Геомагнітне поле Землі

Размещено на http://www.allbest.ru/

Курсова робота

з дисципліни: «Метеорологія та кліматологія»

за темою: «Геомагнітне поле Землі»



Зміст

Вступ

1. Характеристика геомагнітного поля Землі

1.1 Земний магнетизм

2. Структура магнітного поля Землі

2.1 Нормальне магнітне поле

2.2 Материкове магнітне поле

2.3 Магнітні аномалії та їх геологічні причини

3. Вплив магнітного поля на клімат

3.1 Дослідження та висновки вчених

3.1.1 Основоположна теорія Генріка Свенсмарка

3.1.2 Дослідження датських вчених

3.2 Власні дослідження залежності клімату від геомагнітного поля Землі

4. Вплив магнітного поля на живі організми

4.1 Магнітні поля та їх взаємодія з живими організмами

4.2 Геомагнітні бурі

Висновок

Література



Вступ

Обраною мною темою курсової роботи є тема «Геомогнітне поле Землі». Ця тема є важливою для вивчення, знання можна використовувати в повсякденному житті. Геомагнітне поле Землі впливає на все, що бачимо навколо нас, захищає нашу планеру від пагубного сонячного вітру, впливає на погоду, на всі живі організми. Взагалі якби не геомагнітне поле, на Землі не існувало ні атмосфери, а як наслідок і всіх біологічних істот. Взагалі все, що нас оточує підпорядковується особливим законам, один з яких фізичний закон Земного магнетизму. Він має дуже важливе значення і має своє місце для вивчення.

З багатьох теорій, які були висунені для пояснення походження магнітного поля Землі, найбільш популярною нині є теорія динамо. Згідно з нею Земля є скоріше електромагнітом, ніж постійним магнітом: електричний струм, що якимось чином генерується внаслідок турбулентної конвекції в рідкому ядрі, утворює навколо себе поле однорідного намагнічування, або постійне поле. Нез'ясованим залишається питання про джерело енергії, яке викликає конвекцію в земному ядрі, де дуже мало або зовсім немає радіоактивних елементів.

Метою курсової роботи є: вивчення геомагнітного поля Землі і визначити його значимість для живих істот.

Цілі: розкрити основні поняття, терміни; познайомитися зі схематичними зображеннями магнітного поля; розглянути нормальне магнітне поле і аномальне; виявити вплив на клімат і живі організми.



1. Характеристика геомагнітного поля Землі

1.1 Земний магнетизм

магнітний поле геологічний клімат

Земля - це величезний сферичний магніт. Хоча про наявність у планети магнетизму людям стало відомо давно, а вивченням його властивостей займаються вчені різних країн світу, в природі її магнітного поля багато ще залишається нез'ясованим. Відомо, що серед металів тільки залізо і нікель можуть бути постійними магнітами. Ці матеріали називаються феромагнітними. Але феромагнітні речовини перестають бути магнітом, якщо їх нагріти вище точки Кюрі (770 °С для заліза і 358 °С для нікелю). Оскільки температура в надрах Землі значно вища за ці величини, то земне ядро, яке складається головним чином із заліза і нікеля, не може бути феромагнітним через відсутність для цього відповідних умов. [6]

З багатьох теорій, які були висунені для пояснення походження магнітного поля Землі, найбільш популярною нині є теорія динамо. Згідно з нею Земля є скоріше електромагнітом, ніж постійним магнітом: електричний струм, що якимось чином генерується внаслідок турбулентної конвекції в рідкому ядрі, утворює навколо себе поле однорідного намагнічування, або постійне поле. Нез'ясованим залишається питання про джерело енергії, яке викликає конвекцію в земному ядрі, де дуже мало або зовсім немає радіоактивних елементів. Допускають три варіанти: 1) на межі між внутрішнім і зовнішнім ядром відбувається поступова кристалізація заліза з виділенням тепла; 2) внаслідок опускання заліза з мантії вниз вивільняється гравітаційна енергія; 3) тепло виділяється при фазових змінах речовин, що відбуваються внаслідок гіпотетичного розширення Землі.[12]

Магнітне поле Землі досягає висоти 80-90 тис. км від її поверхні. До висоти 44 тис. км магнітне поле постійне, його величина зменшується з віддаленням від земної поверхні поступово. На висоті від 44 до 90 тис. км магнітне поле змінне, залежно від знаку воно захоплює і утримує електрони або протони. Сфера навколоземного простору, в якому знаходяться заряджені частини, захоплені магнітним полем Землі, має назву магнітосфери.[9]

Будова магнітосфери Землі, тобто навколишнього простору, фізичні властивості якого визначаються магнітним полем Землі та його взаємодією з потоком заряджених частинок сонячного вітру, в минулому уявлялася досить простою. Вважалося, що магнітосфера утворює симетричний диполь. Але вже перші прямі вимірювання магнітних полів, які були зроблені безпосередньо у космосі, не підтвердили цю гіпотезу. Виявилося, що магнітосфера Землі вкрай асиметрична: з боку Сонця магнітне поле сильно стиснуте, а з протилежного боку - навпаки, дуже витягнуте і утворює довгий, до 1 млн км, магнітосферний хвіст (рис. 1.1). Це є наслідком обтікання магнітосфери сонячним вітром. При цьому тут, в залежності від тиску сонячного вітру, границя магнітосфери з боку Сонця - магнітопауза - то наближається до Землі (при зростанні тиску), то віддаляється (при його послаблені). Плазма сонячного вітру обтікає магнітосферу Землі з надзвуковою швидкістю, внаслідок чого перед магнітосферою утворюється ударна хвиля, яка відокремлена від магнітопаузи перехідною областю.[13]

