Linee magnetiche della terra. Pianeta attraente

Il campo magnetico terrestre è simile a quello di un gigantesco magnete permanente inclinato di un angolo di 11 gradi rispetto al suo asse di rotazione. Ma qui c’è una sfumatura, la cui essenza è che la temperatura Curie del ferro è di soli 770°C, mentre la temperatura del nucleo di ferro della Terra è molto più alta, e solo sulla sua superficie è di circa 6000°C. A tale temperatura il nostro magnete non riuscirebbe a mantenere la sua magnetizzazione. Ciò significa che poiché il nucleo del nostro pianeta non è magnetico, il magnetismo terrestre ha una natura diversa. Allora da dove viene il campo magnetico della Terra?

Come è noto, i campi magnetici circondano le correnti elettriche, quindi ci sono tutte le ragioni per supporre che le correnti che circolano nel nucleo di metallo fuso siano la fonte del campo magnetico terrestre. La forma del campo magnetico terrestre è infatti simile al campo magnetico di una bobina percorsi da corrente.

L'intensità del campo magnetico misurato sulla superficie terrestre è di circa mezzo Gauss, mentre le linee di campo sembrano uscire dal pianeta dal polo sud ed entrare nel suo polo nord. Allo stesso tempo, su tutta la superficie del pianeta, l'induzione magnetica varia da 0,3 a 0,6 Gauss.

In pratica la presenza di un campo magnetico sulla Terra si spiega con l'effetto dinamo derivante dalla corrente che circola nel suo nucleo, ma questo campo magnetico non è sempre costante nella direzione. I campioni di roccia prelevati negli stessi luoghi, ma di età diverse, differiscono nella direzione della magnetizzazione. I geologi riferiscono che negli ultimi 71 milioni di anni il campo magnetico terrestre ha ruotato 171 volte!

Sebbene l'effetto dinamo non sia stato studiato in dettaglio, la rotazione terrestre gioca sicuramente un ruolo importante nella generazione di correnti che si ritiene siano la fonte del campo magnetico terrestre.

La sonda Mariner 2, che ha esaminato Venere, ha scoperto che Venere non ha un tale campo magnetico, sebbene il suo nucleo, come quello della Terra, contenga abbastanza ferro.

La risposta è che il periodo di rotazione di Venere attorno al proprio asse è pari a 243 giorni sulla Terra, cioè la dinamo generatrice di Venere ruota 243 volte più lentamente, e questo non è sufficiente per produrre un vero effetto dinamo.

Interagendo con le particelle del vento solare, il campo magnetico terrestre crea le condizioni per la comparsa delle cosiddette aurore vicino ai poli.

Il lato nord dell'ago della bussola è il polo nord magnetico, che è sempre orientato verso il polo nord geografico, che è praticamente il polo sud magnetico. Dopotutto, come sai, i poli magnetici opposti si attraggono.

Tuttavia, la semplice domanda è “come fa la Terra a ottenere il suo campo magnetico?” - non ha ancora una risposta chiara. È chiaro che la generazione di un campo magnetico è associata alla rotazione del pianeta attorno al proprio asse, perché Venere, con una composizione del nucleo simile, ma ruotante 243 volte più lentamente, non ha un campo magnetico misurabile.

Sembra plausibile che dalla rotazione del liquido del nucleo metallico, che costituisce la parte principale di questo nucleo, si crei l'immagine di un conduttore rotante, che crea un effetto dinamo e funziona come un generatore elettrico.

La convezione nel liquido della parte esterna del nucleo porta alla sua circolazione rispetto alla Terra. Ciò significa che il materiale elettricamente conduttivo si muove rispetto al campo magnetico. Se si carica a causa dell'attrito tra gli strati nel nucleo, l'effetto di una bobina con corrente è del tutto possibile. Una tale corrente è perfettamente in grado di mantenere il campo magnetico terrestre. Modelli computerizzati su larga scala confermano la realtà di questa teoria.

Durante gli anni ’50, come parte della strategia della Guerra Fredda, le navi della Marina americana rimorchiarono magnetometri sensibili lungo il fondo dell’oceano mentre cercavano un modo per rilevare i sottomarini sovietici. Durante le osservazioni, si è scoperto che il campo magnetico terrestre fluttua entro il 10% in relazione al magnetismo delle rocce stesse del fondale marino, che avevano la direzione opposta della magnetizzazione. Il risultato è stato un quadro di inversioni avvenute fino a 4 milioni di anni fa, calcolato con il metodo archeologico potassio-argon.

Andrej Povny

La domanda è sempre stata posta: come funziona una bussola? E oggi parleremo di qualcosa come il CAMPO MAGNETICO DELLA TERRA. E poiché, purtroppo, l'editore è limitato nel tempo, e vogliamo dare qualcosa di interessante, vi parleremo del “magnetismo terrestre” utilizzando diverse fonti.

COSÌ:

Il campo magnetico terrestre è rimasto a lungo un mistero, perché non esistono magneti in pietra, giusto? Ma una volta scoperto che all’interno della Terra è presente un’enorme quantità di ferro, tutto sembra andare a posto. Il ferro non forma un magnete “permanente” come quelli attaccati ai maialini di plastica e ai cuccioli di orso, che noi, senza sapere perché, compriamo per attaccarli al frigorifero. Le viscere della terra sono più simili a una dinamo. A proposito, questa si chiama dinamo geomagnetica. Come abbiamo già accennato, il ferro nel nucleo della Terra è per lo più allo stato fuso, ad eccezione di una "palla" solida e densa proprio al centro. La parte liquida continua ancora a riscaldarsi. In precedenza, questo fenomeno veniva spiegato dal fatto che gli elementi radioattivi, essendo più densi di qualsiasi altra cosa Composizione chimica i pianeti, immersi proprio nel centro, sono bloccati lì e il calore è fornito dall'energia radioattiva che emettono. La teoria moderna offre una spiegazione completamente diversa: la parte liquida del nucleo si riscalda, mentre la parte solida si raffredda. Il ferro fuso a contatto con il nucleo solido stesso si solidifica gradualmente e viene rilasciato calore. Quel calore deve andare da qualche parte, non può semplicemente scomparire come una boccata d'aria calda: ci sono migliaia di chilometri di solida roccia tutt'intorno. Il calore viene trasferito allo strato del nucleo fuso, riscaldandolo.

Potresti rimanere sorpreso dal fatto che la parte che entra in contatto con il nucleo solido può raffreddarsi e solidificarsi e, allo stesso tempo, riscaldarsi durante questo processo di solidificazione. La spiegazione è semplice: il ferro fuso caldo sale mentre si riscalda. Ricorda la mongolfiera. Quando riscaldi l'aria, questa sale. Ciò accade perché quando l'aria viene riscaldata, si espande, diventa meno densa e le sostanze meno dense galleggiano sopra quelle più dense. Il pallone trattiene l'aria in un enorme sacchetto di seta, spesso dai colori vivaci e decorato con i loghi delle banche o delle agenzie immobiliari, e si alza con l'aria. Il ferro caldo non si vernicia con nulla, ma sale allo stesso modo dell'aria calda, allontanandosi dal nucleo solido. Galleggia lentamente verso l'alto, raffreddandosi, e poi, quando fa troppo freddo, o meglio relativamente freddo, comincia di nuovo a sprofondare negli abissi. Di conseguenza, il nucleo terrestre è in continuo movimento, riscaldandosi all'interno e raffreddandosi all'esterno. Non può sollevarsi tutto in una volta, cioè alcune aree del nucleo galleggiano, mentre altre affondano di nuovo. Questo tipo di trasferimento di calore circolante è chiamato convezione.

Secondo i fisici, se vengono soddisfatte tre condizioni, i liquidi in movimento possono creare un campo magnetico. Innanzitutto, il liquido deve condurre corrente elettrica e il ferro lo fa molto bene. In secondo luogo, inizialmente deve essere presente almeno un piccolo campo magnetico, e ci sono buone ragioni per credere che la nostra Terra, allora ancora molto giovane, avesse una certa dose di magnetismo personale. In terzo luogo, qualcosa deve ruotare questo fluido, distorcendo il campo magnetico originale, e sulla Terra tale rotazione avviene a causa della forza di Coriolis, simile a forza centrifuga, che però agisce in modo più debole e risulta dalla rotazione della Terra attorno al proprio asse. In parole povere, la rotazione distorce il campo magnetico inizialmente debole, torcendolo come spaghetti su una forchetta. Il magnetismo poi risale verso l'alto, catturato dalle masse fluttuanti del nucleo di ferro. Come risultato di tutta questa rotazione, il campo magnetico diventa molto più forte.

Sì, in un certo senso si può dire che la Terra si comporta come se avesse al suo interno un enorme magnete, ma in realtà è tutto molto più complicato. Per rendere il quadro un po’ più specifico, ricordiamo che ci sono almeno altri sette fattori che determinano la presenza di un campo magnetico sulla Terra. Pertanto, alcuni componenti della crosta terrestre possono essere magneti permanenti. Come l’ago di una bussola che punta verso nord, essi si sono gradualmente allineati con la più forte dinamo geomagnetica, rafforzandola ulteriormente. Negli strati superiori dell'atmosfera c'è uno strato di gas ionizzato carico. Prima che venissero inventati i satelliti, la ionosfera svolgeva un ruolo fondamentale nelle comunicazioni radio: le onde radio rimbalzavano sul gas carico invece di fuggire nello spazio. La ionosfera è in movimento e l'elettricità in movimento crea un campo magnetico. Ad un'altitudine di circa 24.000 km scorre una corrente ad anello, uno strato di particelle ionizzate a bassa densità che forma un enorme toro. Ciò indebolisce leggermente la forza del campo magnetico terrestre.

I prossimi due fattori sono la cosiddetta magnetopausa e la coda magnetica, che sono sorte sotto l’influenza del vento solare sulla magnetosfera terrestre. Il vento solare è un flusso costante di particelle emesse dal Sole iperattivo. La magnetopausa è l'onda principale del campo magnetico terrestre, che si muove contro il vento solare, e la coda magnetica è la traccia di quest'onda dal lato opposto del pianeta, dove il campo magnetico della Terra "fuoriesce" verso l'esterno, ed è anche distrutto sotto l'influenza del vento solare. Inoltre, il vento solare provoca una sorta di spinta lungo l'orbita terrestre, creando un'ulteriore distorsione delle linee del campo magnetico, nota come corrente allineata di campo nella magnetosfera. E infine ci sono i flussi aurorali. L'aurora boreale, o aurora boreale, è una deliziosa e misteriosa luce pallida che brilla nel cielo polare settentrionale. Uno spettacolo simile, l'aurora australis, può essere osservato vicino al Polo Sud. Le aurore sono create da due bande di corrente elettrica che fluiscono dalla magnetopausa alla coda magnetica. Questo, a sua volta, crea nuovi campi magnetici e due correnti elettriche: occidentale e orientale.

Quindi dici che la Terra è solo un grande magnete? Ebbene sì, e l'oceano è una ciotola d'acqua.

I materiali magnetici trovati nelle rocce antiche indicano che di tanto in tanto il campo magnetico terrestre cambia polarità, il polo magnetico nord diventa sud e viceversa. Ciò accade circa una volta ogni mezzo milione di anni, sebbene non sia stato osservato uno schema rigoroso. Nessuno sa esattamente perché ciò accada, ma i modelli matematici mostrano che il campo magnetico terrestre può essere orientato con uguale probabilità in entrambe le direzioni, senza che nessuna delle due direzioni sia stabile. Qualsiasi posizione prima o poi perde stabilità e passa il testimone a quella opposta. Le transizioni avvengono rapidamente, nell'arco di circa 5mila anni, mentre i periodi tra loro sono cento volte più lunghi.

La maggior parte dei pianeti ha campi magnetici, e questo fatto è ancora più difficile da spiegare rispetto al campo terrestre. Abbiamo ancora molto da imparare sul magnetismo planetario.

Alfred Wegener

Una delle proprietà più impressionanti del nostro pianeta fu scoperta nel 1912, ma fu presa in considerazione solo negli anni '60. La prova più convincente a suo favore fu proprio il cambiamento dei poli magnetici. Il punto è che i continenti della terra non stanno fermi, ma vanno lentamente alla deriva lungo la superficie del pianeta. Secondo uno scienziato tedesco Alfred Wegener, che fu il primo a pubblicare la sua teoria, gli attuali continenti separati formavano un supercontinente, che chiamò Pangea(cioè "Tutta la terra"). Esisteva circa 300 milioni di anni fa.

Sicuramente Wegener non è stato il primo a pensarci. La sua idea fu, almeno in parte, influenzata dalla sorprendente somiglianza tra le coste dell'Africa e del Sud America. Ciò è particolarmente evidente sulla mappa. Naturalmente Wegener si basava su altri dati. Non era un geologo, ma un meteorologo, uno specialista in climi antichi, e fu sorpreso che in regioni con clima freddo furono trovate rocce che sorgevano chiaramente in regioni con clima caldo, e viceversa. Ad esempio, nel Sahara si possono ancora trovare i resti di antichi ghiacciai, che hanno 420 milioni di anni, e in Antartide si possono trovare felci fossilizzate. A quei tempi chiunque gli avrebbe detto che il clima era semplicemente cambiato. Tuttavia Wegener era convinto che il clima fosse rimasto pressoché lo stesso, ad eccezione dell'era glaciale, e che i continenti stessi cambiassero, cioè si spostassero. Supponeva che si fossero separati a causa della convezione nel mantello terrestre, ma non ne era sicuro.

Questa idea era considerata folle, soprattutto perché non era stata proposta da un geologo e inoltre Wegener ignorava tutti i fatti che non rientravano nella sua teoria. E il fatto che la somiglianza tra Africa e Sud America non sia così ideale e che la deriva dei continenti non possa essere spiegata. La convezione chiaramente non ha nulla a che fare con questo, poiché è troppo debole. Grande A'Tuin(sospetta che A'Tuin sia una ragazza) può portare il mondo intero sulle sue spalle, ma è solo una finzione, e in mondo reale Sembra che tali forze siano semplicemente impensabili.

Non a caso abbiamo usato la parola “impensabile”. Molti scienziati brillanti e rispettati ripetono spesso lo stesso errore. Confondono l’espressione “non capisco come possa essere” con “è assolutamente impossibile”. Uno di questi, per quanto possa vergognarsi di ammetterlo, uno di noi due, era un matematico, ed eccellente, ma quando i suoi calcoli dimostrarono che il mantello terrestre non può muovere i continenti, non gli venne nemmeno in mente che le teorie su cui si basavano i calcoli erano sbagliate. Il suo nome era Sir Harold Jeffreys, e il suo problema era che evidentemente gli mancava il volo della fantasia, perché non solo i contorni dei continenti su entrambe le sponde dell'Atlantico coincidevano. Anche dal punto di vista della geologia e della paleontologia tutto convergeva. Prendiamo, ad esempio, i resti fossili di una bestia nominata mesosauro, vissuto 270 milioni di anni fa sia in Sud America che in Africa. È improbabile che il mesosauro abbia nuotato attraverso l'Oceano Atlantico; piuttosto, ha vissuto semplicemente sulla Pangea, essendo riuscito a stabilirsi in entrambi i continenti quando non erano ancora separati.

Tuttavia, negli anni '60 del XX secolo, l'idea di Wegener fu riconosciuta e la sua teoria della "deriva dei continenti" fu affermata nella scienza. In una riunione di eminenti geologi, un giovane di nome Edward Ballard, che somigliava molto a Ponder Toups, e due dei suoi colleghi dimostrarono le capacità di un allora nuovo dispositivo chiamato computer. Hanno incaricato la macchina di trovare la migliore corrispondenza non solo tra Africa e Sud America, ma anche Nord America ed Europa, tenendo conto dei possibili ma modifiche minori. Invece di prendere i contorni attuali della costa, che non era un’idea molto brillante all’inizio, permettendo agli oppositori della teoria della deriva di sostenere che i continenti non coincidevano, i giovani scienziati usarono un contorno corrispondente ad una profondità di 3.200 piedi ( 1.000 m) sotto il livello del mare, poiché secondo loro era meno soggetto all'erosione. I contorni si adattavano bene e la geologia era fantastica. E sebbene i partecipanti alla conferenza non abbiano ancora raggiunto un consenso, la teoria della deriva dei continenti ha finalmente ricevuto un certo riconoscimento.

Oggi abbiamo molte più prove e una chiara comprensione del meccanismo della deriva. Nella parte centrale dell'Oceano Atlantico, a metà strada tra il Sud America e l'Africa, una delle dorsali oceaniche si estende da sud a nord (queste, tra l'altro, esistono in tutti gli altri oceani). I materiali vulcanici risalgono dalle profondità lungo tutta la dorsale per poi diffondersi lungo le sue pendici. E questo accade da 200 milioni di anni. Puoi persino inviare un sottomarino e osservare semplicemente il processo. Naturalmente, non basterebbe una vita per accorgersene, ma l’America si sta allontanando dall’Africa al ritmo di 3/4 di pollice (2 cm) all’anno. Le nostre unghie crescono più o meno alla stessa velocità, tuttavia le moderne attrezzature sono in grado di registrare questi cambiamenti.

La prova più evidente della deriva dei continenti proviene dal campo magnetico terrestre: le rocce su entrambi i lati delle creste hanno un curioso schema di strisce magnetiche che cambiano polarità da nord a sud e viceversa, con lo schema su entrambi i versanti che è simmetrico. Ciò significa che le strisce si sono congelate nel campo magnetico mentre si raffreddavano. Quando la dinamo terrestre cambiava di tanto in tanto la sua polarità, le rocce della dorsale si magnetizzavano nel suo campo. Poi, dopo che le rocce magnetizzate furono separate, apparvero modelli identici sui lati opposti della cresta.

La superficie della Terra non è una sfera solida. Sia i continenti che il fondale oceanico galleggiano su enormi placche particolarmente dure che possono allontanarsi quando il magma si insinua tra di loro. (E molto spesso ciò accade a causa della convezione nel mantello. Jeffreys semplicemente non sapeva tutto quello che sappiamo sul movimento del mantello.) Ci sono circa una dozzina di placche, la cui larghezza varia da seicento (1000 km) a seimila (10.000 km) miglia e girano continuamente. Dove i loro confini si toccano, sfregano e scivolano, si verificano costantemente terremoti ed eruzioni vulcaniche. Soprattutto nella cintura di fuoco del Pacifico, che si estende lungo l’intero perimetro dell’Oceano Pacifico e comprende la costa occidentale del Cile, l’America centrale, gli Stati Uniti e oltre le isole giapponesi e Nuova Zelanda. Sono tutti sul bordo di un'unica lastra gigante. Dove le placche si scontrano sorgono montagne: una placca finisce sotto l’altra e la solleva, schiacciandone e schiacciandone il bordo. L'India non fa affatto parte del continente asiatico, si è semplicemente schiantata contro di esso, creando le montagne più alte del mondo: l'Himalaya. Ha accelerato così tanto che continua ancora il suo movimento e l'Himalaya sta crescendo.

(c) Discworld Science, Terry Pratchett, Jack Cohen, Ian Stewart(In generale, leggi questo libro; non troverai una guida migliore in una forma divertente (ma prima, familiarizza, in linea di principio, con la serie "Discworld" di Pratchett in ordine bibliografico NON COME POPOLARE)).

Video del Campo Magnetico di Roscosmos:

Come funziona una bussola?

Chi non ha visto una bussola? Una piccola cosa che sembra un orologio con una lancetta. Lo giri e lo giri, ma la freccia gira ostinatamente in una direzione. L'ago della bussola è un magnete che ruota liberamente sull'ago. Il principio di funzionamento di una bussola magnetica si basa sull'attrazione e repulsione di due magneti. I poli opposti dei magneti si attraggono, così come i poli si respingono. Anche il nostro pianeta è un tale magnete. La sua forza è piccola, non è sufficiente per manifestarsi su un magnete pesante. Tuttavia, anche l'ago leggero di una bussola, in equilibrio su un ago, ruota sotto l'influenza di un piccolo campo magnetico.

bussola sportiva

Affinché l'ago della bussola non penzoli, ma indichi chiaramente la direzione indipendentemente dalle vibrazioni, deve essere magnetizzato in modo abbastanza forte. Nelle bussole sportive, il bulbo con la freccia è pieno di liquido. Non aggressivo per parti in plastica e metallo, non gela alle temperature invernali. La bolla d'aria rimasta nel pallone funge da indicatore di livello per orientare la bussola sul piano orizzontale.

La guida nello studio del campo magnetico terrestre appartiene allo scienziato inglese William Gilbert. Nel suo libro "Sul magnete, i corpi magnetici e il grande magnete - la Terra", pubblicato nel 1600, presentò la Terra sotto forma di un gigantesco magnete permanente, il cui asse non coincide con l'asse di rotazione del Terra. L'angolo tra l'asse di rotazione e l'asse magnetico è chiamato declinazione magnetica.

A causa di questa discrepanza non è del tutto vero affermare che l’ago della bussola punta sempre verso nord. Indica un punto situato a una distanza di 2100 km dal polo nord, sull'isola di Somerset (le sue coordinate sono 75°, 6 N, 101° O - dati per il 1965). I poli magnetici della Terra si stanno lentamente spostando. Oltre a tale errore nella direzione della freccia (lo chiameremo sistematico), non dobbiamo dimenticare anche altri motivi per cui la bussola non funziona correttamente:

Oggetti metallici o magneti situati vicino alla bussola ne deviano l'ago
Dispositivi elettronici che sono sorgenti di campi elettromagnetici
Depositi minerali – minerali metallici
Le tempeste magnetiche che si verificano durante anni di forte attività solare distorcono il campo magnetico terrestre.

Ora prova a rispondere alle domande per i più intelligenti:

E mentre pensi, te ne darò alcuni fatti interessanti sul campo magnetico terrestre.

Risulta che si indebolisce di circa lo 0,5% ogni 10 anni. Secondo varie stime, scomparirà tra 1-2mila anni. Si presume che in questo momento si verificherà un'inversione di polarità tra il magnete e la Terra. Dopodiché il campo ricomincerà ad aumentare, ma i poli magnetici nord e sud cambieranno di posto. Si ritiene che ciò sia accaduto al nostro pianeta un numero enorme di volte.

Si scopre che anche gli uccelli migratori si orientano “tramite la bussola” o, più precisamente, il campo magnetico terrestre funge loro da guida. Recentemente, gli scienziati hanno appreso che gli uccelli hanno una piccola "bussola" magnetica nella zona degli occhi, un minuscolo campo di tessuto in cui si trovano cristalli di magnetite, che hanno la capacità di magnetizzarsi in un campo magnetico.

Puoi creare tu stesso una semplice bussola. Per fare ciò, lascia l'ago da cucito accanto al magnete per diversi giorni. Successivamente, l'ago verrà magnetizzato. Dopo averlo inumidito con grasso o olio, abbassare con attenzione l'ago sulla superficie dell'acqua versata nella tazza. Il grasso non lo lascerà affondare e l'ago girerà da nord a sud (o viceversa :).

