6. Геомагнитное поле (гмп)

В каждой точке на поверхности планеты можно зафиксировать положение магнитной индукции.

(

Рис. 1221

из геоэкологии посмотреть)

D – угол между (горизонтальной составляющей) и северной составляющей, называется магнитным склонением.

I – между горизонтальной составляющей и полным вектором – магнитное наклонение.

Чтобы изучать распределение геомагнитного поля строится карта изолиний элементов земного магнетизма – карты динамических составляющих ГМП (вертикальной составляющей, горизонтальной, северной и восточной).

На этих картах линиями соединены значения данного элемента земного магнетизма.

Карты изолиний склонения называются картами изогон, а наклонения – изоклин.

Прежде всего изучают морфологию – как выглядят эти карты.

На карте изогон имеется в каждом полушарии по одной точке (вихрю), не совпадающей со вторым вихрем.

Один вихрь – полюс, а второй – недалеко от полюса.

Э

Рис. 1222

ти две точки проявляются следующим образом: в полюсах вихрей все кроме вертикальной составляющие обращаются в ноль, а вертикальная составляющая максимальна и равна примерно 60000 нТл.

Эти точки называются северным и южным магнитными полюсами Земли.

Если эти точки соединить линией, то он на 300 км будет отстоять от центра Земли.

Если двигаться с севера на юг и наоборот, то вблизи экватора мы обнаружим область, в которой вертикальные состояния обращаются в ноль, а горизонтальные состояния максимальны (около 30000 нТл).

Эта линия, лежащая близко к центру, но не лежащая в одной плоскости, называется магнитным экватором Земли.

Магнитные свойства изменяются не монотонно, если двигаться по магнитному экватору Земли.

Существует шесть крупных аномалий, значения могут достигать 40000 нТл, с разницей в 1000 нТл.

Структура поля на континентах напоминает карту пятен. На поверхности океанических равнин структура магнитных аномалий имеет хорошо выраженную линейную структуру.

Вся структура этого поля со временем изменяется, и карты очень быстро стареют, что приводит к трудностям в их использовании.

Чтобы отслеживать ГМП, были созданы магнитные обсерватории.

Нужно было аналитическое представление поля (преуспел Гаусс – КОЗЁЛ (прим. авт. )).

Разложение МП в ряд по полиномам Лежандра: это поле потенциально (в 70-х гг. еще не знали этого).

M – магнитная плотность вещества

м

Рис. 1321

алый параметр, по которому ведется разложение

Теперь проведя измерения на поверхности можно определить распределение потенциала до какого-либо номера N

N имеет N(N+2) членов этого ряда.

Измеряется с помощью магнитных весов.

Нам надо измерять изменение градиента потенциала поля (R – радиус Земли)

Первые оценки показали, что в отличие от гравитационного потенциала при представлении гравитационного поля дает нулевой член, а при разложении магнитного потенциала в ряд, коэффициент при n=0 равен нулю, и остаточные члены , и

– модуль магнитного момента диполя.

Мы определим магнитный момент диполя

ГМП по своей структуре хорошо выбирается полем диполя, а то, что остается, называется недипольной частью ГМП.

Точки на поверхности Земли, где ось магнитного диполя пересекает земную поверхность, называется геомагнитными полюсами.

В геомагнитных полюсах особенностей морфологии поля нет.

Особенностью ГМП является то, что недипольная часть поля изменяется таким образом, как если бы ее вращали около оси магнитного диполя, и это вращение происходит со скоростью 0,18° в год. Этот процесс называется западным дрейфом недипольной части ГМП.

За время наблюдения (400 лет) с 1600 г. впервые по положительным коэффициентам было получено значение магнитного момента диполя , а в 1980 г. – . Эта ФИШКА постоянно монотонно убывает (авт.)

За ограниченное число лет поле выключится.

Начинается осмысление, как функционирует ГМП.

Источником поля является области, находящиеся внутри Земли.

Быстрые возмущения имеют период от нескольких секунд до первых лет, и в этом ряду есть регулярное изменение – суточное, полусуточное, короткопериодические вариации (несколько секунд), медленные (до нескольких лет).

Это привело к тому, что при описании ГМП была выражена часть – короткопериодическая вариация ГМП.

Все изменения с периодом выше 1—лет относят как вековые вариации ГМП.

Все наблюдаемое поле начинают разделять на составляющие – выделяют дипольную часть, недипольную, материковые аномалии и вековые вариации ГМП.

И отдельно короткопериодические вариации ГМП.

Такое разделение полезно для анализа причин формирования поля.

¿ Какова же природа ГМП? Где расположены источники ГМП: внешние они или внутренние?

С

Рис. 1511

нова пригодился формализм разделения поля рядом по полиному Лежандра

Внешний потенциал:

, – координата точки наблюдения.

Только то, что мы живем на теле с ненулевой кривизной, позволяет при наблюдении на самой поверхности определить, с какой стороны от этой поверхности находятся источники потенциального поля.

Сразу становится понятна методика наблюдения, и как разделить источники на внутренние и внешние.

Мы должны отнаблюдать отдельно на поверхности Земли только вертикальные компоненты, и по ним получить неизвестную сумма .

И отдельно восточную или северную, и по ним восстановить коэффициенты.

И сказать потом, сколько внутренних и внешних источников по отношению к поверхности Земли.

В спокойной обстановке вклад внешних источников 2%, а большая часть ГМП создана источниками, находящимися под земной поверхностью. Короткопериодические вариации создаются внешним источником, а вековые – тем, что создает и поддерживает это ГМП.

Все эти части ГМП называются постоянным магнитным полем Земли.

Возьмем одну из горизонтальных составляющих. Если поле было чисто горизонтальным, то могли бы смешать их, но они не одинаковы и по смеси получать нельзя.

Вихревая компонента на поверхности практически отсутствует.

1. В отличие от гравитационного поля, основной вклад обеспечивается ненулевым членом.

Уединенных магнитных полей не наблюдаем, т.е.

2. Установили, что основные источники главного поля Земли находятся внутри планеты, т.е. поле внутреннее.

На поверхности Земли достаточно много магнитных минералов (металлы) и они характеризуются намагниченностью J.