Рис. 1.1. Схема магнітосфери



Силові лінії геомагнітного поля, що відходять назад під дією сонячного вітру, утворюють хвіст, або "шлейф" магнітосфери. Він розділений магнітно-нейтральним шаром на два сектори - північний і південний. Магнітні силові лінії секторів зв'язані з полярними областями Землі. В магнітно-нейтральному шарі концентрується щільна і гаряча плазма з температурою близько мільйона градусів, яка своїм тиском перешкоджає анігіляції силових ліній протилежних напрямів у секторах "шлейфу".[2]

Всередині магнітосфери розташовані радіаційні пояси. Вони складаються із заряджених частинок протонів і електронів, захоплених магнітними полем Землі з потоку сонячного вітру. Радіаційні пояси утворюють в атмосфері шар іоносфери і вважаються областю захопленої радіації, вони є мовби магнітними пастками для заряджених частинок космосу.

Магнітне поле наочно проявляється при роботі з компасом: магнітна стрілка в будь-якій точці земної поверхні встановлюється в певному напрямі. Кут, який утворюють магнітний і географічний меридіани, називається магнітним схиленням. Воно обчислюється за північним кінцем стрілки компаса і може бути західним або східним (рис. 1.2).[14]

Рис. 1.2 Магнітне схилення

Лінії, що з'єднують точки з однаковим схиленням, називаються ізогонами. Нульова ізогона - це лінія, яка з'єднує точки, в яких стрілка компаса спрямована одночасно на магнітний і географічний полюси. Вона ділить земну кулю на дві частини. Зараз лінія нульового схилення проходить через середні частини Північної та Південної Америки, а в Євразії робить дуже звивистий шлях зі Скандинавії через Центральну Європу до Єгипту, далі до Сомалі і через Гімалаї виходить в море Лаптєвих, звідки знову повертає на південь. З метою характеристики земного магнетизму визначають також магнітне нахилення, тобто кут, утворений магнітною стрілкою і горизонтальною площиною. Вільно підвішена магнітна стрілка зберігає горизонтальне положення тільки на лінії магнітного екватора, який не збігається з географічним. На північ і на південь від магнітного екватора стрілка нахиляється до земної поверхні, причому тим більше, чим вища широта. Лінії, що з'єднують точки з однаковим нахиленням, називаються ізоклінами. Оскільки магнітні полюси не збігаються з географічними, ізокліни також не збігаються з параллелями. рис. (1.3) [12]

Рис. 1.3. Карта магнітного схилення

Магнітні полюси змінюють своє положення з року в рік. Зараз північний магнітний полюс знаходиться серед островів Канади і має координати 77° пн. ш. і 102е зх. д., а південний магнітний полюс розташовується в Антарктиді близько 65° пд. ш. і 139° сх. д. Вважається доведеним, що 300 млн років тому магнітні полюси знаходилися в сучасній екваторіальній області.

Магнітне поле біля поверхні Землі характеризується також величиною напруги земного магнетизму. Вона визначається кількістю коливань магнітної стрілки за одиницю часу, або періодом її коливання, подібно до того, як сила тяжіння визначається періодом коливання маятника. Напруга магнетизму на полюсах більша, ніж на екваторі. Місця найбільшої напруги магнітного поля називаються полюсами напруги.[16]

Як показують результати вимірювань, на поверхні планети часто спостерігаються магнітні аномалії. Вони проявляються у відхиленні значень елементів земного магнетизму від їх середніх величин для даного місця. Розрізняють регіональні і локальні магнітні аномалії. Регіональні охоплюють великі площі, вони викликані глибинними процесами. Прикладом регіональної аномалії є Східносибірська аномалія, де має місце західне схилення замість східного. Локальні магнітні аномалії пов'язані з місцевими особливостями будови земної кори (наприклад, з покладами залізних руд), як, наприклад, в Курську, Кривому Розі.

Магнітне поле зазнає періодичних і неперіодичних коливань. Найбільш сильні періодичні магнітні коливання одержали назву магнітних бурь. Вони зумовлені змінами електричних токів в атмосфері під впливом сонячного вітру.[1]

Магнетизм має велике практичне значення. За допомогою магнітної стрілки визначають напрями сторін горизонту. На встановленні зв'язків магнітних елементів з геологічними структурами базуються магнітометричні методи пошуків корисних копалин. Дослідження палеомагнетизму Землі дозволяє відтворити історію розвитку земної кори. Магнітосфера захищає географічну оболонку Землі від прямого впливу сонячного вітру, від проникнення в нижні шари атмосфери електронів і протонів високих енергій, а отже, змінює вплив космосу на живу природу.[3]



2. Структура магнітного поля Землі

Магнітне поле на поверхні Землі НТ може бути представлене у вигляді векторної суми:

НТ= Н0+ Нm+ На +Не + ?Н,

де Н0 - поле однорідної намагніченості земної кулі (дипольне);

Нm - поле, викликане неоднорідністю глибоких шарів Земної кулі (недипольне, або материкове);

На - поле, зумовлене намагніченістю верхніх частин земної кори (аномальне);

Не - поле, звязане з зовнішніми причинами;

?Н - поле варіацій, також викликане зовнішніми причинами.

Сума дипольного і недипольного полів називається головним магнітним полем Землі. Аномальне поле:

На= На + На,

де На - регіональна аномалія (викликається зокрема глибокими шарами земної кори і розповсюджується великі площі);

На - місцева, або локальна, аномалія (зумовлена менш глибокими шарами земної кори та розповсюджується на обмежені площі).

Існують регіональні і локальні поля різних порядків; їх розділено умовно. Маються випадки, коли регіональні аномалії викликаються породами, залягаючими близько до земної поверхні (наприклад, Курська магнітна аномалія).[2]



2.1 Нормальне магнітне поле

Суму полів Н0, Нm та Не часто називають нормальним магнітним полем Нн.

