Zemes magnētiskais lauks — definīcija, rašanās un nozīme

Zemes magnētiskais lauks: definīcija, rašanās un nozīme — kā tas veidojas, sargā planētu, ietekmē kompasus un migrējošās sugas.

Zemes magnētiskais lauks ir magnētiskais lauks, kas ieskauj Zemi. Dažreiz to sauc par ģeomagnētisko lauku. Tas ir redzams ne tikai kā virziens, ko rādā kompass, bet arī kā trīsdimensiju lauks ar spēku un virzienu, kas atšķiras atkarībā no vietas uz planētas.

Rašanās

Zemes magnētisko lauku galvenokārt rada Zemes rotācija un Zemes kodols. Precīzāk — to rada elektriskie strāvojumi šķidrajā ārējā kodolā, kas sastāv galvenokārt no izkausēta dzelzs un niķeļa. Konvekcija (karstuma izplūde), rotācijas radītie Korioļa spēki un atšķirīgas ķīmiskās un termiskās apstākļu kombinācijas izveido tā saukto ģeodinamisko ģeneratoru (geodynamo), kas uztur Zemes magnētisko lauku. Lauka stiprums virsmas līmenī parasti ir aptuveni 25–65 mikroteslas (µT), atkarībā no ģeogrāfiskās vietas.

Magnētiskā struktūra un aizsardzība

Ap Zemi veidojas plaša magnētiskā apvalka — magnetosfēra, kas savij un novirza saules vēja augsti lādētās daļiņas. Daļa no šīm daļiņām tiek notvertas Van Allena joslās un var izraisīt polāro gaismu (auroras) polārajos reģionos, kad tās saskaras ar atmosfēras gāzēm. Pateicoties magnētiskajam laukam, liela daļa kaitīgo saules un kosmisko daļiņu netiek tieši novadīta uz atmosfēru un virsmu, tādējādi aizsargājot dzīvību un elektroniskās sistēmas uz Zemes un zemo orbītu satelītus.

Magnētiskie polu un orientēšanās

Magnētiskais lauks rada magnētiskos polus, kas atrodas tuvu ģeogrāfiskajiem poliem, taču tie nav precīzi sakritīgi un laika gaitā pārvietojas. Kompass izmanto ģeomagnētisko lauku, lai noteiktu virzienus: tā adata norāda uz magnētisko ziemeļpolu, kas var atšķirties no ģeogrāfiskā ziemeļa par magnētisko deklināciju (loka leņķi starp magnētisko un ģeogrāfisko ziemeļi).

Arī daudzi migrējošie dzīvnieki izmanto šo lauku, kad katru pavasari un rudeni mēro lielus attālumus. Starp tiem ir putni (piemēram, migrējošie putni), bruņurupuči, lašveidīgie zivju sugas un pat dažas kukaiņu sugas — viņi spēj uztvert magnētisko lauku un izmantot to kā orientieri.

Pārmaiņas Zemes magnētiskajā laukā

Magnētiskais lauks nav nemainīgs — tas ir nestabils, un Zemes vēsturē tas ir bieži mainījies. Ir divu veidu izmaiņas:

• Sekulārā variācija — lēnas izmaiņas laika skalā no gadiem līdz gadu tūkstošiem (piemēram, magnētisko poli pārvietošanās jeb 'pole drift').
• Magnētiskās inversijas — retas, bet dramatiskas izmaiņas, kad lauka virziens pilnībā apgriežas (ziemeļpols kļūst par dienvidpolu un otrādi). Šādas inversijas ir reģistrētas ģeoloģiskajos slāņos un okeāna grīdā; tās notiek neregulāri, parasti ar laika intervālu simtiem tūkstošu līdz miljoniem gadu.

Magnētiskās inversijas laikā lauka stiprums var būt ievērojami vājāks un laukā parādās sarežģītāka daudzpoļu struktūra, kas var palielināt kosmiskās radiācijas ietekmi uz Zemi un satelītiem. Tomēr nav pierādījumu, ka inversijas būtu tieši izraisījušas plašas bioloģiskas katastrofas.

Mērīšana, novērošana un nozīme cilvēcei

Magnētisko lauku mērī ar magnetometriem — gan zemes observatorijās, gan aviācijas un satelītmērījumos. Mūsdienās misijas, piemēram, Eiropas Kosmosa aģentūras "Swarm", pastāvīgi monitorē ģeomagnētisko lauku, sniedzot datus par tā struktūru un izmaiņām.

Praktiskā nozīme cilvēcei:

• navigācija (kompasi, integrētās navigācijas sistēmas),
• satellītu un telekomunikāciju drošība (magnētiskās vētras var traucēt darbību),
• elektrotīklu aizsardzība — spēcīgas ģeomagnētiskās ģejuros var inducēt strāvas, kas bojā transformatorus,
• ģeoloģiskā pētījumā un paleomagnetismā — akmeņu magnētiskās pazīmes palīdz datēt tektoniskos procesus un okeāna grīdas veidošanos,
• dzīvnieku uzvedības izpētē un bioloģijā — izpratne par magnētorecepciju.

Apkopojot: Zemes magnētiskais lauks ir būtisks planētas aizsargmehānisms un orientieris gan dabai, gan cilvēka tehnoloģijām. Tas rodas no kustības Zemes iekšienē, pastāvīgi mainās un turpina būt aktīva pētījumu priekšmets, jo tā izmaiņas ietekmē klimatu, tehnoloģijas un dzīvību uz planētas.

Raksturojums

Zemes ģeomagnētisko lauku veido divas lietas. Magnētiskā lauka veidošanā svarīgas ir konvekcijas kustības šķidrumvadošajā kodolā, kas atrodas Zemes centrā. Kad konvekcijas kustības notiek kopā ar elektriskajām strāvām ap Zemi, rodas magnētiskais lauks. Magnētisko lauku uztur Zemes rotācija. Konvekcijas kustību un elektrisko strāvu mijiedarbība rada dinamo efektu.

Magnētiskā lauka intensitāte ir vislielākā magnētisko polu tuvumā, kur tas ir vertikāls. Magnētiskā lauka intensitāte ir visvājākā ekvatora tuvumā, kur tas ir horizontāls. Magnētiskā lauka intensitāti mēra gausosos.

Magnētiskā lauka stiprums pēdējos gados ir samazinājies. Pēdējo divdesmit divu gadu laikā magnētiskā lauka stiprums ir samazinājies vidēji par 1,7 %. Dažos lauka apgabalos tā stiprums ir samazinājies līdz pat 10 %. Strauja lauka stipruma samazināšanās ir zīme, ka magnētiskais lauks varētu mainīties. Apgriešanās varētu notikt tuvāko dažu tūkstošu gadu laikā. Ir pierādīts, ka magnētisko polu kustība ir saistīta ar magnētiskā lauka stipruma samazināšanos.

Ģeomagnētiskā maiņa ir tad, kad ziemeļu un dienvidu magnētiskais polis apmainās vietām. Zemes vēsturē tas ir noticis dažas reizes. Magnētiskā maiņa notiek pēc tam, kad magnētiskā lauka stiprums sasniedz nulli. Kad spēks atkal sāks palielināties, tas palielināsies pretējā virzienā, izraisot magnētisko polu maiņu. Nav zināms, cik ilgā laikā notiek magnētiskā lauka apgriešanās, taču tas var ilgt līdz pat desmit tūkstošiem gadu. Zemes magnētiskie pavērsieni ir fiksēti iežos, īpaši bazaltā. Zinātnieki uzskata, ka pēdējā ģeomagnētiskā maiņa notika pirms 780 000 gadu.

Magnetosfēra

Magnetosfēru veido magnētiskais lauks. Tā ir zona ap Zemi, kas darbojas kā vairogs pret kaitīgajām saules vēja daļiņām. Magnetosfērā ir daudz dažādu slāņu un struktūru, un saules vējš veido katru no šiem slāņiem. Saules vēja un magnetosfēras mijiedarbība arī izraisa ziemeļblāzmas un dienvidblāzmas parādīšanos. Magnetosfēra ir ļoti svarīga, lai aizsargātu Zemi pret saules vētrām, kas palielina saules vēja aktivitāti. Saules vētras var izraisīt ģeomagnētiskās vētras, kas dažkārt nopietni ietekmē Zemi.

Platības starp ziemeļu un dienvidu magnētiskajiem poliem ir magnētiskā lauka līnijas. Šīs līnijas iziet no Zemes no vertikālā dienvidu punkta un atgriežas caur vertikālo ziemeļu punktu. Šos divus vertikālos punktus sauc par magnētiskajiem poliem. Magnētiskos iegremdēšanas polus parasti dēvē par magnētiskajiem poliem. Magnētiskie poli krustojas ar Zemi divos punktos. Ziemeļu magnētiskais polis šķērso Zemi 78,3 N platuma un 100 W garuma punktā. Tādējādi ziemeļu magnētiskais polis atrodas Ziemeļu polārā loka tuvumā. Dienvidu magnētiskais polis šķērso Zemi 78,3 dienvidu platuma un 142 austrumu garuma punktā. Tādējādi dienvidu magnētiskais polis atrodas Antarktīdā. Magnētiskie poli ir arī vietas, kur magnētiskie lauki ir visspēcīgākie.

Šajā attēlā redzama magnētsfēra, kas bloķē Saules vēju.


Ziemeļu magnētiskā pola kustība. Paredzams, ka tā šķērsos ziemeļu ģeogrāfiskā pola tuvumā un turpinās savu ceļu uz Sibīriju.

Jautājumi un atbildes

J: Kāds ir Zemes magnētiskais lauks?

J: Kas rada Zemes magnētisko lauku?

J: Kāda ir Zemes magnētiskā lauka funkcija?

J: Cik stabils ir Zemes magnētiskais lauks?

J: Kā veidojas Zemes magnētiskais lauks?

J: Ko rada magnētiskie poli?

J: Kādas ir Zemes magnētiskā lauka izmantošanas iespējas?

Meklēt pēc burta