Dünyanın manyetik alanı olarak da bilinen, dünyanın kalkanı , a, bir manyetik alan etrafında büyük bir alan içinde mevcut Dünya (nedeniyle ile etkileşimi olmayan homojen güneş rüzgar yanı sıra) kabuk ve manto . Kendi kendini uyaran bir dinamo mekanizması ile dış çekirdekte kökeni vardır .
Rochester Üniversitesi'nden ( ABD ) John Tarduno'nun araştırmalarına göre , Dünya zaten 3.45 milyar yıl önce bir manyetik alana sahipti. O sırada alan gücü, mevcut değerinin% 50 ila% 70'i kadardı. Ancak 3.2 Ga kadar erken bir tarihte , dünyanın alanı bugün olduğu kadar yoğundu. 2014 yılında Dünya'nın manyetik alanının 4,2 milyar yıl önce zaten var olduğu öne sürüldü, ancak eski zirkon kristallerinin manyetizasyonuna dayanan bu çalışmaların geçerliliği 2020 yılında sorgulandı.
Dünyanın manyetik alanı hareketleri tarafından oluşturulan konveksiyon ve dış çekirdek oluşan gezegenimizin metal sıvı (özellikle Fe ve Ni ). Bu dış çekirdek bir gibi çalışır kendinden tahrikli dinamo (biz de demek kendine yeten , yani manyetik alan iç içe kendilerini alanı üretir elektrik akımlarının (kökeni olan yani) elektromanyetik indüksiyon ve hukuk Biot ve Savart ). Konveksiyon (nedeniyle muhtemelen solutal olan gradyanlar ve konsantrasyonu (nedeniyle bir gradyan ziyade termal yerine) sıcaklığı ) ve yakın büyümesine ilişkin iç kısım : katı demir-nikel, sıvı olarak çözünmüş elemanlar daha az zengin olan, kristalizasyon Bu sıvının, çözünmüş elementlerde dış çekirdeğin tabanını zenginleştirmesi; Bu elementler Fe ve Ni'den daha hafif olduğundan, derin metalik sıvı Arşimet'in itme kuvvetinin etkisi altında yükselme eğilimindedir .
Bununla birlikte, iç çekirdek, yukarıdaki mekanizmanın 1.5 Ga'dan fazla çalışmış olması için çok genç . Başka bir solutal konveksiyon işlemi olurdu ayrılım arasında magnezyum oksit ilerleyici (tamamen sıvı ise) çekirdeğin soğutma, MgO. MgO gerçekten çok yüksek sıcaklıklarda sıvı demir içinde çözünür. Çekirdekte önemli miktarda MgO , Dünya'nın büyümesi sırasında ve özellikle de Ay'ın başlangıcındaki devasa çarpışma sırasında çözülmüş olabilir .
Dünya manyetik alan bir ilk yaklaşım olarak, bir 'dekine, karşılaştırılabilir doğru mıknatıs (veya a manyetik dipol ya da geçtiği bir düz bobin bir elektrik akımı ) arasında, manyetik momenti 7.7 x 10 22 A m 2 2000 Bu mıknatısın merkez noktası tam olarak Dünya'nın merkezinde değil, geometrik merkezden birkaç yüz kilometre uzaklıkta bulunuyor. Bu yaklaşım, alanın, yoğunluğu dipolar bileşenden çok daha düşük olmasına rağmen, özellikle zayıflamayı gören karasal manyetik alanın tersine çevrilmesi sırasında göz ardı edilemeyecek çok kutuplu bileşenlere sahip olduğunu unutmamalıyız . dipolar olmayan bileşenler baskın hale gelir.
Potansiyel teorisi ile ilgili tarif Laplace 'in denklem bir bu, dört kutuplu bir ikinci amacıyla bu doğru mıknatıs üzerine yerleştirilmiş olan sonsuz kadar, vb üçüncü derece ile, bir octopole. Bu sözde küresel harmonik ayrışma , her mıknatısa atfedilecek önemi ağırlıklandıran katsayıları kabul eder. Değerlerini ilk ölçen , Dünya'nın etrafına dağılmış bir manyetik gözlemevleri ağından Gauss , daha sonra onlardan istatistiksel çalışmalar türetmek için.
1.000 km'den daha uzaktaki iyonosferin üzerindeki Dünya'nın manyetik alan çizgileri kümesine manyetosfer denir . Dünyanın manyetik alanının etkisi, onbinlerce kilometre uzakta hissedilir.
Güneş sistemindeki diğer gezegenlerin bir manyetik alanı vardır: Merkür , Satürn , Uranüs , Neptün ve özellikle Jüpiter . Güneş kendisi birine sahiptir.
Mıknatıslar eski çağlardan beri bilinmesine rağmen, 1000-1100 yıllarında onları pusula yardımıyla kendilerini yönlendirmek için kullanan Çinlilerdi . Mıknatıslar ve Dünya'nın manyetik alan arasındaki ilişki keşfedildi 1600 tarafından William Gilbert , Kraliçe bir İngiliz hekim ve fizikçi Elizabeth I re 1600 yılında yayıncılık Magno Magnete Tellürün ( "Dünya'nın Büyük Mıknatıs itibaren"). Bu teori, Isaac Newton'un yerçekiminden önce Dünya'nın küresel özellikleriyle ilgili ilk teoridir . Mıknatıslanmış bir topun (" Terrella ") yüzeyine yerleştirilen bir pusulanın her zaman Dünya'da olduğu gibi aynı noktayı gösterdiğini gösterdi.
Manyetik kutuplar geleneksel olarak dünya yüzeyinde manyetik alanın yerel olarak dikey olduğu noktalar olarak tanımlanır, yani manyetik eğim 90 derecedir (eğimin tanımı için manyetik alanın özelliklerine bakın). Her yarım küre, kuzey ve güney olmak üzere birer manyetik kutup vardır. XI olarak inci yüzyılın bilge Çinli Shen Kuo coğrafi kutupları ve manyetik eşleşmemelerine bildirilmesinden ilk kişi oldu. 1831'de bilim adamları manyetik kutupların değiştiğini fark ettiler.
Dünya'nın manyetik kuzey kutbu aslında bir “güney” manyetizma kutbudur. Bu, coğrafi Kuzey Kutbundan çok uzak olmayan bu manyetik kutbu işaret eden pusulanın iğnesinin noktasını "kuzey" olarak adlandırmak için yapılan seçim nedeniyle, saf bir konvansiyondur . İki jeomanyetik kutbun içinden geçen jeomanyetik eksen, Dünya'nın dönme eksenine göre 11,5 ° 'lik bir açı yapar; bunun manyetik sapma .
"Poly-Arctic" projesi tarafından Nisan 2007'de yapılan bir ölçüm, Kuzey Manyetik Kutbu'nu (Nm) 83.95 ° K enlem ve 121.02 ° W ( 83 ° 57 ′ 00 ″ K, 121 ° 01 ′ 12 ″ W) bir boylamda konumlandırdı. ), yani coğrafi Kuzey Kutbundan (Ng) 673 km ve daha sonra 1990'dan önce 15 km / yıl'a karşı ortalama 55 km / yıl hareket hızı ile . Bu ivme direğin hareket etmesine neden oldu. XXI inci XX boyunca yüzyılın th .
1990'ların ortalarından beri , Kanada'dan (ilk barlardan beri her zaman bulunduğu yer) Sibirya'ya , bu gelişme bilim camiası tarafından anlaşılmadan taşındı .
2010 yazında , coğrafi Kuzey Kutbundan 550 km uzaktaydı.
Hareketin hızlanması başka bir fenomenle birleştirilir: "jeomanyetik sarsıntılar", manyetik alanı yerel olarak "hızlandıran" dürtüler. Biri 2016'da gerçekleşti. Böylece, Amerikan uzman hizmetleri, 2019'da, alandaki referanslardan biri olan Dünya manyetik modelinin yeni bir versiyonunu dağıtmaya yönlendirildi .
Eylül 2019'da manyetik Kuzey Kutbu'nun boylamı Greenwich meridyenininki idi .
Ek olarak, manyetik direğin konumu gün içinde değişir, böylece ortalama konumu etrafında onlarca km hareket eder.
Güney Manyetik Kutup , bu arada, kapalı bulunduğu Adélie Land içinde, Urville Denizi 65 ° S ve 138'de, ° E.
Manyetik Kuzey Kutbu | (2001) 81 ° 18 ′ N, 110 ° 48 ′ W | (2004) 82 ° 18 ′ N, 113 ° 24 ′ W | (2005) 82 ° 42 ′ K, 114 ° 24 ′ W | (2010) 85 ° 00 ′ K, 132 ° 36 ′ W |
Manyetik Güney Kutbu | (1998) 64 ° 00 ′ G, 138 ° 30 ′ D | (2004) 63 ° 30 ′ G, 138 ° 00 ′ D | (2005) 63 ° 06 ′ G, 137 ° 30 ′ D | (2010) 64 ° 24 ′ G, 137 ° 18 ′ D |
Dünyanın manyetik alanındaki belirli bir noktada, manyetik alan vektörü dikey bir bileşene (yerel dikey boyunca veya kabaca Dünya'nın merkezine doğru yönlendirilmiş) ve yatay bir bileşene ayrılabilir . Manyetik kutuplarda, yatay bileşenin sıfır değeri vardır.
Güneş rüzgarı o iyonosfer ve magnetosferlerinde oluşturduğu elektrik akımlarıyla, ölçülen alanda varyasyonlar sorumludur. Güneş aktivitesine bağlı olarak, manyetik fırtınalar B 0 yatay bileşeninin yoğunluğunu değiştirerek dünyanın manyetik alanını bozabilir . Ek olarak, güneş rüzgarları Dünya'nın manyetik alanının alan çizgilerini bozar. Gündüzleri Dünya'ya doğru düzleşir ve gece tarafında ondan fazla karasal ışın saparlar .
Manyetik indüksiyonun değeri Nikola Tesla onuruna tesla ( Uluslararası Birimler Sistemindeki birimin adı) cinsinden ifade edilir . Şu anda, Fransa'nın merkezinde 47 μT civarında.
Arkeomanyetizma arkeolojik objelerin (tuğla, seramik, vb) ve manyetik alan setinin çalışma izleri dayalı Paleomanyetizmaya zamanla geomagnetism evrimini anlamak açısından oldukça kayalar üzerine kurulmuş; örneğin çağlar boyunca manyetik kutup tersine dönme tarihini belirleyerek.
Yarıçaplarına eşit bir mesafeyle ayrılmış iki özdeş Helmholtz bobini için, bu iki bobinin ortasında oluşturulan alan tek tip olarak kabul edilebilir (iki bobin aynı akımla geçilir). Bu bobinleri, indükledikleri alan dünyanın manyetik alanıyla hizalı olacak şekilde yerleştirerek, bobinler arasındaki sonuçtaki toplam alan şu şekilde olur:
.R / 2'ye yerleştirilen manyetik bir iğne (pusula) ortaya çıkan bu alanla aynı hizaya gelir. Denge konumundan çıkarıldığında, bir dönemde salınır:
burada μ mıknatıs ve manyetik momenti anlamına gelir J taşıma momenti.
Bobinlerdeki akımın yönü tersine çevrilirse, indüklenen alan yön değiştirir (yönün karasal alanla eşdoğrusal olarak korunması). Bobinin indüklediği alanın, dünyanın manyetik alanından daha düşük olmasını sağlayarak (akımın yönündeki değişiklik, iğnenin yönünde bir değişikliğe neden olmamalıdır), iğne daha sonra şu dönemde salınır:
.Bu iki dönemden elde ederiz:
.Bu nedenle, N dönüşlerden oluşan ve yoğunluk I akımıyla geçilen R yarıçaplı bobinleri T 1 ve T 2'yi ölçerek düşünürsek, karasal manyetik alanı çıkarırız:
.Helmholtz bobinleri bu kez, indükledikleri alan dünyanın manyetik alanına dik olacak şekilde yerleştirilir.
İki alanın etkisine maruz kalan manyetik iğne, sonuçlarına göre yönlendirilir. Pusulanın maruz kaldığı sonuç alan, karasal alanın ve indüklenen alanın toplamına eşittir ve aşağıdaki şekilde a yönünde hizalanır :
.Α açısının ölçümü , manyetik alanın değerini elde etmeyi mümkün kılar:
.Kusursuz bir pusulanın iğnesi ( parazitik bir alan tarafından rahatsız edilmeyen), bileşen boyunca kadrana paralel (normalde yatay olarak konumlandırılmış), bulunduğu yerin alan çizgisine teğet olarak yönlendirilir . Pusula , manyetik Kuzey Kutbunun yönünü gösterir ( coğrafi Kuzey Kutbunun yönünü değil ); göreli açısal fark , değeri nerede olduğunuza bağlı olan manyetik sapma olarak adlandırılır .
Bir adlandırılan navigasyon kullanılan pusula, pusula , genellikle manyetik kuzeyi, ancak göstermez pusula kuzeyi , hangi henüz (pusula sapması denir) başka düzeltme manyetik kuzeye yönünü bulmak için yapılmalıdır bir yön.
Bir konumun manyetik değişimi, bölgenin ayrıntılı haritalarında (1 / 50.000 veya 1 / 25.000) verilmiştir. Deniz ve havacılık haritalarında, yıllık varyasyonunun bir tahmini de verilmektedir (örneğin, yılda 6 'azalma). Bazı modern uygulamalar için (havacılık vb.) Bunun yerine manyetik alan vektörünün üç bileşenini ölçen bir manyetometre kullanılır .
