ядре.

Ставьте палец вверх, чтобы видеть в своей ленте больше статей о космосе и науке!

Подписывайтесь на мой канал здесь, а также на мои каналы в телеграме и на youtube . Там вы можете почитать большое количество интересных материалов, а также задать свой вопрос. Поддержать наш канал материально можно через patreon .

С древних времен известно, что магнитная стрелка, свободно вращающаяся вокруг своей вертикальной оси, всегда позиционируется в определенном направлении в данном месте Земли (если поблизости нет магнитов, проводников электричества или железных предметов). Этот факт объясняется тем, что вокруг Земли существует магнитное поле, и магнитная стрелка устанавливается вдоль его магнитных линий. На этом основан компас, который представляет собой магнитную стрелку, свободно вращающуюся на оси.

Узнайте, что такое магнитное поле Земли, как оно создается и многое другое в этой статье.

Магнитное поле Земли: простое объяснение

Наша планета Земля окружена магнитным полем, которое также называют магнитным полем Земли. Если смотреть со стороны, то магнитное поле Земли по форме напоминает стержневой магнит. Это означает, что вы можете представить себе огромный стержневой магнит под поверхностью Земли, наклоненный к оси вращения Земли. Южный полюс этого магнита направлен в сторону географического северного полюса Земли.

Магнитное поле Земли имеет интенсивность от 30 микротесла (мкТл) до 60 мкТл. Основная часть магнитного поля Земли возникает в жидком внешнем ядре Земли в результате конвекции расплавленного железа.

Помимо обеспечения ориентации по компасу, магнитное поле Земли выполняет еще одну жизненно важную задачу: экранирует солнечный ветер, то есть защищает нас от опасного излучения из космоса. В состав космического излучения, кроме электронов, протонов, входят и другие частицы, движущиеся в пространстве с огромными скоростями.

Как создается магнитное поле Земли?

Структура ядра Земли

Вы можете представить себе Землю, разделенную на четыре сферические оболочки и одну сферу (смотрите рисунок 1 ниже). Каждая сферическая оболочка изготовлена из разных материалов и имеет разную толщину. Сфера находится в центре, а четыре сферические оболочки окружают сферу одна за другой. В следующем списке показана структура Земли, начиная с поверхности Земли и заканчивая ее центром.

Сферическая оболочка 1 — земная кора: толщина 5 — 70 км.
Сферическая оболочка 2 — верхняя мантия: глубина около 660 км.
Сферическая оболочка 3 — нижняя мантия: глубина 660 — 2900 км.
Сферическая оболочка 4 — внешнее ядро: глубина 2900 — 5150 км.
Сфера — внутреннее ядро Земли: глубина от 5150 до 6371 км.

Теория динамо

Внешнее ядро состоит в основном из жидкого, электропроводящего железа. Внешний слой внешнего ядра Земли холоднее внутреннего ядра Земли. Эта разница температур приводит к возникновению конвекционных течений. Это означает, что жидкое железо во внешнем ядре сильно перемещается вперед и назад. К этому движению добавляется ещё и вращение земли.

Таким образом, составляющие магнитного поля Земли следующие: конвекционные токи, вращение Земли и электропроводящая жидкость в ядре Земли.

Примечание! Основная идея магнитного поля Земли: уже существующее магнитное поле в ядре Земли приводит к электрическому току. Этот электрический ток, в свою очередь, создает магнитное поле, которое усиливает исходное магнитное поле.

Теперь вам может быть интересно, откуда берется внешнее магнитное поле. На самом деле, малейшего теплового движения во внешнем ядре Земли достаточно для возникновения случайного электрического тока. Затем этот электрический ток создает внешнее магнитное поле, которое усиливается динамо-эффектом и формирует магнитное поле Земли.

Индукция и форма магнитного поля Земли

Индукция магнитного поля Земли составляет от 30 до 60 мкТл. Для сравнения: типичный подковообразный магнит имеет индукция магнитного поля 0,1 тесла; а индукция магнитного поля магнитно-резонансного томографа для использования человеком составляет от 0,35 до 3 тесла.

Форма магнитного поля Земли напоминает форму стержневого магнита (см. рисунок 2). Если смотреть со стороны, то кажется, что внутри Земли находится гигантский стержневой магнит. Он наклонен примерно на 11° относительно оси вращения, а его южный полюс направлен в сторону географического северного полюса Земли.

Рис. 2. Стержневой магнит внутри Земли

Наблюдения показывают, что по мере приближения Земли к географическому северному полюсу магнитные линии магнитного поля Земли все больше наклоняются к горизонту и становятся вертикальными, входя в Землю примерно на 75° северной широты и 99° западной долготы. Южный магнитный полюс Земли сейчас находится в этой точке, примерно в 2100 км от географического северного полюса.
Перышкин А.В. Физика 8. – М.: Дрофа, 2010.

Северный магнитный полюс Земли расположен вблизи географического южного полюса, то есть на 66,5° южной широты и 140° восточной долготы. Здесь магнитные линии магнитного поля Земли покидают Землю.

Поэтому магнитные полюса Земли не совпадают с географическими полюсами Земли. По этой причине направление магнитной стрелки не совпадает с направлением географического меридиана. Магнит
Стрелка компаса лишь приблизительно указывает на север.

Есть области земного шара, где направление магнитной стрелки постоянно отклоняется от направления магнитной линии Земли. Эти области называются магнитными аномалиями.

Смена полярности магнитного поля Земли

В этом разделе мы кратко объясним, что имеется в виду под изменением полярности магнитного поля Земли и что это означает для жизни на Земле.

Феномен и значение

Рис. 3. Магнитное поле Земли

Исследования горных пород показали, что за последние 84 миллиона лет произошло 183 таких переполюсовки. Последняя смена полюсов произошла 780 000 лет назад. Возможно, сейчас вы спрашиваете себя, не настало ли время для того, чтобы снова произошел разворот полюсов. На самом деле, смена полярности является случайным событием. Это означает, что невозможно точно утверждать, когда это произойдет.

Худшие последствия, такие как отказ всех технологий, в настоящее время являются лишь гипотезой. Факт состоит в том, что магнитное поле Земли постепенно ослабевает, а это значит, что всё больше опасной радиации достигает Земли. Однако, точные последствия этого все еще исследуются.

Значение

В этом последнем разделе мы кратко обсудим важные задачи, выполняемые магнитным полем Земли.

Экранирование.

Одной из важнейших задач магнитного поля Земли является защита от солнечного ветра — магнитное поле Земли создает так называемую магнитосферу, которая окружает Землю. Солнечный ветер состоит из высокоэнергетических частиц. Отсутствие экранирования может, например, привести к уменьшению озонового слоя. Этот слой защищает Землю и, соответственно, людей от опасного ультрафиолетового излучения. Поэтому без магнитного поля Земли большее количество такого излучения будет попадать на людей и повышать риск возникновения рака, в том числе.

Ориентация.

Магнитное поле Земли служит не только для защиты, но и для ориентации. Например, с помощью компаса люди могут спланировать свой маршрут через лес. Такие животные, как киты, голуби и медоносные пчелы, используют магнитное поле Земли для ориентации.

Читайте также: