Žemės magnetinis laukas    

Žemės amžius apie 4,5 mlrd. m., o geomagnetinis jos laukas atsekamas jau buvus bent prieš 3 mlrd. m. Taigi, didesnį laiko tarpsnį Žemė ir biologinė gyvybė joje vystėsi esant magnetiniam laukui, kas atsispindėjo tiek geologiniuose procesuose, tiek biosferos vystymesi. Jis apsaugo biosferą nuo energetinių dalelių, veikia chemines reakcijas, procesus ląstelėse, gyvūnų migraciją, žmogaus organizmą. Paveikia ir technines priemones: palydovus, komunikacijos priemones, navigaciją, vamzdynų ir elektros linijų darbą. Su magnetiniu lauku susijęs ir šiaurės pašvaistės reiškinys

Pirmuoju prietaisu, reaguojančiu į magnetinį lauką, buvo kompasas, apie kurį patikimai žinoma iš 11-13 a. Kolumbo plaukiojimo metu (1492 m.) pastebėtas magnetinis nukrypimas – iki tol laikyta, kad kompasas rodo šiaurę, t.y. Šiaurinę, tačiau Kolumbui vis toliau plaukiant į vakarus, buvo pastebimas vis didesnis kompaso rodyklės nukrypimas nuo šiaurės. Tai paskatino aktyviau tirti magnetizmą.

Ko gero pirmasis magnetinio laiko kitimus 1635 m. aptiko anglų astronomas Henris Gelibrandas*), o reguliarūs jo matavimai pradėti 19 a. pradžioje. Pasirodė ir Žemės magnetizmo teorijų. Anglų fizikas ir gydytojas Viljamas Gilbertas paskelbė „Apie magnetą, magnetinius kūnus ir didelį Žemės magnetą“ (1600), tik jame klydo, laikydamas, kad magnetiniai poliai sutampa su geografiniais. 1759 m. M. Lomonosovas išsakė spėjimą apie magnetinio lauko nevienalytiškumą. Ir galiausiai magnetinio lauko aprašymo metodai išdėstomi K. Gauso Magnetinis laukas „Bendrojoje Žemės magnetizmo teorijoje“ (1838) – jis, spėdamas, kad lauko šaltiniai randasi Žemės viduje, išvedė magnetinio potencialo išraišką, leidžiančią aprašyti bet kokį magnetinio lauko pasiskirstymą kaip lauko išskaidymo į harmonines funkcijas koeficientų rinkinį. K. Gausas empiriškai nustatė pirmųjų 24 pastovių koeficientų reikšmes, o šiuo metu paprastai naudojami 196 koeficientai, o tiksliam pateikimui reikia per 300 tūkst. koeficientų.

Šiuolaikine samprata Žemės magnetinis laukas turi 3 šaltinius, tad ir skaidomas į 3 dalis. Pagrindinė dalis (90-95%) – sukuriama Žemės gelmėse giliau nei 2000 km gylyje – ir jis lėtai (dešimčių metų masteliu) kinta. Antrasis – Žemės plutos iki 75 km gylio įmagnetinimas – beveik pastovus. Trečiasis – elektros srovės, tekančios virš Žemės 100 km ir aukščiau: šie laukai gali pakisti akimirksniu. Atskirose (anomaliose) vietose kitų šaltinių indėlis gali padidėti. Piešinyje pavaizduoto magnetinio lauko dipolinė dalis sudaro 90%. Likusią dalį sudaro sudėtinga multipolių sistema.

Išskiriami du magnetinio lauko poliai. Pirmuoju yra geografinis taškas, kuriame magnetinis laukas nukreiptas tiesiai aukštyn, o kitu (mažiau žinomu) – taškas, kuriame magneto ašis kerta Žemės paviršių. Antrasis paskutinius 100 m praktiškai lieka vietoje, o pirmasis iš Kanados šiaurės rytų persikėlė į šiaurės geografinio poliaus rajoną ir tebetęsia judėti link Taimyro, nukeliaudamas per 2000 km. Maksimalus jo judėjimo greitis (55-60 km per metus) registruotas 2010-15 m., o dabar prognozuojamas perpus mažesniu. O štai Pietų pusrutulyje abiejų polių slinkimas gerokai lėtesnis.
Taip pat skaitykite   Šiaurės polius juda

O skirtumo tarp magnetinio ir geomagnetinio polių didėjimas liudija, kad jis vis labiau nukrypta nuo grynai dipolinio. Jų sudedamųjų santykis per 100 m. jis nuo 0,035 padidėjo iki 0,07, t.y. 2 kartus. Planetinio mastelio procesams tai gana spartus kitimas – ir jei tendencija išliks, tai po 2,5 tūkst. m. abi tos energijos susilygins. O atsižvelgiant ir į tai, kad paties dipolio energija irgi mažėja, po 1,5-2,5 tūkst. m. dipolinė dalis gali aplamai išnykti – ir susidarytų daugybė silpno intensyvumo polių. Vėliau magnetinis laukas gali atsistatyti, tačiau jau arba su polių pasikeitimu (inversija) arba į pradinę būseną (ekskursas). Žemės istorijoje abu atvejai stebėti daugelį kartų – paskutinė inversija buvo prieš 780 tūkst. m., o ekskursas – prieš 40 tūkst. m. Pagal statistinius duomenis reiktų tikėtis, kad artėja inversija (neatmetant ekskurso galimybės).

Magnetinio lauko anomalijos Kuo tai gali grėsti žmonijai?
Visos magnetinės medžiagos turi įdomią savybę – įkaitę virš tam tikros temperatūros (vadinamojo Kiuri taško) jos visiškai išsimagnetina, o atvėsusios – vėl įsimagnetina priklausomai nuo tą akimirką aktyvaus lauko krypties. Ir net vėliau pasikeitus magnetinio lauko krypčiai, įsimagnetinimas nepasikeičia. Tad atvėsimas tarsi įsimena magnetinio lauko būseną. Tuo pasinaudodami, pagal nuosėdinių uolienų įmagnetinimą, nustatoma magnetinio lauko dydis praeityje – 20 a. buvo atlikti detalūs vandenyno dugno magnetinio lauko matavimai ir sudaryti anomalaus magnetinio lauko (jo nuokrypių) žemėlapiai. Pateikiamame fragmente gana aiškiai matoma juostuota struktūra Atlanto vandenyne tarp Europos ir Šiaurės Amerikos. Jame mėlyna-žydra spalva žymimos sritys su mažesne, nei vidutiniu įmagnetinimu, rausvu-violetiniu – didesniu.

Kaip susidarė tokia struktūra? Žemės struktūra nevienalytė; yra storos kontinentinės plutos (35-75 km) sritys ir plonesnės (vandenynų) plutos. Žemynai juda, šliauždami išsilydžiusia Žemės mantija. Trūkių (kuriuos užpildo magma) ar užslinkimų vietose stebimas seisminės ir vulkaninės veiklos padidėjimas.

Saulės magnetinį lauką irgi sukuria hidrodinamos mechanizmas – jis irgi keičia poliariškumą, tik dėl aukštesnės temperatūros ir mažesnio klampumo tai įvyksta kas 11 m. (vadinamasis Saulės aktyvumo ciklas). Tad magnetinio lauko inversija gana įprastas reiškinys – tik kol kas jo tikslaus įvykimo laiko nepavyksta nuspėti.

Tai vis tik kas bus?
Mokslo populiarioje (ir fantastinėje) literatūroje neretai pasirodo katastrofinės prognozės (dėl magnetinio lauko silpnėjimo bei jo polių pasikeitimo), - tačiau iš tikro perspektyva ne tokia baisi. Na taip, magnetinis laukas nukreipia iš kosmoso atskriejančias įelektrintas daleles ir trukdo joms pasiekti Žemės paviršių. Vis tik Žemė tebeturi storą atmosferos skydą – ir paskaičiavimai rodo, kad spinduliavimo padidėjimas prie Žemės paviršiaus negali padidėti daugiau nei 3 kartus, kas stipriai nepaveiks radiacinio pavojaus. Tačiau negalim atmesti genetinių mutacijų kaupimosi galimybės, kas gali atsiliepti po tūkstantmečių.

Tačiau dar vienas pavojus susijęs su Žemės atmosferos „nupūtimu“ – manoma, kad dėl magnetinio lauko nebuvimo Saulės vėjas „nupūtė“ Marso atmosferą (apie tai skaitykite >>>>>). Tačiau pagrindine Marso atmosferos praradimo priežastimi yra jo mažesnė masė (0,1 Žemės masės), o štai Venera, irgi neturinti magnetinio lauko, turi labai storą atmosferos sluoksnį. Žmogus Žemėje atsirado kažkur prieš 2-2,5 mln. metų ir jau išgyveno kelias magnetinio lauko inversijas. Be to, inversija trunka gana ilgą laiko tarpą (tūkstančius metų) – ir gyvūnija spėja prie jos prisitaikyti.

*) Henris Gelibrandas (Henry Gellibrand, 1597-1637) – anglų matematikas, žinomas savo darbu apie magnetinį Žemės lauką. 1635 m. nustatė, kad magnetinis nuokrypis (kompaso rodyklės nukrypimas) nėra pastovus, o kinta laikui bėgant. Taip pat sukūrė ilgumos nustatymo metodą remiantis užtemimais. Išleido trigonometrinių funkcijų logaritmines lenteles „Trigonometria Britannica“ (1633). Palaidotas Londono St Peter le Poer bažnyčioje, kuri buvo nugriauta 1907 m.

Triukšmai
Geodinamika
Visatos modeliai
Paslaptingoji Žemė
Kodėl dangus žydras?
Mažosios saulės mįslės
Uniformitarinė teorija
Žygiuojam į Saulės amžių
Galvaninės teorijos pradžia
Elektra, kol dar nebuvo vartotojų
Kodėl chemikai nemėgsta J ir Q?
8 alternatyvūs energijos šaltiniai
Lynn Margulis ir Gajos koncepcija
Steno - geologijos pirmtakas: kryžius ir mokslas
Šiuolaikinė fizika – į tiesą panašus mitas?
Labai suderinta Visatos sandara
Nežemiška gyvybė – visai greta
Škotai – geologijos pradininkai
Mėnulio kilmės klausimai
Vernadskis ir noosfera
Torsioniniai laukai
Ugnies ekologija
Stakliškių versmės
Vartiklis
NSO.lt