Arkeolojik nesnelerde (tuğlalar, seramikler vb.) Sabitlenen manyetik alanın izlerinin incelenmesine dayanan arkeomanyetizma ile kayaların kaydettiği manyetik alandaki varyasyonların analizine dayanan paleomanyetizma arasında bir ayrım yapılır . Bir malzemenin "hızlı" katılaşması sırasında (bir çömlek ateşleme, volkanik patlama, vb.), İçerdiği manyetik çift kutuplar donar ve böylece Dünya'nın manyetik alanının yönünün anlık görüntüsünü verir. İşi Xavier Le Pichon 1970'lerde mümkün olgusunu vurgulamak için yapılan kıtasal sürüklenme orta Atlantik sırtları seviyesinde kaydedildi karasal manyetik alan içinde varyasyon çalışmadan. Böylece, Dünya'nın manyetik alanının milyonlarca yıl boyunca çoklu kutup tersine döndüğü keşfedildi .
Madencilik araştırması, jeomanyetizma çalışması için ana uygulama alanlarından biridir. Farklı manyetizasyonlara sahip farklı kayalar, dünyanın manyetik alanının yoğunluğunun değeri değiştirilir. Böylece, kayaların manyetizasyonundaki değişikliklere göre yapıların derinlemesine bir haritasını elde etmek mümkündür.
Dünyanın manyetik alanı, Dünya'daki yaşamın gelişmesinde hayati bir rol oynar, ölümcül parçacıkları güneş rüzgarından saptırır, böylece Kuzey Işıkları ve Güney Işıklarını oluşturur .
Dış çekirdek çok yavaş Yeryüzü manyetik alan soğutur oluşturur (sıvı). İç (katı) çekirdek , iç çekirdek ile doğrudan temas içinde dış çekirdek sıvı metalin katılaşması ile daha da büyür. Dış çekirdeğin birkaç milyar yıl içinde (neredeyse) tamamen katılaşacağı ve bunun sonucunda küresel manyetik alanın ortadan kalkacağı tahmin ediliyor.
Dünya daha sonra küresel bir manyetik alan olmadan bugün Venüs'te mevcut olanlarla karşılaştırılabilir koşullar sunacak .
Göçmenlerin çoğu karasal ( örneğin: kuşlar ) veya suda yaşayan ( örneğin: deniz kaplumbağaları ) hayvanların , göç sırasında başka duyular da dahil olsa bile , karasal manyetik alan ( manye algı) hakkında iyi bir algıya sahip olduğu görülmektedir . Örneğin, caretta caretta kaplumbağaları , dünyanın manyetik alanına ve eğimine bağlı olarak enleme duyarlıdır . Böylece, bu türün çok genç kaplumbağaları, yumurtadan çıktıktan kısa bir süre sonra, diğer bölgelerden ( Porto Riko ve Cape Verde , normal göç yolları üzerinde aynı enlemde (20 ° K), ancak farklı yerlerde bulunan manyetik alan koşullarını yeniden üreten bir havzaya yerleştirildi. boylamlar) bu ortamda hızla alacakları yöne döndüler (sırasıyla KD ve GD).
Dünyanın manyetik alanının tersine çevrilmesi, Dünya'nın jeolojik tarihinde tekrar eden bir fenomendir, manyetik Kuzey Kutbu coğrafi Güney Kutbu'na hareket eder ve bunun tersi de geçerlidir. Dünya'nın çekirdeğinin istikrarındaki bir bozulmanın sonucudur . Manyetik alan kısa bir süre (1000 ila 10.000 yıl) paniğe kapılır ve bu sırada manyetik kutuplar, teorilere bağlı olarak dünyanın tüm yüzeyinde hızla hareket eder veya kaybolur.
Bu geçiş sırasında, manyetik alanın yoğunluğu çok zayıftır ve gezegenin yüzeyi, canlı organizmalar için potansiyel olarak tehlikeli olan güneş rüzgarına maruz kalabilir . Bu bugün gerçekleşecek olsaydı, manyetik alanı kullanan birçok teknoloji de etkilenebilirdi.
Bu geçiş döneminin sonunda, ya manyetik kutuplar başlangıç konumlarına geri dönerler, o zaman bu sadece bir jeomanyetik gezinme meselesidir ya da değişirler ve orada tersine dönmeden söz ederiz.
Dünyanın alanı, son 200 milyon yılda yaklaşık 300 kez tersine döndü. Son tersine çevirme 780.000 yıl önceydi ve son tersine çevirme 33.000 yıl önceydi, kimse bir sonrakinin ne zaman olacağını bilmiyor.
2012 yılında, Mioara Mandea ve ekibi karasal manyetik değişiklikler ve uzanan bir alana Dünya'nın çekirdeğinin içindeki değişiklikler ile oluşturulan yerçekimsel alanlardaki değişiklikleri arasında bir korelasyon gösterdiği Alaska için Hint Okyanusu kanıtlanmış, sebebi ve hala etkinin raporu ve inşa edilecek teorik model.