Полем Не практично нехтують (воно мале), у зв'язку з чим нормальне поле дорівнює головному. Якщо при цьому не беруть до уваги також поле ?Н, то поле, яке спостерігається, буде сумою нормального і аномального полів:

Нm=Нн+На

Якщо необхідно виділити місцеву аномалію, то під нормальним полем розуміють суму:

Н0+Нm+Не+На

Коли треба виділити недипольне (залишкове) поле, під нормальним полем розуміють дипольне поле Н0. Таким чином, поняття нормального поля є умовним, і за нормальне поле приймають ряд різноманітної структури в залежності від того, яку частину аномального поля треба виділити.

В магніторозвідці під нормальним магнітним полем розуміють або суму дипольного поля і материкової аномалії, яка охоплює всю територію колишнього СРСР, на фоні якої треба виділити ті чи інші регіональні аномалії, або базисне магнітне поле, на фоні якого треба виділити місцеву аномалію. Іноді бажаючи підкреслити, що мова йде про нормальне поле, карти якого побудовано Інститутом земного магнетизму, іносфери і розповсюдження радіохвиль АН СРСР (ІЗМІРАН) на всій території колишнього СРСР, говорять про державне нормальне магнітне поле. При будуванні карт нормального поля ІЗМІРАН застосовує методику послідовного графічного згладжування ізоліній магнітного поля, яке спостерігається, поєднуючи іноді графічне згладжування з попереднім арифметичним усередненням (найпростішим магнетичним згладжуванням) елементів земного магнетизму на певних площах. Операція згладжування, якщо вона виконується вручну, повторюється кілька разів (послідовно будують кілька карт, кожна з яких є згладженою відносно попередньої). У теперішній час математичне згладжена виконується на електронно-обчислювальних машинах. Побудована таким чином карта нормально поля колишнього СРСР зображує одну аномалію, яка охоплює всю територію колишнього СРСР. Її називають Східно-Сибірською материковою аномалією. Можна припустити, що карта відповідає полю:

Нн=Н0 +Нm

Операція математичного згладжування служить іноді самостійним способом будування карт нормально поля. На результат усереднення впливають вибір радіусу усереднення і густота розрахункових точок.

Карти нормального поля ІЗМІРАН широко застосовують у магніторозвідці при будуванні карт магнітних аномалій, особливо для широких територій. Разом з тим карти нормально поля ІЗМІРАН мають і суттєві недоліки, які виражаються в тому, що для певних територій рівень нормально поля або зависокий, або занизький. В результаті аномальне магнітне поле на картах, що побудовані на базі такого нормального поля для певних площ, виявляється все без винятку або в області від'ємних значень, або лише додатних. Однак вздовж профілів спостереження видимі коливання аномальних кривих, які мали б різні знаки, якщо був би врахований місцевий магнітний фон. У зв'язку з цим в ІЗМІРАН уточняються карти нормального поля шляхом виключення з нього ряду регіональних аномалій, не врахованих раніше.[11]

Операція згладжування ізоліній магнітного поля рівнозначна перерахунку його на певну висоту (приблизно 50-500 км). Однак це не означає, що магнітна зйомка на такій висоті могла б дати той же результат. Перерахунок на висоту проводиться для умов повного вакууму, у дійсності ж на вказаній висоті циркулюють електричні токи. У просторі, заповненому токами, виникає непотенціальне магнітне поле. Воно накладається на потенціальне поле, яке створюється безпосередньо земним шаром, і викривляє його. Крім того, точність перерахунків залежить від показності вихідних даних і способів перерахунку. Тим не менш, у деяких випадках карти нормального поля складаються шляхом перерахунку поля уверх. На рис. 4-6 показані карти нормальних полів відповідно Тн, Zн, Нн, складені в ІЗМІРАН. Нормальне поле Zн в колишньому СРСР змінюється від 0,6 Е на широті полярного кола і довготі 110° до 0,4 Е на південних кордонах. Нормальне поле Нн на континентальній території колишнього СРСР змінюється від 0,4 Е в районі півострову Таймир до 0,28 Е на південних кордонах.

Градієнт нормального поля, або нормальний градієнт, - зміна нормального поля у заданому напрямку в гамах на одиницю відстані (метр, кілометр). Нормальний градієнт елементів Zн і Нн в меридіональному напрямку складає на території колишнього СРСР в середньому 5 гам/км. Нормальний градієнт, знятий з карт нормального поля, відрізняється від градієнта, який був би, якби напруженість поля змінювалася рівномірно від магнітного полюса до магнітного екватора. Такий градієнт складав би для Zн 6 гам/км, для Нн - 3,5 гам/км.

Нормальний вертикальний градієнт складає 20-30 гам/км.

Щоб визначити величину необхідного елементу (наприклад, Zн) нормального геомагнітного поля, необхідно зняти його значення з ізолінії нормального поля, що проходить через точку, для якої роблять визначення, і ввести поправку за віковий хід. Поправку за віковий хід в цій точці знаходять по відповідній ізолінії на карті із опор даного елементу та множать на різність років між роком, для якого береться значення елемента, і роком карти ізопор. Поправку алгебраїчно додають до значення елементу геомагнітного поля, знятого з карти нормального поля.[15]

Спостережені значення поля, з яких віднімається (для обчислювання аномального поля) нормальне поле з поправкою за віковий хід, попередньо приводять до середньорічного значення шляхом введення поправки за варіацію, що складається з суми двох різностей: між миттєвим і середньодобовим показниками МВС та між середньодобовими і середньорічними показниками обсерваторської МВС.

В результати магнітних зйомок на великих площах вводять також поправку за нормальний градієнт магнітного поля. Її знімають з карти нормального поля у вигляді різкостей між значеннями ізоліній нормального поля, січних профілів спостережень. Поправку рівномірно розподіляють між точками спостережень по даному профілю (пропорційна відстані між точками спостережень), і відповідні пропорційні долі алгебраїчно складаються з виміряними значеннями поля на кожній точці спостережень. Частіше за все цю поправку вносять графічно.[5]

2.2 Материкове магнітне поле

Материкове поле - недипольна (неоднорідна) частина головного магнітного поля Землі. Його називають також залишковою чистиною головного магнітного поля Землі (залишкове поле). Для виділення материкового поля по формулам вичислюють поле однорідного на магнічення та віднімають його з нормального магнітного поля. Таку операцію вперше виконав у 1899 р. Л. Пауер для епохи 1895 р. Пізніше карти материкових магнітних полів для різних епох (1907, 1912, 1942 роки) побудовані Є. Вестиним. На рис. 7 показані ізолінії вертикальної складової материкового поля по В. П. Орлову.



Рис. 2.1 Вертикальна складова материкового поля для епохи 1955 р. [23] (За В. П. Орловим) 1 - ізолінії додатних значень; 2 - ізолінії від'ємних значень; 3 - ізолінії нульових значень; значення ізоліній - в тисячах грам

На поверхні Землі мається шість материкових аномалій. Найбільш інтенсивною є Східно-Азіатська материкова аномалія (?=45° п. ш., ?=100° с. д., Zm=0,175 Е для епохи 1950 р.) вона охоплює весь азіатський материк і частину Європейського, значення вертикальної складової в її епіцентрі складає 30% нормального поля. Велика материкова аномалія розташована у Західній Африці.[8]

До теперішнього часу ще не вироблена єдина точка зору відносно того, чи мають фізичну реальність материкові аномалії, або вони є наслідком формальних математичних операцій. Якщо вірна перша точка зору, то виникає питання про джерела материкових аномалій та, зокрема, про глибину їх залягання. Якщо материкові аномалії викликані намагніченими породами, глибина джерел не може бути більше 100-120 км, тому що глибше породи повинні знаходитись при температурі вище точки Кюрі. Можливо, материкові аномалії зумовлені глибинними електричними токами, що може бути при достатньо більшій провідності середовища, яка передбачається на глибині, рівній половині земного радіусу (3000 км) поблизу ядра.

Якщо вірно твердження Е. Буларда про те, що вся недипольна частина головного поля пересувається до заходу зі швидкістю 0,18±0°,015 в рік (західний дрейф), то єдиним поясненням материкових аномалій може бути гіпотеза про наявність вихрових токів на межі ядро-оболонка Землі. [2]

2.3 Магнітні аномалії та їх геологічні причини

Основними критеріями наявності магнітної аномалії на ділянці є змінення градієнтів елементів земного магнетизму відносно їх значень, які приймаються за нормальні.

Градієнт напруженості нормального поля складає декілька грамів на 1 км, а градієнт аномального поля досягає десятків і навіть сотень грам на 1 км, в деяких випадках аномальне поле змінюється на десятки та сотні грам навіть у межах декількох метрів (на ділянках неглибокого залягання сильно магнітних порід). Разом з тим, інтенсивність аномалій здебільшого не перевищує 10 % інтенсивності нормального магнітного поля Землі, що складає для вертикальної складової декілька тисяч грам. Однак іноді аномальне поле за своєю інтенсивністю перевищує нормальне. Наприклад, інтенсивність Курської магнітної аномалії (КМА) досягає 1,80 Е (при чому близька до цієї величини інтенсивність спостерігається напротязі кількох сотень кілометрів), нормального поля складає 0,46 Е.

Регіональні аномалії простираються на десятки і сотні кілометрів, локальні - займають площі від кількох десятків квадратних кілометрів до кількох кв. метрів.

Якщо материкове поле не примислять до магнітних аномалій, можна вважати, що магнітні аномалії зумовлені намагніченістю горних порід та мають зв'язок з геологічною будовою місцевості.[4]

Характер магнітних аномалій - інтенсивність (максимальне значення напруженості поля), форма, площа розповсюдження - має безпосередній зв'язок з горними породами ділянки земної кори, яка досліджується. На територіях з потужними осадовими відкладенням, наприклад, в Західно-Сибірській низовині, магнітні аномалії простираються на десятки і сотні квадратних кілометрів, мають малі градієнти та невелику (сотні, рідше тисячі грам) інтенсивність. Такий характер аномалій тут зумовлений тим, що більша частина осадкових порід практично не магнітна, а сильно магнітні породи, що залягають серед порід кристалічного фундаменту, в цих районах знаходяться на великій (декілька кілометрів) глибині і магнітний ефект від них на земній поверхні стає достатньо малим та згладженим. Проявляють себе в даному випадку лише поля великих тіл або сукупність багатьох маленьких тіл.

Інша картина спостерігається в районах, де кристалічні породи виходять на поверхню, або залягають неглибоко під осадовим покривом малої потужності. Магнітні аномалії можуть досягати дуже великої інтенсивності (десятки тисяч та перші сотні тисяч грам), градієнти аномалій як в горизонтальному, так і в вертикальному напрямку - дуже великі (до кількох тисяч грам на 100 метрів). Площа таких аномалій - від кількох квадратних метрів до дуже великих розмірів. Прикладом подібних аномалій служить КМА, викликана потужними пластами залізистих кварцитів, що залягають на глибинах 100-600 м. серед порід докембрію.

Більша частина осадкових порід довгий час вважалась практично не магнітною. Однак з появою високочутливих магнітометрів спостерігаються магнітні різниці горних порід осадкового походження, які можуть бути об'єктами дослідження магніторозвідки.[10]

В багатьох випадках результати змін земного магнітного поля та визначення магнітних характеристик горних порід і руд можна використовувати для визначення глибини залягання, падіння, потужності намагнічених тіл. Чим досконаліша методика і техніка магніторозвідки і, зокрема, прийоми математичного аналізу, якість апаратури, чим більш глибоко може бути пізнана фізична та геологічна природа магнітних аномалій, які спостерігаються, тим точніше можливо визначити елементи залягання порід.

Магнітні аномалії є результатом намагніченості горних порід під впливом нормального поля Землі, що створює додаткове поле, яке і називається аномальним. Додаткове (аномальне) поле, як показали дослідження, в загальному випадку зумовлене: 1) намагніченістю, яка викликана дією сучасного нормального геомагнітного поля, 2) залишковою намагніченістю, яку породи отримали за минулий геологічний час. Перша намагніченість - індуктивна Ii, друга - природна залишкова In. Індуктивна і природна залишкова намагніченість - векторні величини, їх сума складається геометрично:

I = Ii + In

Напрямок Ii можна вважати однаковим з напрямком намагнічуючого, тобто нормального поля. Однак бувають випадки, коли в силу особливостей внутрішньої будови горних порід мається магнітна анізотропія, яка характеризується тим, що намагніченість Ii не співпадає за напрямком з намагнічуючим полем Т. Напрямки Ii та In в загальному випадку не однакові, при чому зустрічаються різкі розбіжності (до протилежної орієнтації, як на Ангаро-Ілімських залізорудних родовищах). Така розбіжність може бути зумовлена різними причинами. Наприклад, окремі породи з залишковою намагніченістю могли змінити своє положення в просторі аж до перевертання на 180°. Якщо при цьому In > Ii, аномальне поле, яке спостерігається буде з протилежним знаком. Зворотній напрямок In відносно Ii може бути викликаний тим, що при охолодженні порід вони знаходились під впливом поля намагнічених раніше порід.[5]

Випадки, коли In > Ii, зустрічаються часто (вивержені і метаморфічні породи), настільки ж часто спостерігаються аномалії, зумовлені здебільшого дією залишкової намагніченості порід. Нерідкі також випадки зворотної намагніченості порід. На практиці зазвичай доводиться припускати, що вектора Ii та In збігаються по напрямку.

Аномалія вважається додатною, якщо дана складова збігається по орієнтації з відповідною складовою нормального поля, та від'ємною, коли ці складові протилежні за орієнтацією.

Магнітні аномалії, що створюються геологічними тілами, розміри яких завжди обмежені, мають додатну і від'ємну частини, що виходить із теорії магнітного поля намагнічених тіл та пояснюється конфігурацією силових ліній поля, що перетинають площину спостережень. [7]



3. Вплив магнітного поля на клімат

3.1 Дослідження та висновки вчених

3.1.1 Основоположна теорія Генріка Свенсмарка

Космічне випромінювання впливає на клімат на Землі.

Вплив вуглекислого газ на потепління на планеті перебільшений. Сильніше на зміну клімату впливають сонце, космічне випромінювання й випаровування води, переконані вчені, які зустрічалися на конференції в Мюнхені.

Вже четверта Міжнародна конференція з питань клімату й енергетики відбулася у Мюнхені минулими вихідними. Зустрічалися на ній вчені, які представляють погляди, альтернативні до поширеної нині тези про те, що головною причиною потепління на Землі є спалювання традиційних енергоносіїв і викиди вуглекислого газу в атмосферу.

Міжнародна конференція з питань захисту клімату, яка почала свою роботу в понеділок у Дурбані, виходить саме з цієї тези. Її головний заклик - спалювати якомога менше традиційних енергоносіїв, бо інакше загрожує катастрофа з кліматом на Землі.[11]

Сонце захищає планету

Такий підхід до змін клімату - очевидне перебільшення, стверджують критично налаштовані до поширеної думки вчені. На їхнє переконання, на клімат на Землі впливає передусім Сонце і космічне випромінювання, яке виникає в результаті вибухів зірок у нашій галактиці.

Загалом процеси, які впливають, з альтернативної точки зору, на клімат Землі, є дуже складними. Сонце оточене геліосферою, велетенським електромагнітним полем, яке захищає Землю від космічного випромінювання, пояснює Ян Вайцер, геохімік з університету Оттави. «Коли сонячна активність є сильною, геліосфера відводить від Землі більше космічного випромінювання. Коли ж сонячна активність знижується, то на Землі прохолодніше, але й захист від випромінювання з космосу знижується», - аргументує Вайцер.

Клімат змінюється, навіть якщо СО2 мало

Під впливом космічних променів, які проникають в атмосферу, утворюються певні ізотопи вуглецю й берилію, які вчені мають змогу вимірювати, наприклад, в річних кільцях дерев. Таким чином вони можуть осягнути картину сонячної активності упродовж цілих тисячоліть. У схожий спосіб визначається концентрація СО2 через буріння льодяних мас Землі.

Усі зібрані дані Вайцер порівняв з динамікою розвитку температур останніх 10 тисяч років, і йому вдалося визначити чіткий взаємозв'язок між сонячною активністю й температурою на планеті. Водночас науковці виходять з того, що викиди вуглекислого газу в атмосферу в допромислову добу залишалися на константно низькому рівні. Причинного звязку між концентрацією двоокису вуглецю та глобальними змінами клімату, які відбувалися в ці тисячоліття, встановлено не було.

До того ж, стверджує Вайцер, набагато важливішими за CO2 для клімату на планеті є випаровування води й хмари. Він наголошує, що водяний пар є взагалі найважливішим парниковим газом і має сильніший вплив на клімат, ніж СО2. [8]

Багато сонця - менше хмар

Взаємозв'язок між космічним випромінюванням і водяними випаровуванням змогли віднайти вчені данського Центру досліджень сонця й клімату. Вони довели, що космічне випромінювання чинить прямий вплив на утворення хмар. Очевидно, вирішальним імпульсом є іонізуюча дія космічного випромінювання, припускає фізик Генрік Свенсмарк, який працював над цією темою. «Між космічними випромінюванням й кліматом є зв'язок. Щоразу, коли ми помічали зміни, повязані з космічними променями (рис.3 .1), ми реєстрували й зміни в кліматі», - зауважує Свенсмарк.

Тому вчений намагається осягнути молекулярні процеси, які могли б дати пояснення цьому спостереженню. Свенсмарк припускає, що іони, які виникають внаслідок космічного випромінювання, утворюють над океанами крихітні аерозолеві частки, які посилюють хмароутворення.

Тобто, розвиває далі свою теорію данський вчений, чим сильніше випромінювання з космосу, тим більше утворюється цих аерозолів, а отже, виникає й більше нуклідів у хмарах в процесі конденсації. «У такий спосіб змінюються властивості хмар, у них більше краплин, хмари стають ширшими. Краплини ж стають меншими, опадів стає менше. Як наслідок, хмари довше утримуються», - каже Свенсмарк.

Рис. 3.1 Вибух на Сонці

Цю тезу вчений зміг підтвердити під час різних лабораторних досліджень. Ще один дослідницький проект під назвою CLOUD (англ. cloud - хмара) Європейської організації ядерних досліджень CERN підтвердив ці тези Свенсмарка. Фізичні процеси у реальній атмосфері Землі також піддаються вимірюванням. Для цього Свенсмарк спостерігав за інтенсивністю космічного випромінювання після великого вибуху на сонячній поверхні. Одразу після нього було заміряно на 15 відсотків менше космічних променів, що відповідає змінам у процесі сонячного циклу. Через кілька днів після вибуху знімки із супутників зафіксували помітне зменшення в обсязі хмар над Землею. Часове зміщення пояснюється тим, що потрібен час на те, щоб із найменших аерозолів утворювалися справді великі хмари.[10]

3.1.2 Дослідження датських вчених

Згідно досліджень Датських вчених, магнітне поле Землі (рис. 3.2) в значній мірі впливає на клімат, а це може призвести до перегляду устояної думки про те, що основну відповідальність за глобальне потепління несуть парникові гази.

Рис. 3.2. Знімок геомагнітного поля із космосу

«Результати дослідження показують стійкий зв'язок між силою магнітного поля Землі й рівнем опадів у тропіках» - заявляє один з авторів дослідження Медс Форсчоу Кнудсен з Університету Ааргус у західній Данії.

Учений зі своїм колегою Пітером Ріісагером зрівняв дані реконструкції магнітного поля Землі за минулі 5000 років з даними, отриманими зі сталагмітів у Китаї й Омані.[12]

Результати дослідження підтвердили спірну теорію датського астрофізика Генріка Свенсмарка десятилітньої давнини, у якій стверджувалося наявність сильного впливу галактичних космічних променів, що проникають в атмосферу, на клімат Землі.

Теорія Свенсмарка пов'язувала магнітне поле планети із кліматом, тому що саме магнітне поле регулює кількість космічних променів, що проникають в атмосферу.

«Якщо зміни в магнітному полі Землі, які відбуваються незалежно від клімату, пов'язані зі зміною кількості опадів, те це може бути пояснено лише тим, що магнітне поле блокує космічні промені »

Учені розуміють, що CO2 також відіграє важливу роль у зміні клімату, але вважають, що «клімат - дуже складна система, і навряд чи ми маємо повне уявлення про те, які фактори грають найбільш значну роль у даних обставинах».[11]

3.2 Власні дослідження залежності клімату від геомагнітного поля Землі

Для того щоб вивести закономірність залежності клімату від геомагнітного поля Землі, мною були опрацьовані географічні карти магнітного поля Землі, карти ландшафтного устрою місцевості, а також географічні карти, які показували кліматичні обставини, зокрема опади (рис. 3.23). У ході опрацювання цих якісних, а також кількісних даних, мені вдалося встановити наступну закономірність: всі три обрані мною сфери взаємодіють та мають прямий черговий звязок одна на одну, або ж опосередкований позачерговий (як клімат та геомагнітне поле Землі). Закономірність взаємозвязку полягає у наступному: геомагнітне поле напряму повязане з рельєфом місцевості, найбільші його стрибки зафіксовані на місці височин (гори) та тектонічних розривних рухів геологічних структур (западини, русла річок та таке інше). У свою чергу ландшафт (рельєф) напряму впливає на клімат, зокрема на наявність та кількість опадів, як підстиляюча поверхня.

Тобто із цього взаємовпливу (звяку) ми можемо сказати, що геомагнітне поле Землі має опосередкований вплив на клімат, зокрема опади.

Приклад приводиться на основі географічних карт нашої держави - України.[3]

Рис. 3.3. Карта магнітного поля України.

Рис. 3.4. Карта показників середньорічної кількості опадів України.



