Магнитное поле Земли

Магнитное поле Земли , также известное как геомагнитное поле , представляет собой магнитное поле, которое простирается из недр Земли в космос, где оно взаимодействует с солнечным ветром , потоком заряженных частиц, исходящих от Солнца . Магнитное поле создается электрическими токами из-за движения конвективных токов смеси расплавленного железа и никеля во внешнем ядре Земли : эти конвекционные токи вызываются теплом, выходящим из ядра, естественным процессом, называемым геодинамо.. Величина магнитного поля Земли на ее поверхности колеблется от 25 до 65  мкТл (от 0,25 до 0,65  гаусс ). [3] В качестве приближения это представлено полем магнитного диполя, наклоненного в настоящее время под углом примерно 11 градусов по отношению к оси вращения Земли , как если бы огромный стержневой магнит был помещен под этим углом через центр Земля. Геомагнитный полюс Север фактически представляет Южный полюс магнитного поля Земли, и , наоборот, Южный геомагнитный полюс соответствует северному полюсу магнитного поля Земли (так как противоположные магнитные полюса притягиваются и северный конец магнита, как стрелка компаса, точки по направлению к южному магнитному полю Земли, т. е. к северному геомагнитному полюсу вблизи географического северного полюса). По состоянию на 2015 год Северный геомагнитный полюс находился на острове Элсмир , Нунавут , Канада.

Компьютерное моделирование поля Земли в период нормальной полярности между инверсиями. [1] Линии представляют собой силовые линии магнитного поля: синие, когда поле направлено к центру, и желтые, когда поле далеко. Ось вращения Земли центрирована и вертикальна. Плотные группы линий находятся в ядре Земли. [2]

Хотя северный и южный магнитные полюса обычно расположены рядом с географическими полюсами, они медленно и непрерывно перемещаются в геологических временных масштабах, но достаточно медленно, чтобы обычные компасы оставались полезными для навигации. Однако с нерегулярными интервалами, в среднем несколько сотен тысяч лет, поле Земли меняет местами, и Северный и Южный магнитные полюса соответственно резко меняются местами. Эти перевороты геомагнитных полюсов оставляют рекорды в горных породах, которые представляют ценность для палеомагнетиков при вычислении геомагнитных полей в прошлом. Такая информация, в свою очередь, полезна при изучении движений континентов и океанов в процессе тектоники плит .

Магнитосферно является областью выше ионосферы , которая определяется степенью магнитного поля Земли в пространстве. Он простирается на несколько десятков тысяч километров в космос , защищая Землю от заряженных частиц солнечного ветра и космических лучей , которые в противном случае лишили бы верхних слоев атмосферы, включая озоновый слой , защищающий Землю от вредного ультрафиолетового излучения .

Магнитное поле Земли служит для отражения большей части солнечного ветра, заряженные частицы которого в противном случае разрушили бы озоновый слой, защищающий Землю от вредного ультрафиолетового излучения. [4] Один из механизмов снятия изоляции заключается в улавливании газа пузырьками магнитного поля, которые разрываются солнечным ветром. [5] Расчеты потери углекислого газа из атмосферы Марса в результате поглощения ионов солнечным ветром показывают, что рассеяние магнитного поля Марса привело к почти полной потере его атмосферы . [6] [7]

Изучение прошлого магнитного поля Земли известно как палеомагнетизм. [8] Полярность магнитного поля Земли регистрируется в вулканических породах , и инверсии поля , таким образом, обнаруживаются как «полосы» с центром на срединно-океанических хребтах, где расширяется морское дно , в то время как стабильность геомагнитных полюсов между инверсиями позволил палеомагнетизму отслеживать движение континентов в прошлом. Инверсии также служат основой для магнитостратиграфии , способа датирования горных пород и отложений. [9] Поле также намагничивает кору, и магнитные аномалии могут использоваться для поиска залежей металлических руд . [10]

Люди использовали компасы для определения направления с 11 века нашей эры и для навигации с 12 века. [11] Хотя магнитное склонение действительно смещается со временем, это блуждание достаточно медленное, поэтому простой компас может оставаться полезным для навигации. Используя магниторецепцию, различные другие организмы, от некоторых видов бактерий до голубей, используют магнитное поле Земли для ориентации и навигации.

В любом месте магнитное поле Земли может быть представлено трехмерным вектором. Типичная процедура измерения его направления - использование компаса для определения направления магнитного севера. Его угол относительно истинного севера - это склонение ( D ) или вариация . Если смотреть на магнитный север, угол, который поле образует с горизонталью, является наклоном ( I ) или магнитным падением . Интенсивности ( Р ) поля пропорциональна силе она оказывает на магнит. Другое распространенное представление - координаты X (север), Y (восток) и Z (вниз). [12]

Общие системы координат, используемые для представления магнитного поля Земли.

Интенсивность

Интенсивность поля часто измеряется в гауссах (Гс) , но обычно выражается в нанотеслах (нТл), где 1 Гс = 100000 нТл. Нанотесла также называется гамма (γ). Поле Земли колеблется от 25 000 до 65 000 нТл (0,25–0,65 Гс). [13] Для сравнения: сильный магнит на холодильник имеет поле около 10 000 000 нанотесл (100 Гс). [14]

Карта изолиний интенсивности называется изодинамической диаграммой . Как показывает Мировая Магнитная Модель , интенсивность имеет тенденцию уменьшаться от полюсов к экватору. Минимальная интенсивность наблюдается в южноатлантической аномалии над Южной Америкой, тогда как максимумы наблюдаются над северной Канадой, Сибирью и побережьем Антарктиды к югу от Австралии. [15]

Наклон

Наклон задается углом, который может принимать значения от -90 ° (вверх) до 90 ° (вниз). В северном полушарии поле направлено вниз. Он направлен прямо вниз на Северном магнитном полюсе и вращается вверх по мере уменьшения широты, пока не станет горизонтальным (0 °) на магнитном экваторе. Он продолжает вращаться вверх, пока не окажется прямо у Южного магнитного полюса. Наклон можно измерить с помощью круга наклона .

Изоклиничны диаграмма (карта наклона контуров) для магнитного поля Земли показано ниже .

Склонение

Наклонение положительное для отклонения поля на восток относительно истинного севера. Его можно оценить, сравнив магнитный курс север-юг по компасу с направлением небесного полюса . Карты обычно включают информацию о склонении в виде угла или небольшой диаграммы, показывающей взаимосвязь между магнитным севером и истинным севером. Информация о склонении для региона может быть представлена ​​в виде диаграммы с изогоническими линиями (контурными линиями, каждая из которых представляет фиксированное склонение).

Географические вариации

Компоненты магнитного поля Земли у поверхности из Магнитной модели мира за 2015 г. [15]

  • Интенсивность

  • Наклон

  • Склонение

Диполярное приближение

Взаимосвязь полюсов Земли. A1 и A2 - географические полюса; B1 и B2 - геомагнитные полюса; C1 (юг) и C2 (север) - магнитные полюса.

Вблизи поверхности Земли ее магнитное поле можно точно описать полем магнитного диполя, расположенного в центре Земли и наклоненного под углом примерно 11 ° по отношению к оси вращения Земли. [13] Диполь примерно эквивалентен мощному стержневому магниту , его южный полюс направлен к геомагнитному Северному полюсу. [16] Это может показаться удивительным, но северный полюс магнита определяется таким образом, потому что, если ему позволить свободно вращаться, он указывает примерно на север (в географическом смысле). Поскольку северный полюс магнита притягивает южные полюса других магнитов и отталкивает северные полюса, он должен быть притянут к южному полюсу магнита Земли. Диполярное поле составляет 80–90% поля в большинстве мест. [12]

Магнитные полюса

Движение Северного магнитного полюса Земли через канадскую Арктику.

Исторически сложилось так, что северный и южный полюса магнита сначала определялись магнитным полем Земли, а не наоборот, поскольку одно из первых применений магнита было в качестве стрелки компаса. Северный полюс магнита определяется как полюс, который притягивается Северным магнитным полюсом Земли, когда магнит подвешен, чтобы он мог свободно вращаться. Поскольку противоположные полюса притягиваются, Северный магнитный полюс Земли на самом деле является южным полюсом ее магнитного поля (местом, где поле направлено вниз, в Землю). [17] [18] [19] [20]

Положение магнитных полюсов можно определить как минимум двумя способами: локально или глобально. [21] Локальное определение - это точка, в которой магнитное поле вертикально. [22] Это можно определить путем измерения наклона. Наклон поля Земли составляет 90 ° (вниз) на Северном магнитном полюсе и -90 ° (вверх) на Южном магнитном полюсе. Два полюса перемещаются независимо друг от друга и не находятся прямо напротив друг друга на земном шаре. Для Северного магнитного полюса наблюдались движения со скоростью до 40 километров (25 миль) в год. За последние 180 лет, Северный магнитный полюс был мигрирующий на северо - западе от мыса Аделаида в Бемся полуострове в 1831 году до 600 километров (370 миль) от Резолют Бэй в 2001 году [23] магнитный экватором является линией , где наклон нулевой (магнитное поле горизонтальное).

Глобальное определение поля Земли основано на математической модели. Если через центр Земли провести линию, параллельную моменту наиболее подходящего магнитного диполя, два положения, в которых он пересекает поверхность Земли, называются Северным и Южным геомагнитными полюсами. Если бы магнитное поле Земли было идеально дипольным, геомагнитные полюса и магнитные полюса падения совпадали бы, и компасы указывали бы на них. Однако поле Земли имеет значительный недиполярный вклад, поэтому полюса не совпадают, и компасы обычно не указывают ни на что.

Художественная передача структуры магнитосферы. 1) Лук-шок. 2) Магнитоэпид. 3) Магнитопауза. 4) Магнитосфера. 5) Северная мочка хвоста. 6) Южная мочка хвоста. 7) Плазмосфера.

Магнитное поле Земли, преимущественно дипольное на ее поверхности, еще больше искажается солнечным ветром. Это поток заряженных частиц, покидающих корону Солнца и разгоняющихся до скорости от 200 до 1000 километров в секунду. Они несут с собой магнитное поле, межпланетное магнитное поле (ММП). [24]

Солнечный ветер оказывает давление, и, если бы он достиг атмосферы Земли, он разрушил бы ее. Однако его удерживает давление магнитного поля Земли. Магнитопауза , область , где давление баланса, является границей магнитосферы. Несмотря на свое название, магнитосфера асимметрична: обращенная к Солнцу сторона составляет примерно 10  радиусов Земли , а другая сторона простирается в хвосте магнитосферы, который простирается за пределы 200 радиусов Земли. [25] На Солнце от магнитопаузы находится головная ударная волна , область, где солнечный ветер резко замедляется. [24]

Внутри магнитосферы находится плазмосфера , область в форме пончика, содержащая заряженные частицы низкой энергии или плазма . Эта область начинается на высоте 60 км, простирается до 3–4 радиусов Земли и включает ионосферу. Этот регион вращается вместе с Землей. [25] Есть также две концентрические области в форме шины, называемые радиационными поясами Ван Аллена , с ионами высокой энергии (энергия от 0,1 до 10 миллионов электрон-вольт (МэВ)). Внутренний пояс находится на расстоянии 1-2 радиуса Земли, а внешний пояс - на расстоянии 4-7 радиусов Земли. Плазмосфера и пояса Ван Аллена частично перекрываются, причем степень перекрытия сильно зависит от солнечной активности. [26]

Магнитное поле Земли не только отклоняет солнечный ветер, но и отклоняет космические лучи , высокоэнергетические заряженные частицы, которые в основном исходят из-за пределов Солнечной системы . Многие космические лучи удерживаются за пределами Солнечной системы магнитосферой или гелиосферой Солнца . [27] Напротив, астронавты на Луне подвергаются риску облучения. Любой, кто побывал на поверхности Луны во время особенно сильного солнечного извержения в 2005 году, получил бы смертельную дозу. [24]

Некоторые заряженные частицы попадают в магнитосферу. Они вращаются по спирали вокруг силовых линий, подпрыгивая между полюсами несколько раз в секунду. Кроме того, положительные ионы медленно дрейфуют на запад, а отрицательные - на восток, вызывая кольцевой ток . Этот ток уменьшает магнитное поле у ​​поверхности Земли. [24] Частицы, которые проникают в ионосферу и сталкиваются с находящимися там атомами, вызывают сияние полярных сияний, а также испускают рентгеновские лучи . [25]

Изменяющиеся условия в магнитосфере, известные как космическая погода , в значительной степени обусловлены солнечной активностью. Если солнечный ветер слаб, магнитосфера расширяется; в то время как, если он сильный, он сжимает магнитосферу, и больше ее проникает внутрь. Периоды особенно интенсивной активности, называемые геомагнитными бурями , могут возникать, когда выброс корональной массы извергается над Солнцем и посылает ударную волну через Солнечную систему. Такая волна может достичь Земли всего за два дня. Геомагнитные бури могут вызвать серьезные неудобства; «Хеллоуинский» шторм 2003 года повредил более трети спутников НАСА. Самый крупный задокументированный шторм произошел в 1859 году. Он вызвал токи, достаточно сильные, чтобы закоротить телеграфные линии, а полярные сияния были зарегистрированы на юге, вплоть до Гавайев. [24] [28]

Краткосрочные вариации

Предпосылки : множество следов от магнитных обсерваторий , показывающих магнитный шторм в 2000 году
Globe : карта , показывающая расположения обсерваторий и контурных линий , дающих горизонтальную напряженность магнитного поля в ц T .

Геомагнитное поле изменяется в масштабе времени от миллисекунд до миллионов лет. Более короткие временные масштабы в основном возникают из-за токов в ионосфере ( область ионосферного динамо ) и магнитосфере, а некоторые изменения можно отнести к геомагнитным бурям или суточным колебаниям токов. Изменения в масштабе времени от года или более в основном отражают изменения в недрах Земли , особенно в богатом железом ядре . [12]

Часто магнитосфера Земли поражается солнечными вспышками, вызывающими геомагнитные бури, провоцируя проявления полярных сияний. Кратковременная нестабильность магнитного поля измеряется с помощью K-индекса . [29]

Данные THEMIS показывают, что магнитное поле, которое взаимодействует с солнечным ветром, уменьшается, когда магнитная ориентация выровнена между Солнцем и Землей, что противоречит предыдущей гипотезе. Во время предстоящих солнечных бурь это может привести к отключению электроэнергии и сбоям в работе искусственных спутников . [30]

Светская вариация

Предполагаемые изолинии склонения по годам, с 1590 по 1990 (щелкните, чтобы увидеть изменения).
Сила осевой дипольной составляющей магнитного поля Земли с 1600 по 2020 гг.

Изменения магнитного поля Земли во временном масштабе от года и более называются вековыми вариациями . На протяжении сотен лет наблюдается изменение магнитного склонения на десятки градусов. [12] Анимация показывает, как глобальные тенденции изменились за последние несколько столетий. [31]

Направление и интенсивность диполя со временем меняются. За последние два столетия сила диполя снижалась примерно на 6,3% за столетие. [12] При такой скорости уменьшения поле будет незначительным примерно через 1600 лет. [32] Однако эта сила является средней за последние 7 тысяч лет, и нынешняя скорость изменений не является чем-то необычным. [33]

Характерной чертой недиполярной части векового изменения является дрейф на запад со скоростью около 0,2 градуса в год. [32] Этот дрейф не везде одинаков и со временем менялся. Глобально усредненный дрейф происходил на запад примерно с 1400 года нашей эры, но на восток между примерно 1000 и 1400 годами нашей эры. [34]

Изменения, произошедшие до магнитных обсерваторий, зафиксированы в археологических и геологических материалах. Такие изменения называются палеомагнитными вековыми вариациями или палеосекулярными вариациями (PSV) . Записи обычно включают длительные периоды небольших изменений, а иногда и большие изменения, отражающие геомагнитные отклонения и развороты. [35]

В июле 2020 года ученые сообщают, что анализ симуляций и недавняя модель поля наблюдений показывают, что максимальная скорость изменения направления магнитного поля Земли достигала ~ 10 ° в год - почти в 100 раз быстрее, чем текущие изменения, и в 10 раз быстрее, чем считалось ранее. [36] [37]

Исследования потоков лавы на горе Стинс , штат Орегон, показывают, что магнитное поле могло смещаться со скоростью до 6 градусов в день в какой-то момент истории Земли, что значительно бросает вызов популярному пониманию того, как работает магнитное поле Земли. [38] Это открытие позже было приписано необычным магнитным свойствам горных пород исследуемого потока лавы, а не быстрым изменением поля, одним из первоначальных авторов исследования 1995 года. [39]

Инверсии магнитного поля

Геомагнитная полярность в конце кайнозойской эры . Темные области обозначают периоды, когда полярность соответствует сегодняшней полярности, светлые области обозначают периоды, когда полярность меняется на противоположную.

Хотя обычно поле Земли приблизительно диполярное, с осью, которая почти совпадает с осью вращения, иногда Северный и Южный геомагнитные полюса меняются местами. Свидетельства этих геомагнитных инверсий можно найти в базальтах , кернах отложений, взятых со дна океана, и магнитных аномалиях морского дна. [40] Инверсии происходят почти случайно во времени, с интервалами между инверсиями в диапазоне от менее 0,1 миллиона лет до целых 50 миллионов лет. Самая последняя инверсия геомагнитного поля, названная инверсией Брюнес-Матуяма , произошла около 780 000 лет назад. [23] [41] Связанное с этим явление, геомагнитная экскурсия , перемещает ось диполя через экватор, а затем возвращается к исходной полярности. [42] [43] Laschamp событие является примером экскурсии, происходящим во время последнего ледникового периода (41000 лет назад).

Магнитное поле прошлого регистрируется в основном сильными магнитными минералами , особенно оксидами железа, такими как магнетит , которые могут нести постоянный магнитный момент. Эту остаточную намагниченность или остаточную намагниченность можно получить более чем одним способом. В потоках лавы направление поля «замораживается» в мелких минералах по мере их охлаждения, вызывая термоостаточную намагниченность . В отложениях ориентация магнитных частиц приобретает небольшой сдвиг в сторону магнитного поля, поскольку они осаждаются на дне океана или озера. Это называется остаточной намагниченностью детрита . [8]

Термоостаточная намагниченность - главный источник магнитных аномалий вокруг срединно-океанических хребтов. По мере расширения морского дна магма поднимается из мантии , охлаждается, образуя новую базальтовую кору по обе стороны хребта, и уносится от нее в результате распространения морского дна. По мере охлаждения он фиксирует направление поля Земли. Когда поле Земли меняет направление, новый базальт фиксирует обратное направление. В результате получается серия полос, симметричных относительно гребня. Корабль, буксирующий магнитометр на поверхности океана, может обнаружить эти полосы и сделать вывод о возрасте дна океана. Это дает информацию о скорости распространения морского дна в прошлом. [8]

Радиометрическое датирование лавовых потоков было использовано для установления временной шкалы геомагнитной полярности , часть которой показана на изображении. Это составляет основу магнитостратиграфии , метода геофизической корреляции, который можно использовать для датирования как осадочных и вулканических последовательностей, так и магнитных аномалий морского дна. [8]

Самое раннее появление

Палеомагнитные исследования палеоархейской лавы в Австралии и конгломерата в Южной Африке пришли к выводу, что магнитное поле присутствует, по крайней мере, примерно 3450  миллионов лет назад . [44] [45] [46]

Будущее

Вариации виртуального осевого дипольного момента с момента последнего изменения направления.

В настоящее время общее геомагнитное поле ослабевает; нынешнее сильное ухудшение соответствует снижению на 10–15% за последние 150 лет и ускорилось в последние несколько лет; геомагнитная интенсивность почти непрерывно снижалась с максимального значения на 35% по сравнению с современным значением, достигнутым примерно 2000 лет назад. Скорость уменьшения и сила тока находятся в пределах нормального диапазона изменения, как показывают записи прошлых магнитных полей, записанных в горных породах.

Магнитное поле Земли по своей природе является гетероскедастической флуктуацией. Мгновенное ее измерение или несколько измерений на протяжении десятилетий или столетий недостаточны для экстраполяции общей тенденции в напряженности поля. В прошлом по неизвестным причинам он поднимался и опускался. Кроме того, учет локальной напряженности дипольного поля (или его флуктуации) недостаточен для характеристики магнитного поля Земли в целом, поскольку это не является строго дипольным полем. Дипольная составляющая поля Земли может уменьшаться, даже если общее магнитное поле остается прежним или увеличивается.

Северный магнитный полюс Земли дрейфует из северной Канады в сторону Сибири с в настоящее время ускоряющейся скоростью - 10 километров (6,2 мили) в год в начале 20-го века, до 40 километров (25 миль) в год в 2003 году, [23] и с тех пор только ускоряется. [47] [48]

Ядро Земли и геодинамо

Считается, что магнитное поле Земли создается электрическими токами в проводящих сплавах железа в ее ядре, создаваемыми конвекционными токами из-за тепла, уходящего из ядра. Однако этот процесс сложен, и компьютерные модели, воспроизводящие некоторые его особенности, были разработаны только в последние несколько десятилетий.

Схема, иллюстрирующая взаимосвязь между движением проводящей жидкости, организованной в рулоны под действием силы Кориолиса, и магнитным полем, создаваемым движением. [49]

Земля и большинство планет в Солнечной системе, а также Солнца и других звезд, все создают магнитные поля через движение электрически проводящих жидкостей. [50] Поле Земли берет свое начало в ее ядре. Это область железных сплавов, простирающаяся примерно на 3400 км (радиус Земли 6370 км). Он разделен на твердое внутреннее ядро с радиусом 1220 км и жидкое внешнее ядро . [51] Движение жидкости во внешнем ядре обусловлено тепловым потоком от внутреннего ядра, который составляет около 6000 К (5730 ° C; 10340 ° F), к границе ядро-мантия , что составляет около 3800 К ( 3530 ° C; 6380 ° F). [52] Тепло генерируется потенциальной энергией, высвобождаемой более тяжелыми материалами, опускающимися к ядру ( планетарная дифференциация , железная катастрофа ), а также распадом радиоактивных элементов внутри. Картина течения организована вращением Земли и наличием твердого внутреннего ядра. [53]

Механизм, с помощью которого Земля генерирует магнитное поле, известен как динамо-машина . [50] Магнитное поле создается петлей обратной связи: токовые петли генерируют магнитные поля ( закон Ампера ); изменяющееся магнитное поле порождает электрическое поле ( закон Фарадея ); электрические и магнитные поля действуют на заряды, протекающие токами ( сила Лоренца ). [54] Эти эффекты могут быть объединены в уравнение в частных производных для магнитного поля, называемое уравнением магнитной индукции ,

где u - скорость жидкости; B - магнитное B-поле; и η = 1 / σμ - коэффициент магнитной диффузии , который обратно пропорционален произведению электрической проводимости σ и проницаемости μ . [55] Термин ∂ B / ∂ T является производной по времени от поля; ∇ 2 - оператор Лапласа, а ∇ × - оператор ротора .

Первый член в правой части уравнения индукции - это диффузионный член. В неподвижной жидкости магнитное поле уменьшается, и любые концентрации поля распространяются. Если динамо Земли отключится, дипольная часть исчезнет через несколько десятков тысяч лет. [55]

В идеальном дирижере () диффузии не было бы. По закону Ленца любому изменению магнитного поля немедленно противодействуют токи, поэтому поток через данный объем жидкости не может измениться. Когда жидкость движется, магнитное поле будет двигаться вместе с ней. Теорема, описывающая этот эффект, называется теоремой о замороженном поле . Даже в жидкости с конечной проводимостью новое поле создается за счет растяжения силовых линий, когда жидкость движется таким образом, что деформирует ее. Этот процесс мог бы продолжать генерировать новое поле бесконечно долго, если бы не то, что по мере того, как магнитное поле увеличивается в силе, оно сопротивляется движению жидкости. [55]

Движение жидкости поддерживается конвекцией , движением за счет плавучести . Температура увеличивается по направлению к центру Земли, а более высокая температура жидкости ниже делает ее плавучей. Эта плавучесть увеличивается за счет химического разделения: когда ядро ​​охлаждается, часть расплавленного железа затвердевает и осаждается на внутреннем ядре. При этом в жидкости остаются более легкие элементы, что делает ее легче. Это называется композиционной конвекцией . Эффект Кориолиса , вызванное общим планетарного вращения, как правило, организовать поток в рулоны , выровненных вдоль северо-южной полярной оси. [53] [55]

Динамо-машина может усиливать магнитное поле, но для ее запуска требуется «затравочное» поле. [55] Для Земли это могло быть внешнее магнитное поле. В начале своей истории Солнце прошло фазу Т-Тельца, в которой солнечный ветер имел бы магнитное поле на порядки величины больше, чем нынешний солнечный ветер. [56] Однако большая часть поля могла быть закрыта мантией Земли. Альтернативный источник - токи на границе ядро-мантия, вызванные химическими реакциями или вариациями тепловой или электрической проводимости. Такие эффекты могут по-прежнему давать небольшую погрешность, которая является частью граничных условий геодинамо. [57]

Среднее магнитное поле во внешнем ядре Земли было рассчитано как 25 гаусс, что в 50 раз сильнее, чем поле у ​​поверхности. [58]

Численные модели

Моделирование геодинамо на компьютере требует численного решения набора нелинейных дифференциальных уравнений в частных производных для магнитогидродинамики (МГД) недр Земли. Моделирование уравнений МГД выполняется на трехмерной сетке точек, и размер сетки, которая частично определяет реалистичность решений, ограничивается в основном мощностью компьютера. В течение десятилетий теоретики ограничивались созданием компьютерных кинематических моделей динамо, в которых движение жидкости выбиралось заранее и рассчитывалось влияние на магнитное поле. Теория кинематического динамо заключалась в основном в испытании различных геометрий потока и проверке того, сможет ли такая геометрия выдержать динамо-машину. [59]

Первые самосогласованные модели динамо, определяющие как движения жидкости, так и магнитное поле, были разработаны двумя группами в 1995 году: одной в Японии [60] и одной в Соединенных Штатах. [1] [61] Последний привлек внимание, потому что он успешно воспроизводил некоторые характеристики поля Земли, включая геомагнитные инверсии. [59]

Токи в ионосфере и магнитосфере

Электрические токи, индуцированные в ионосфере, создают магнитные поля (область ионосферного динамо). Такое поле всегда создается вблизи того места, где атмосфера находится ближе всего к Солнцу, вызывая ежедневные изменения, которые могут отклонять поверхностные магнитные поля на величину до одного градуса. Типичные суточные изменения напряженности поля составляют около 25 нанотесла (нТл) (одна часть в 2000 году), с вариациями в течение нескольких секунд, как правило, около 1 нТл (одна часть из 50 000). [62]

Обнаружение

Напряженность магнитного поля Земли была измерена Карлом Фридрихом Гауссом в 1832 году [63] и с тех пор неоднократно измерялась, показывая относительное ослабление около 10% за последние 150 лет. [64] MAGSAT спутника и более поздние спутники использовали вектор магнитометры 3-оси , чтобы исследовать 3-D структуру магнитного поля Земли. Более поздний спутник Эрстеда позволил провести сравнение, показывающее динамическое геодинамо в действии, которое, по-видимому, порождает альтернативный полюс под Атлантическим океаном к западу от Южной Африки. [65]

Правительства иногда используют подразделения, специализирующиеся на измерении магнитного поля Земли. Это геомагнитные обсерватории, как правило , часть национального геологического обследования , например, Британская геологическая служба «s Eskdalemuir обсерватория . Такие обсерватории могут измерять и прогнозировать магнитные условия, такие как магнитные бури, которые иногда влияют на связь, электроэнергию и другую деятельность человека.

International в режиме реального времени магнитная обсерватория сети , с более чем 100 взаимосвязанными геомагнитных обсерваторий по всему миру, записывала магнитное поле Земли с 1991 года.

Военные определяют характеристики местного геомагнитного поля, чтобы обнаружить аномалии естественного фона, которые могут быть вызваны значительным металлическим объектом, например, подводной лодкой. Как правило, эти детекторы магнитных аномалий используются в самолетах, таких как британский Nimrod, или буксируются в качестве инструмента или набора инструментов с надводных кораблей.

В коммерческих целях геофизические разведочные компании также используют магнитные детекторы для выявления естественных аномалий рудных тел, таких как Курская магнитная аномалия .

Магнитные аномалии земной коры

Модель коротковолновых характеристик магнитного поля Земли, приписываемых литосферным аномалиям [66]

Магнитометры обнаруживают мельчайшие отклонения в магнитном поле Земли, вызванные железными артефактами , печами, некоторыми типами каменных построек и даже канавами и мусором в археологической геофизике . С помощью магнитных инструментов, адаптированных на основе бортовых детекторов магнитных аномалий, разработанных во время Второй мировой войны для обнаружения подводных лодок [67] , были нанесены на карту магнитные вариации на дне океана. Базальт - богатая железом вулканическая порода, составляющая дно океана [68] - содержит сильно магнитный минерал (магнетит) и может локально искажать показания компаса. Искажение было признано исландскими мореплавателями еще в конце 18 века. [69] Что еще более важно, поскольку присутствие магнетита придает базальту измеримые магнитные свойства, эти магнитные вариации предоставили еще один способ изучения глубоководного дна океана. Когда вновь образованная порода охлаждается, такие магнитные материалы регистрируют магнитное поле Земли. [69]

Статистические модели

Каждое измерение магнитного поля происходит в определенном месте и в определенное время. Если требуется точная оценка поля в каком-то другом месте и в другое время, измерения необходимо преобразовать в модель, а модель используется для прогнозирования.

Сферические гармоники

Схематическое изображение сферических гармоник на сфере и их узловых линий. P ℓ m равно 0 вдоль m больших окружностей, проходящих через полюсы, и вдоль ℓ- m окружностей одинаковой широты. Функция меняет знак каждый раз, когда пересекает одну из этих линий.
Пример квадрупольного поля. Его также можно построить, сдвинув два диполя вместе.

Наиболее распространенный способ анализа глобальных вариаций магнитного поля Земли - подгонка измерений к набору сферических гармоник . Впервые это сделал Карл Фридрих Гаусс. [70] Сферические гармоники - это функции, которые колеблются по поверхности сферы. Они являются продуктом двух функций, одна из которых зависит от широты, а другая - от долготы. Функция долготы равна нулю вдоль нуля или более больших окружностей, проходящих через Северный и Южный полюса; количество таких узловых линий является абсолютной величиной порядка m . Функция широты равна нулю вдоль нуля или более кругов широты; это плюс порядок равен степени . Каждая гармоника эквивалентна определенному расположению магнитных зарядов в центре Земли. Монополь является изолированным магнитным зарядом, который никогда не наблюдались. Дипольный эквивалентны два противоположных предъявленных близко друг к другу и квадрупольных до двух диполей собрались. Квадрупольное поле показано на нижнем рисунке справа. [12]

Сферические гармоники могут представлять любое скалярное поле (функцию положения), которое удовлетворяет определенным свойствам. Магнитное поле является векторным полем , но если оно выражено в декартовых компонентах X, Y, Z , каждый компонент является производной одной и той же скалярной функции, называемой магнитным потенциалом . При анализе магнитного поля Земли используется модифицированная версия обычных сферических гармоник, которые различаются мультипликативным коэффициентом. Подгонка методом наименьших квадратов к измерениям магнитного поля дает поле Земли как сумму сферических гармоник, каждая из которых умножена на наиболее подходящий коэффициент Гаусса g m ℓ или h m ℓ . [12]

Коэффициент Гаусса наименьшей степени, g 0 0 , дает вклад изолированного магнитного заряда, поэтому он равен нулю. Следующие три коэффициента - g 1 0 , g 1 1 и h 1 1 - определяют направление и величину дипольного вклада. Лучше всего подходящий диполь наклоняется под углом примерно 10 ° по отношению к оси вращения, как описано ранее. [12]

Радиальная зависимость

Анализ сферических гармоник можно использовать для отделения внутренних источников от внешних, если измерения доступны на более чем одной высоте (например, наземные обсерватории и спутники). В этом случае каждый член с коэффициентом г м л или ч м л может быть разделен на два слагаемых: тот , который уменьшается с радиусом как 1 / г л + 1 и тот , который возрастает с радиусом , как г л . Возрастающие члены соответствуют внешним источникам (токам в ионосфере и магнитосфере). Однако в среднем за несколько лет внешние взносы в среднем равны нулю. [12]

Остальные члены предсказывают, что потенциал дипольного источника ( = 1 ) падает как 1 / r 2 . Магнитное поле, являющееся производной потенциала, спадает как 1 / r 3 . Члены квадруполя убывают как 1 / r 4 , а члены более высокого порядка убывают все быстрее с увеличением радиуса. Радиус внешнего ядра составляет примерно половину радиуса Земли. Если поле на границе ядро-мантия соответствует сферическим гармоникам, дипольная часть будет меньше примерно в 8 раз на поверхности, квадрупольная часть в 16 раз и т. Д. Таким образом, на поверхности могут быть заметны только компоненты с большими длинами волн. Исходя из множества аргументов, обычно предполагается, что только члены до степени 14 или ниже имеют свое происхождение в ядре. Они имеют длину волны около 2000 километров (1200 миль) или меньше. Более мелкие детали связаны с аномалиями земной коры. [12]

Глобальные модели

Международная ассоциация Геомагнетизм и аэрономия поддерживает стандартную модель глобального поля под названием International геомагнитного Reference Field . Он обновляется каждые пять лет. Модель 11-го поколения, IGRF11, была разработана с использованием данных со спутников ( Ørsted , CHAMP и SAC-C ) и всемирной сети геомагнитных обсерваторий. [71] Расширение сферических гармоник было усечено до степени 10 со 120 коэффициентами до 2000 года. Последующие модели были усечены до степени 13 (195 коэффициентов). [72]

Другая глобальная модель месторождения, называемая « Мировая магнитная модель» , создается совместно Национальными центрами экологической информации США (ранее - Национальным центром геофизических данных) и Британской геологической службой . Эта модель усечена до степени 12 (168 коэффициентов) с приблизительным пространственным разрешением 3000 километров. Это модель, используемая Министерством обороны США , Министерством обороны (Соединенное Королевство) , Федеральным авиационным управлением США (FAA), Организацией Североатлантического договора (НАТО) и Международной гидрографической организацией, а также в многие гражданские навигационные системы. [73]

Третья модель, созданная Центром космических полетов Годдарда ( НАСА и GSFC ) и Датским институтом космических исследований , использует подход «всестороннего моделирования», который пытается согласовать данные с сильно различающимся временным и пространственным разрешением из наземных и спутниковых источников. [74]

Для пользователей, которым требуется более высокая точность, Национальные центры экологической информации США разработали усовершенствованную магнитную модель (EMM), которая расширяется до 790 градусов и разрешает магнитные аномалии вплоть до длины волны 56 километров. Он составлен на основе спутниковых, морских, аэромагнитных и наземных магнитных съемок. По состоянию на 2018 годПоследняя версия EMM2017 включает данные спутниковой миссии Swarm Европейского космического агентства. [75]

Океаны вносят вклад в магнитное поле Земли. Морская вода является электрическим проводником и поэтому взаимодействует с магнитным полем. По мере того, как приливы проходят вокруг океанских бассейнов, океанская вода по существу пытается тянуть за собой силовые линии геомагнитного поля. Поскольку соленая вода имеет слабую проводимость, взаимодействие относительно слабое: самый сильный компонент - это обычный лунный прилив, который случается примерно два раза в день. Другой вклад вносят океанские волны, водовороты и даже цунами. [76]

"> Воспроизвести медиа
Магнитные поля на уровне моря, наблюдаемые со спутников (НАСА)  [76]

Сила взаимодействия зависит также от температуры воды в океане. Все тепло, хранящееся в океане, теперь можно вывести из наблюдений за магнитным полем Земли. [77] [76]

Животные, включая птиц и черепах, могут обнаруживать магнитное поле Земли и использовать это поле для навигации во время миграции . [78] Некоторые исследователи обнаружили, что коровы и дикие олени склонны выстраивать свои тела с севера на юг во время отдыха, но не тогда, когда животные находятся под высоковольтными линиями электропередачи, предполагая, что это связано с магнетизмом. [79] [80] В 2011 году другие исследователи сообщили, что они не могут воспроизвести эти результаты с использованием различных изображений Google Планета Земля . [81]

Очень слабые электромагнитные поля нарушают работу магнитного компаса, используемого европейскими малиновками и другими певчими птицами, которые используют магнитное поле Земли для навигации. Ни линии электропередач, ни сигналы сотовых телефонов не виноваты в воздействии электромагнитного поля на птиц; [82] виновники имеют частоты от 2 кГц до 5 МГц. К ним относятся радиосигналы AM и обычное электронное оборудование, которое можно найти на предприятиях или в частных домах. [83]

  • Геомагнитный рывок
  • Геомагнитная широта
  • Магнитотеллурика
  • Операция Аргус

  1. ^ a b Glatzmaier, Гэри А .; Робертс, Пол Х. (1995). «Трехмерное самосогласованное компьютерное моделирование разворота геомагнитного поля». Природа . 377 (6546): 203–209. Bibcode : 1995Natur.377..203G . DOI : 10.1038 / 377203a0 . S2CID  4265765 .
  2. ^ Глацмайер, Гэри. «Геодинамо» . Калифорнийский университет Санта-Крус . Проверено 20 октября 2013 года .
  3. ^ Finlay, CC; Maus, S .; Beggan, CD; Бондарь, Т.Н.; Chambodut, A .; Чернова, Т.А.; Chulliat, A .; Головков В.П .; Гамильтон, В .; Hamoudi, M .; Holme, R .; Hulot, G .; Kuang, W .; Langlais, B .; Lesur, V .; Lowes, FJ; Lühr, H .; Macmillan, S .; Mandea, M .; McLean, S .; Manoj, C .; Menvielle, M .; Михаэлис, I .; Olsen, N .; Rauberg, J .; Rother, M .; Sabaka, TJ; Tangborn, A .; Tøffner-Clausen, L .; Thébault, E .; Томсон, AWP; Wardinski, I .; Wei, Z .; Зверева, Т.И. (декабрь 2010 г.). «Международное опорное геомагнитное поле: одиннадцатое поколение» . Международный геофизический журнал . 183 (3): 1216–1230. Bibcode : 2010GeoJI.183.1216F . DOI : 10.1111 / j.1365-246X.2010.04804.x .
  4. ^ Шлермелер, Квирин (3 марта 2005 г.). «Солнечный ветер бьет озоновый слой» . Новости @ природа . DOI : 10.1038 / news050228-12 .
  5. ^ «Солнечный ветер срывает с Марса куски» . Космос онлайн . 25 ноября 2008 года Архивировано из оригинала 4 марта 2016 года . Проверено 21 октября 2013 года .
  6. ^ Луман, Джонсон и Чжан 1992
  7. ↑ Структура Земли. Архивировано 15 марта 2013 г. в Wayback Machine . Scign.jpl.nasa.gov. Проверено 27 января 2012.
  8. ^ а б в г Макэлхинни, Майкл В .; Макфадден, Филип Л. (2000). Палеомагнетизм: континенты и океаны . Академическая пресса. ISBN 978-0-12-483355-5.
  9. ^ Opdyke, Neil D .; Ченнелл, Джеймс ET (1996). Магнитная стратиграфия . Академическая пресса. ISBN 978-0-12-527470-8.
  10. ^ Mussett, Alan E .; Хан, М. Афтаб (2000). Взгляд в Землю: Введение в геологическую геофизику . Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-0-521-78085-8.
  11. ^ Темпл, Роберт (2006). Гений Китая . Андре Дойч. ISBN 978-0-671-62028-8.
  12. ^ a b c d e f g h i j Merrill, McElhinny & McFadden 1996 , Глава 2
  13. ^ а б «Часто задаваемые вопросы по геомагнетизму» . Национальный центр геофизических данных . Проверено 21 октября 2013 года .
  14. ^ Пальма, Эрик (2011). «Тесла» . Национальная лаборатория сильного магнитного поля. Архивировано из оригинального 21 марта 2013 года . Проверено 20 октября 2013 года .
  15. ^ а б Chulliat, A .; Macmillan, S .; Alken, P .; Beggan, C .; Наир, М .; Гамильтон, В .; Вудс, А .; Ридли, В .; Maus, S .; Томсон, А. (2015). Магнитная модель мира США / Великобритании на 2015-2020 годы (PDF) (Отчет). Национальный центр геофизических данных . Проверено 21 февраля +2016 .
  16. ^ Кассельман, Анна (28 февраля 2008 г.). «У Земли более одного северного полюса» . Scientific American . Проверено 21 мая 2013 года .
  17. ^ Serway, Raymond A .; Крис Вуйль (2006). Основы вузовской физики . США: Cengage Learning. п. 493. ISBN. 978-0-495-10619-7.
  18. ^ Эмилиани, Чезаре (1992). Планета Земля: космология, геология и эволюция жизни и окружающей среды . Великобритания: Издательство Кембриджского университета. п. 228. ISBN 978-0-521-40949-0.
  19. ^ Манеры, радость (2000). Статические поля и потенциалы . США: CRC Press. п. 148. ISBN 978-0-7503-0718-5.
  20. ^ Нейв, Карл Р. (2010). «Барный Магнит» . Гиперфизика . Кафедра физики и астрономии, Georgia State Univ . Проверено 10 апреля 2011 .
  21. ^ Кэмпбелл, Уоллес А. (1996). « Неправильное положение « магнитных »полюсов на глобальных картах». Эос, Сделки Американского геофизического союза . 77 (36): 345. Bibcode : 1996EOSTr..77..345C . DOI : 10.1029 / 96EO00237 . S2CID  128421452 .
  22. ^ «Магнитный Северный полюс» . Океанографическое учреждение Вудс-Хоул. Архивировано из оригинального 19 августа 2013 года . Проверено 21 октября 2013 года .
  23. ^ а б в Филлипс, Тони (29 декабря 2003 г.). «Непостоянное магнитное поле Земли» . Наука @ НАСА . Проверено 27 декабря 2009 года .
  24. ^ a b c d e Merrill 2010 , страницы 126–141
  25. ^ а б в Парки, Джордж К. (1991). Физика космической плазмы: введение . Редвуд-Сити, Калифорния: Аддисон-Уэсли. ISBN 978-0201508215.
  26. ^ Даррузе, Фабьен; Де Кейзер, Йохан; Эскубе, К. Филипп (10 сентября 2013 г.). «Кластер показывает взаимодействие плазмосферы с поясами Ван Аллена» (пресс-релиз). Европейское космическое агентство . Проверено 22 октября 2013 года .
  27. ^ «Щиты вверх! Ветер межзвездных атомов гелия дует через солнечную систему» . Наука @ НАСА . 27 сентября 2004 . Проверено 23 октября 2013 года .
  28. ^ Оденвальд, Стен (2010). «Великая солнечная супер-буря 1859 года» . Технологии сквозь время . 70 . Проверено 24 октября 2013 года .
  29. ^ «К-индекс» . Центр прогнозов космической погоды. Архивировано из оригинального 22 октября 2013 года . Проверено 20 октября 2013 года .
  30. ^ Стейгервальд, Билл (16 декабря 2008 г.). "Солнце часто" рвет стену "в солнечном штормовом щите Земли" . ФЕМИДА: Понимание космической погоды . НАСА . Проверено 20 августа 2011 года .
  31. ^ Джексон, Эндрю; Йонкерс, Art RT; Уокер, Мэтью Р. (2000). «Четыре столетия геомагнитных вековых вариаций из исторических записей». Философские труды Королевского общества А . 358 (1768): 957–990. Bibcode : 2000RSPTA.358..957J . CiteSeerX  10.1.1.560.5046 . DOI : 10,1098 / rsta.2000.0569 . JSTOR  2666741 . S2CID  40510741 .
  32. ^ а б «Светская вариация» . Геомагнетизм . Канадская геологическая служба. 2011 . Проверено 18 июля 2011 года .
  33. ^ Констебль, Кэтрин (2007). «Вариация дипольного момента». У Габбинса, Дэвида; Эрреро-Бервера, Эмилио (ред.). Энциклопедия геомагнетизма и палеомагнетизма . Springer-Verlag. С. 159–161. DOI : 10.1007 / 978-1-4020-4423-6_67 . ISBN 978-1-4020-3992-8.
  34. ^ Дамберри, Матье; Финли, Кристофер С. (2007). «Дрейф магнитного поля Земли в восточном и западном направлениях за последние три тысячелетия» (PDF) . Письма о Земле и планетах . 254 (1–2): 146–157. Bibcode : 2007E и PSL.254..146D . DOI : 10.1016 / j.epsl.2006.11.026 . Архивировано из оригинального (PDF) 23 октября 2013 года . Проверено 22 октября 2013 .
  35. ^ Tauxe 1998 , Глава 1
  36. ^ «Моделирование показывает, что магнитное поле может изменяться в 10 раз быстрее, чем считалось ранее» . Phys.org . Дата обращения 16 августа 2020 .
  37. ^ Дэвис, Кристофер Дж .; Констебль, Кэтрин Г. (6 июля 2020 г.). «Быстрые геомагнитные изменения, полученные из наблюдений Земли и численного моделирования» . Nature Communications . 11 (1): 3371. Bibcode : 2020NatCo..11.3371D . DOI : 10.1038 / s41467-020-16888-0 . ISSN  2041-1723 . PMC  7338531 . PMID  32632222 .
  38. ^ Коу, РС; Прево, М .; Кэмпс, П. (20 апреля 1995 г.). «Новое свидетельство необычайно быстрого изменения геомагнитного поля во время инверсии». Природа . 374 (6524): 687–692. Bibcode : 1995Natur.374..687C . DOI : 10.1038 / 374687a0 . S2CID  4247637 .(также доступно на сайте es.ucsc.edu )
  39. ^ Коу, РС; Jarboe, NA; Ле Гофф, М .; Петерсен, Н. (15 августа 2014 г.). «Отказ от гипотезы быстрого изменения поля в Steens Mountain: решающая роль непрерывного теплового размагничивания». Письма о Земле и планетах . 400 : 302–312. Bibcode : 2014E и PSL.400..302C . DOI : 10.1016 / j.epsl.2014.05.036 .
  40. ^ Вакье, Виктор (1972). Геомагнетизм в морской геологии (2-е изд.). Амстердам: Elsevier Science. п. 38. ISBN 9780080870427.
  41. ↑ Merrill, McElhinny & McFadden 1996 , Глава 5
  42. ↑ Merrill, McElhinny & McFadden 1996 , стр. 148–155.
  43. ^ «Изменение полярности ледникового периода было глобальным событием: чрезвычайно кратковременное изменение положения геомагнитного поля, изменчивости климата и супервулкана» . ScienceDaily . 16 октября 2012 г. Bibcode : 2012E & PSL.351 ... 54N . DOI : 10.1016 / j.epsl.2012.06.050 . Проверено 21 марта 2013 года .
  44. ^ Макэлхинни, TNW; Сенанаяке, WE (1980). "Палеомагнитные доказательства существования геомагнитного поля 3,5 млрд лет назад". Журнал геофизических исследований . 85 (B7): 3523. Bibcode : 1980JGR .... 85.3523M . DOI : 10.1029 / JB085iB07p03523 .
  45. ^ Усуи, Йоичи; Тардуно, Джон А .; Уоткис, Майкл; Хофманн, Аксель; Коттрелл, Рори Д. (2009). «Свидетельства магнитной остаточной способности возрастом 3,45 миллиарда лет: намёки на древнее геодинамо из конгломератов Южной Африки» . Геохимия, геофизика, геосистемы . 10 (9): н / д. Bibcode : 2009GGG .... 1009Z07U . DOI : 10.1029 / 2009GC002496 .
  46. ^ Tarduno, JA; Коттрелл, РД; Watkeys, MK; Hofmann, A .; Дубровин, PV; Mamajek, EE; Liu, D .; Sibeck, DG; Нойкирх, LP; Усуи, Ю. (4 марта 2010 г.). «Геодинамо, солнечный ветер и магнитопауза от 3,4 до 3,45 миллиардов лет назад». Наука . 327 (5970): 1238–1240. Bibcode : 2010Sci ... 327.1238T . DOI : 10.1126 / science.1183445 . PMID  20203044 . S2CID  23162882 .
  47. ^ Ловетт, Ричард А. (24 декабря 2009 г.). «Северный магнитный полюс, движущийся из-за потока ядра» .
  48. ^ Витце, Александра (9 января 2019 г.). «Магнитное поле Земли усиливается, и геологи не знают почему» . Природа . 565 (7738): 143–144. Bibcode : 2019Natur.565..143W . DOI : 10.1038 / d41586-019-00007-1 . PMID  30626958 .
  49. ^ «Как ядро ​​Земли генерирует магнитное поле?» . Часто задаваемые вопросы USGS . Геологическая служба США. Архивировано из оригинала 18 января 2015 года . Проверено 21 октября 2013 года .
  50. ^ а б Вайс, Найджел (2002). «Динамо в планетах, звездах и галактиках» . Астрономия и геофизика . 43 (3): 3.09–3.15. Bibcode : 2002A & G .... 43c ... 9W . DOI : 10,1046 / j.1468-4004.2002.43309.x .
  51. ^ Иордания, TH (1979). «Структурная геология недр Земли» . Труды Национальной академии наук . 76 (9): 4192–4200. Bibcode : 1979PNAS ... 76.4192J . DOI : 10.1073 / pnas.76.9.4192 . PMC  411539 . PMID  16592703 .
  52. ^ Европейский центр синхротронного излучения (25 апреля 2013 г.). «Центр Земли на 1000 градусов горячее, чем предполагалось ранее, - показывают эксперименты с синхротронным рентгеновским излучением» . ScienceDaily . Проверено 21 октября 2013 года .
  53. ^ а б Баффетт, BA (2000). «Ядро Земли и Геодинамо». Наука . 288 (5473): 2007–2012. Bibcode : 2000Sci ... 288.2007B . DOI : 10.1126 / science.288.5473.2007 . PMID  10856207 .
  54. ^ Фейнман, Ричард П. (2010). Лекции Фейнмана по физике (изд. Новое тысячелетие). Нью-Йорк: BasicBooks. С. 13–3, 15–14, 17–2. ISBN 9780465024940.
  55. ^ a b c d e Merrill, McElhinny & McFadden 1996 , Глава 8
  56. ↑ Merrill, McElhinny & McFadden 1996 , Глава 10
  57. ↑ Merrill, McElhinny & McFadden 1996 , Глава 11
  58. ^ Баффет, Брюс А. (2010). «Приливная диссипация и сила внутреннего магнитного поля Земли». Природа . 468 (7326): 952–954. Bibcode : 2010Natur.468..952B . DOI : 10,1038 / природа09643 . PMID  21164483 . S2CID  4431270 . Краткое содержание - Наука 20 .
  59. ^ а б Коно, Масару; Робертс, Пол Х. (2002). «Последние модели геодинамо и наблюдения за геомагнитным полем» . Обзоры геофизики . 40 (4): 1–53. Bibcode : 2002RvGeo..40.1013K . DOI : 10.1029 / 2000RG000102 . S2CID  29432436 .
  60. ^ Кагеяма, Акира; Сато, Тэцуя; Группа моделирования сложности (1 января 1995 г.). «Компьютерное моделирование магнитогидродинамического динамо. II». Физика плазмы . 2 (5): 1421–1431. Bibcode : 1995PhPl .... 2,1421K . DOI : 10.1063 / 1.871485 .
  61. ^ Glatzmaier, Gary A .; Робертс, Пол Х. (1995). «Трехмерное конвективное динамо-решение с вращающимся и конечно проводящим внутренним ядром и мантией». Физика Земли и планетных недр . 91 (1–3): 63–75. Bibcode : 1995PEPI ... 91 ... 63G . DOI : 10.1016 / 0031-9201 (95) 03049-3 .
  62. ^ Степишник, Янез (2006). «Спектроскопия: ЯМР до ​​Земли» . Природа . 439 (7078): 799–801. Bibcode : 2006Natur.439..799S . DOI : 10.1038 / 439799a . PMID  16482144 .
  63. ^ Гаусс, CF (1832). «Интенсивность магнитной силы Земли, приведенная к абсолютным измерениям» (PDF) . Проверено 21 октября 2009 .
  64. ^ Куртильо, Винсент ; Ле Муэль, Жан Луи (1988). "Временные изменения магнитного поля Земли: от повседневного к вековому". Ежегодный обзор наук о Земле и планетах . 1988 (16): 435. Bibcode : 1988AREPS..16..389C . DOI : 10.1146 / annurev.ea.16.050188.002133 .
  65. ^ Hulot, G .; Eymin, C .; Langlais, B .; Mandea, M .; Ольсен, Н. (апрель 2002 г.). «Мелкомасштабная структура геодинамо по спутниковым данным Эрстед и Магсат». Природа . 416 (6881): 620–623. Bibcode : 2002Natur.416..620H . DOI : 10.1038 / 416620a . PMID  11948347 . S2CID  4426588 .
  66. ^ Фрей, Герберт. «Магнитные модели спутников» . Комплексное моделирование геомагнитного поля . НАСА . Проверено 13 октября 2011 года .
  67. ^ Уильям Ф. Ханна (1987). Геологические приложения современных аэромагнитных исследований (PDF) . USGS . п. 66 . Дата обращения 3 мая 2017 .
  68. ^ Г. Д. Николлс (1965). «Базальты со дна глубокого океана» (PDF) . Минералогический журнал . 34 (268): 373–388. Bibcode : 1965MinM ... 34..373N . DOI : 10,1180 / minmag.1965.034.268.32 . Архивировано из оригинального (PDF) 16 июля 2017 года . Дата обращения 3 мая 2017 .
  69. ^ а б Жаклин В. Киус; Роберт И. Тиллинг (1996). Эта динамическая Земля: история тектоники плит . USGS. п. 17. ISBN 978-0160482205. Дата обращения 3 мая 2017 .CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  70. ^ Кэмпбелл 2003 , стр. 1.
  71. ^ Finlay, CC; Maus, S .; Beggan, CD; Hamoudi, M .; Lowes, FJ; Olsen, N .; Тебо, Э. (2010). «Оценка возможных моделей геомагнитного поля для ИГРФ-11» (PDF) . Земля, планеты и космос . 62 (10): 787–804. Bibcode : 2010EP&S ... 62..787F . DOI : 10.5047 / eps.2010.11.005 . S2CID  530534 .
  72. ^ "Международное опорное геомагнитное поле: предупреждение о здоровье" . Национальный центр геофизических данных. Январь 2010 . Проверено 13 октября 2011 года .
  73. ^ «Магнитная модель мира» . Национальный центр геофизических данных . Проверено 14 октября 2011 года .
  74. ^ Герберт, Фрей. «Комплексное моделирование геомагнитного поля» . НАСА. Архивировано из оригинала на 2011-10-20.
  75. ^ «Улучшенная магнитная модель» . Соединенные Штаты Америки Национальные центры по экологической информации . Проверено 29 июня 2018 .
  76. ^ а б в «Океанские приливы и магнитные поля» . НАСА . Студия научной визуализации. 2016-12-30. Эта статья включает текст из этого источника, который находится в общественном достоянии .
  77. ^ Иррганг, Кристофер; Сайниш, Ян; Томас, Майк (2019). «Оценка содержания тепла в глобальном океане по данным спутниковых наблюдений за приливными магнитами» . Научные отчеты . 9 (1): 7893. Bibcode : 2019NatSR ... 9.7893I . DOI : 10.1038 / s41598-019-44397-8 . PMC  6536534 . PMID  31133648 .
  78. ^ Deutschlander, M .; Phillips, J .; Борланд, С. (1999). «Случай светозависимой магнитной ориентации у животных». Журнал экспериментальной биологии . 202 (8): 891–908. PMID  10085262 .
  79. ^ Burda, H .; Begall, S .; Cerveny, J .; Neef, J .; Немец, П. (2009). «Чрезвычайно низкочастотные электромагнитные поля нарушают магнитную ориентацию жвачных животных» . Труды Национальной академии наук . 106 (14): 5708–13. Bibcode : 2009PNAS..106.5708B . DOI : 10.1073 / pnas.0811194106 . PMC  2667019 . PMID  19299504 .
  80. ^ «Биология: электрические коровы» . Природа . 458 (7237): 389. 2009. Bibcode : 2009Natur.458Q.389. . DOI : 10.1038 / 458389a .
  81. ^ Херт, Дж; Елинек, L; Пекарек, Л; Павличек, А (2011). «Выравнивания скота по силовым линиям геомагнитного поля не обнаружено». Журнал сравнительной физиологии . 197 (6): 677–682. arXiv : 1101.5263 . DOI : 10.1007 / s00359-011-0628-7 . PMID  21318402 . S2CID  15520857 . [1]
  82. ^ Энгельс, Свенья; Шнайдер, Нильс-Лассе; Лефельдт, Неле; Хайн, Кристин Майра; Запка, Мануэла; Михалик, Андреас; Эльберс, Дана; Киттель, Ахим; Хор, Пи Джей (15 мая 2014 г.). «Антропогенный электромагнитный шум нарушает ориентацию магнитного компаса у перелетной птицы». Природа . 509 (7500): 353–356. Bibcode : 2014Natur.509..353E . DOI : 10,1038 / природа13290 . ISSN  0028-0836 . PMID  24805233 . S2CID  4458056 .
  83. ^ Сюй, Джереми (9 мая 2014 г.). «Электромагнитные помехи мешают навигации птиц, намекают на квантовые действия» . IEEE Spectrum . Проверено 31 мая 2015 года .

  • Кэмпбелл, Уоллес Х. (2003). Введение в геомагнитные поля (2-е изд.). Нью-Йорк: Издательство Кембриджского университета . ISBN 978-0-521-52953-2.
  • Коминс, Нил Ф. (2008). Открытие существенной Вселенной (Четвертое изд.). WH Freeman . ISBN 978-1-4292-1797-2.
  • Грэмлинг, Кэролайн (1 февраля 2019 г.). «Ядро Земли могло затвердеть как раз вовремя, чтобы спасти свое магнитное поле» . Новости науки . Проверено 3 февраля 2019 .
  • Херндон, JM (1996-01-23). «Субструктура внутреннего ядра Земли» . PNAS . 93 (2): 646–648. Bibcode : 1996PNAS ... 93..646H . DOI : 10.1073 / pnas.93.2.646 . PMC  40105 . PMID  11607625 .
  • Холленбах, Д. Ф.; Херндон, Дж. М. (25 сентября 2001 г.). «Глубоководный реактор: деление ядер, гелий и геомагнитное поле» . PNAS . 98 (20): 11085–90. Bibcode : 2001PNAS ... 9811085H . DOI : 10.1073 / pnas.201393998 . PMC  58687 . PMID  11562483 .
  • Любовь, Джеффри Дж. (2008). «Магнитный мониторинг Земли и космоса» (PDF) . Физика сегодня . 61 (2): 31–37. Bibcode : 2008PhT .... 61b..31H . DOI : 10.1063 / 1.2883907 .
  • Luhmann, JG; Джонсон, RE; Чжан, MHG (1992). «Эволюционное воздействие распыления марсианской атмосферы захватывающими ионами O + ». Письма о геофизических исследованиях . 19 (21): 2151–2154. Bibcode : 1992GeoRL..19.2151L . DOI : 10.1029 / 92GL02485 .
  • Меррилл, Рональд Т. (2010). Наша магнитная Земля: наука о геомагнетизме . Издательство Чикагского университета . ISBN 978-0-226-52050-6.
  • Меррилл, Рональд Т .; Макэлхинни, Майкл В .; Макфадден, Филип Л. (1996). Магнитное поле Земли: палеомагнетизм, ядро ​​и глубокая мантия . Академическая пресса . ISBN 978-0-12-491246-5.
  • «Температура ядра Земли» . НЬЮТОН Спросите ученого . 1999 г.
  • Токс, Лиза (1998). Палеомагнитные принципы и практика . Kluwer . ISBN 978-0-7923-5258-7.
  • Таул, Дж. Н. (1984). «Поле аномальных геомагнитных колебаний и геоэлектрическая структура, связанная с системой разломов Меса-Бьютт, Аризона». Бюллетень Геологического общества Америки . 9 (2): 221–225. Bibcode : 1984GSAB ... 95..221T . DOI : 10.1130 / 0016-7606 (1984) 95 <221: TAGVFA> 2.0.CO; 2 .
  • Подождите, Джеймс Р. (1954). «О связи теллурических токов с магнитным полем Земли». Геофизика . 19 (2): 281–289. Bibcode : 1954Geop ... 19..281W . DOI : 10.1190 / 1.1437994 . S2CID  51844483 .
  • Уолт, Мартин (1994). Введение в геомагнитно захваченное излучение . Издательство Кембриджского университета . ISBN 978-0-521-61611-9.

  • Справочный материал по геомагнетизму и палеомагнетизму . Американский геофизический союз Секция геомагнетизма и палеомагнетизма.
  • Национальная программа геомагнетизма . Геологическая служба США , 8 марта 2011 г.
  • БГС Геомагнетизм . Информация по мониторингу и моделированию геомагнитного поля. Британская геологическая служба, август 2005 г.
  • Уильям Дж. Брод, Будет ли компас указывать на юг? . The New York Times , 13 июля 2004 г.
  • Джон Роуч, Почему меняется магнитное поле Земли? . National Geographic, 27 сентября 2004 г.
  • Магнитная буря . PBS NOVA , 2003. ( ред . О смене полюсов)
  • Когда север идет на юг . Проекты в области научных вычислений, 1996.
  • Великий Магнит, Земля , История открытия магнитного поля Земли Дэвидом П. Стерном.
  • Исследование магнитосферы Земли , Образовательный веб-сайт Дэвида П. Стерна и Маурисио Передо
  • Д-р Дэн Латроп: Изучение магнитного поля Земли . Интервью с доктором Дэном Латропом, геофизиком из Университета Мэриленда, о его экспериментах с ядром Земли и магнитным полем. 3 июля 2008 г.
  • Международное опорное геомагнитное поле 2011 г.
  • Глобальная эволюция / аномалия магнитного поля Земли. Сметание происходит с шагом 10 градусов с интервалом в 10 лет. На основе данных: Института геофизики ETH Zurich.
  • Закономерности магнитного поля Земли, которые развиваются порядка 1000 лет . 19 июля 2017 г.
  • Кри, Чарльз (1911). «Магнетизм земной»  . В Чисхолме, Хью (ред.). Британская энциклопедия . 17 (11-е изд.). Издательство Кембриджского университета. С. 353–385. (с десятками таблиц и несколькими диаграммами)