4. Вплив магнітного поля на живі організми

4.1 Магнітні поля та їх взаємодія з живими організмами

Магнітне поле - складова частина, „електромагнітного поля, що є окремим видом матерії. Особливість магнітного поля проявляється в його механічному діянні лише на рухомі електричні заряди або на тіла, які мають магнітний момент, незалежно від того, рухаються вони чи ні. Джерелами магнітного поля є рухомі електричні заряди, наприклад, струм у провідниках. Магнітне поле пов'язане з електричним полем. Цей зв'язок проявляється в тому, що при зміні одного з них виникає друге. Магнітне поле, що існують навколо магнічених тіл, в тому числі й магнітів, спричиняються рухом електричних частинок, з яких складаються тіла (електронів, нуклонів). Основними характеристиками магнітного поля є вектор напруженості Н в заданій точці поля (у вакуумі) та вектор магнітної індукції В (при наявності середовища). Ці величини є силовими характеристиками діяння магнітного поля на певні магнітики або на контури з електричним струмом. Напруженість магнітного поля обчислюють в ерстедах (в СГСМ системні одиниці) і в („ампер на метр) в МКСА системі одиниць). Напрям вектора Н магнітного поля, створюваного електричним струмом у провіднику або контурі, можна визначити за правилом гвинта. Для наочної характеристики магнітного поля запроваджено поняття про лінії напруженості магнітного поля або лінії магнітної індукції, що є кривими лініями, дотичні до яких в кожній точці збігаються відповідно з напрямами векторів Н або В. самі ж величини цих векторів виражають густиною ліній напруженості чи індукції, тобто кількістю відповідних ліній, які перетинають перпендикулярну до них площину в 1 см2 або в 1 м2. Основним законом магнітних явищ вважають Біо-Савара закон.[12]

В історії людства був час, коли магніт називали «каменем кохання», каменем мудрості. Розповідають, що в середньовіччі магніт охороняв житла городян від злодіїв, Кусок магніту клали біля дверей, і тоді металеві речі, що їх тримав злодій, міцно прикипали до цього металу. Злодії лякався і тікав.

Згодом магніт було передано на користування вченим. Він мав таку гучну славу, що навіть знаменитий Ньютон носив у своєму персні, замість дорогоцінного каменя кусочок дуже сильного магніту.

У нашій країні є металургійні заводи де використовують електромагнітні насоси. Залежно від напряму дії магнітного поля насоси перекачують рідкий метан або, коли потрібно, гальмують його надходження, регулюють витрату. Раніше все це робилося тільки за допомогою ковшів. Новий спосіб полегшує транспортування рідкого метану. Експерименти, проведені в лабораторних умовах, а потім на Єнакіївському металургійному заводі, показали, що при безперервному пропусканні ливарного чавуну через магнітне поле значно прискорюється очищення метану від зайвої сірки. Інколи магнітне поле приходить на допомогу силі тяжіння. Так, консервні бляшанки для перевірки герметичності занурюють у ванну з водою. Звичайний транспортер для цього не придатний: бляшанки відриваються від нього і спливають. Якщо транспортер зробити з пластин нержавіючої сталі і поліетити в поле сильних магнітів, то консервні бляшанки притягуватимуться до транспортера. Звичайна вода, якщо її пропустити через магнітне поле, змінює свої властивості. Вона не утворює напилу на стінках, посудини. Це явище використовують у парових котлах для зменшення накипу на його стінка. Наша планета як відомо „купається в гігантському магнітному полі. Магнітний панцер захищає її від бомбардування космічних частинок. Але це поле впливає на земні процеси, наприклад, на рослини.

Магнітні сили підвищують урожай. Так, помідори, вирощені в штучному магнітному полі, дозрівають швидше і дають більше плодів. Ученим треба ще багато зробити, щоб добре вивчити загадки взаємодії магнітного поля і рослин.

У результаті багаторічних спостережень канадські вчені - біологи прийшли до висновку, що пшениця, посіяна в напрямі схід-захід росте краще і дає більший врожай, ніж посіяна в напрямі північ-південь. Це явище канадські вчені пояснюють чутливість рослин до магнітного поля Землі. Поле електромагнітів використовують для очищення насіння культурних сільськогосподарських рослин від насіння бур'янів. Для цього все насіння зміщують з дрібним залізним порошком, який прилягає до насіння бур'янів і не прилягає до гладенької поверхні насіння культурних рослин. Коли суміш насіння проходить повз електромагніт, то насіння бур'янів притягується до електромагніту і таким чином відокремлюється від насіння культурних рослин.[4]

Тепер магнітне поле використовується у медицині для виймання дрібненьких кусочків заліза, що потрапить в око, або осколків від розриву снаряду чи гранати, які застряли недалеко від поверхні тіла. Магнітне поле широко використовується також для лікування ряду захворювань. Вам, певно, доводиться чути про такі апарати як ВЧ, УВЧ, рентген та інші, що створюють магнітне поле.

Коли в людини раптово зупинилося серце, масаж часто примушує його знову забитися. Але масаж серця можна робити тоді, коли відкрита грудна клітка. А якщо під руками немає хірургічних інструментів? Група лікарів з Медичного центра Брукліна (США) пропонує ввести в серцевий м'яз розчин дуже дрібного порошку заліза і потім підвести до грудей потужний електромагніт. Під дією магнітного поля частинки заліза почнуть рухатися і потягнуть за собою м'язові волокна... Коли магнітне поле змінне, можна добитися, що м'яз почне скорочуватись в потрібному ритмі. За допомогою магнітного поля дослідники примушували серце собаки битися протягом чотирьох годин. Можливо, настане такий час, коли магнітне поле є допомагатиме хірургові лікувати серце.

Спостереження показати, що магнітне поле є у кожного чоловіка. Але дуже слабке. Так, згинаючи і розгинаючи руку, людина створює на своїй поверхності магніт. Напруженість магнітного поля серця дуже мала. Магнітне поле серця являється змінною величиною, виникаючою одночасно з його електричною активністю.

Отже, магнітне поле прийшло на службу до людини. Але виникає запитання: «Не стане магнітне моле небезпечним для людини?»[6]

4.2 Геомагнітні бурі

Геомагнітні бурі - збурення магнітного поля Землі тривалістю від кількох годин до кількох діб, викликане надходженням в околиці Землі збуджених високошвидкісних потоків сонячного вітру (рис. 4.1) і пов'язаної з ними ударної хвилі. Геомагнітні бурі відбуваються в основному в середніх і низьких широтах Землі.

Рис. 4.1 Сонячний вітер



У результаті спалахів на Сонці в космічний простір викидається величезна кількість речовини (здебільшого протонів) Рис. 4.2 Викиди сонячної речовини взаємодіють з магнітосферою Землі. [4]

Рис. 4.2 Взаємодія сонячного вітру з магнітним полем Землі

Таким чином, геомагнітна буря - це швидкі й сильні зміни в магнітному полі Землі, що виникають у періоди підвищеної сонячної активності.

Пік активності Сонця під час попереднього сонячного циклу припав на 2001-2002 роки, коли сонячні вітри виходили з поверхні нашого світила майже постійно, а сонячні плями досягли свого максимуму. Тоді ж фахівці відзначали і вкрай несприятливі наслідки активності і для нашої планети - електронне обладнання давало збої, супутники на орбіті працювали з помилками.

Найсильнішою сонячною бурею з усіх будь-коли зафіксованих стала буря 1859 року, відома як «Каррінгтонська подія».[5]



Висновок

Розглянувши дану тему курсової роботи можна зробити наступні висновки:

1. Земля - це величезний сферичний магніт.

2. Земля є скоріше електромагнітом, ніж постійним магнітом: електричний струм, що якимось чином генерується внаслідок турбулентної конвекції в рідкому ядрі, утворює навколо себе поле однорідного намагнічування, або постійне поле.

3. Допускають три варіанти про джерело походження енергії: 1) на межі між внутрішнім і зовнішнім ядром відбувається поступова кристалізація заліза з виділенням тепла; 2) внаслідок опускання заліза з мантії вниз вивільняється гравітаційна енергія; 3) тепло виділяється при фазових змінах речовин, що відбуваються внаслідок гіпотетичного розширення Землі.

4. Магнітне поле Землі досягає висоти 80-90 тис. км від її поверхні. До висоти 44 тис. км магнітне поле постійне, його величина зменшується з

5. Магнітне поле наочно проявляється при роботі з компасом: магнітна стрілка в будь-якій точці земної поверхні встановлюється в певному напрямі.

6. Суму полів Н0, Нm та Не часто називають нормальним магнітним полем Нн.

7. Градієнт напруженості нормального поля складає декілька грамів на 1 км, а градієнт аномального поля досягає десятків і навіть сотень грам на 1 км, в деяких випадках аномальне поле змінюється на десятки та сотні грам навіть у межах декількох метрів (на ділянках неглибокого залягання сильно магнітних порід).

8. Клімат та геомагнітне поле Землі пов'язані через ландшафтну структуру місцевості.

9. Магнітні поле впливають на живі організми.

Отже, геомагнітне поле Землі дуже важливо для всіх живих організмів нв нашій планеті. Головним залишається, щоб енергія, що утворює постійне поле навколо Земного ядра ніколи не згасала.

Звертаючи увагу на те, що природа Землі та її магнітного поля вивчена іще не досконало, думаю у найближчому майбутньому, нас чекає багато цікавих відкриттів.



Список літератури

1. Визгин В. П. Релятивистская теория тяготения (истоки и формирование, 1900-1915). - М.: Наука, 1981. - 352c.

2. Глебовский Ю. С., Никитский В. Е. Справочник Геофизика/ Магниторазведка - М., Недра. - 1980. - С. 60-63.

3. Мала гірнича енциклопедія. В 3-х т. / За ред. В. С. Білецького. - Донецьк: «Донбас», 2004. - ISBN 966-7804-14-3.

4. Мизнер Ч., Торн К., Уилер Дж. Гравитация. - М.: Мир, 1977.

5. Пушков А.Н., Чернова Т.А. Особенности пространственно-временной структуры вековой вариации геомагнитного поля. М., изд. ИЗМИРАН СССР. 1972. - С. 1-32

6. Остапенко П. Д.//Вопросы о погоде/ Ленинград, Гидрометеоиздат., 1986. - С. 73-386.

7. Рикитаки Т. Электромагнетизм и внутреннее строение Земли. - Л., Недра, 1968. - С. 20-21.

8. Симоненко Т. Н. Условная классификация региональных магнитных аномалий. В кН.: Магнитные аномалии земных глубин. - К., Наукова думка, 1976. - С. 5-17

9. Солошенко Е. Н., Бойчук Ю. Д., Бугай О. В.// Суммы, Университетская книга, 2002. - С. 139-144

10. Холодов Ю. А.// Шестой незримый океан/ М., изд. «Знание», 1978. - С. 43-47

11. Холодов Ю. А// Человек в магнитной паутине/ М., изд. «Знание», 1972. - с. 143

12. Глебовский Ю. С., Никитский В. Е. Справочник Геофизика/ Магниторазведка - М. Недра. - 1980. - С. 56.

13. Глебовский Ю. С., Никитский В. Е. Справочник Геофизика/ Магниторазведка - М. Недра. - 1980. - С. 57.

14. Глебовский Ю. С., Никитский В. Е. Справочник Геофизика/ Магниторазведка - М. Недра. - 1980. - С. 58.

15. Глебовский Ю. С., Никитский В. Е. Справочник Геофизика/ Магниторазведка - М. Недра. - 1980. - С. 59.

16. Глебовский Ю. С., Никитский В. Е. Справочник Геофизика/ Магниторазведка - М. Недра. - 1980. - С.

Размещено на Allbest.ru

...