Sei impressionato? Ora puoi controllare le tue risposte alle domande:

Dove pensi che punterà l'ago della bussola se ti trovi tra il polo nord geografico e il polo nord magnetico?
- L'estremità settentrionale della freccia punterà... a sud, e l'estremità meridionale - a nord!
Dove punta la freccia quando la bussola è vicina al polo magnetico?
- si scopre che una freccia sospesa ad un filo nella zona del polo magnetico tende a girare su se stessa... verso il basso, lungo le linee magnetiche della Terra!
Se, guidato da una bussola, cammini rigorosamente verso nord-est per un tempo molto lungo, dove finirai?
– arriverai al polo nord magnetico! Prova a tracciare il tuo percorso sul globo, si rivela un percorso molto interessante.

e questo è l'aspetto che avrebbe potuto avere la bussola marittima sulla nave di Colombo

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Nel 1905 Einstein definì la causa del magnetismo terrestre uno dei cinque misteri principali della fisica contemporanea.

All'inizio del XX secolo, il fatto stesso dell'esistenza del campo geomagnetico non poteva essere spiegato in alcun modo (nonostante il fatto che la sua caratteristica più paradossale semplicemente non fosse sospettata a quel tempo). Si sapeva che i poli magnetici si muovevano leggermente sulla superficie terrestre, ma nessuno immaginava che fossero capaci di comportamenti più radicali: questa scoperta era solo in arrivo

Sempre nel 1905, il geofisico francese Bernard Brunhes effettuò misurazioni del magnetismo dei depositi lavici del Pleistocene nel dipartimento meridionale del Cantal. Il vettore di magnetizzazione di queste rocce era quasi di 180 gradi con il vettore del campo magnetico planetario (il suo connazionale P. David aveva ottenuto risultati simili anche un anno prima). Brunhes giunse alla conclusione che tre quarti di milione di anni fa, durante l'effusione della lava, la direzione delle linee del campo geomagnetico era opposta a quella moderna. È così che è stato scoperto l'effetto dell'inversione (inversione di polarità) del campo magnetico terrestre. Nella seconda metà degli anni '20 le conclusioni di Brunhes furono confermate da P.L. Mercanton e Monotori Matuyama, ma queste idee ricevettero riconoscimento solo entro la metà del secolo.

Ora sappiamo che il campo geomagnetico esiste da almeno 3,5 miliardi di anni, e durante questo periodo i poli magnetici si sono scambiati di posto migliaia di volte (Brunhes e Matuyama hanno studiato l’inversione più recente, che ora porta i loro nomi). A volte il campo geomagnetico mantiene il suo orientamento per decine di milioni di anni, a volte per non più di cinquecento secoli. Il processo di inversione stesso richiede solitamente diverse migliaia di anni e, una volta completato, l'intensità del campo, di regola, non ritorna al valore precedente, ma cambia di diversi punti percentuali.

Il meccanismo dell'inversione geomagnetica non è del tutto chiaro fino ad oggi, e anche cento anni fa non consentiva alcuna spiegazione ragionevole. Pertanto, le scoperte di Brunhes e David non hanno fatto altro che rafforzare la valutazione di Einstein: in effetti, il magnetismo terrestre era estremamente misterioso e incomprensibile. Ma a quel tempo era stato studiato per oltre trecento anni e nel XIX secolo fu studiato da stelle della scienza europea come il grande viaggiatore Alexander von Humboldt, il brillante matematico Carl Friedrich Gauss e il brillante fisico sperimentale Wilhelm Weber. Quindi Einstein guardò davvero alla radice.

168 poli magnetici

Quanti poli magnetici pensi che abbia il nostro pianeta? Quasi tutti diranno che due si trovano nell'Artico e nell'Antartico. In realtà la risposta dipende dalla definizione del concetto di polo. I poli geografici sono considerati i punti di intersezione dell'asse terrestre con la superficie del pianeta. Poiché la Terra ruota come un corpo rigido, esistono solo due punti simili e non si può pensare a nient'altro. Ma con i poli magnetici la situazione è molto più complicata. Ad esempio, un polo può essere considerato una piccola area (idealmente, ancora un punto) in cui le linee di forza magnetiche sono perpendicolari alla superficie terrestre. Tuttavia, qualsiasi magnetometro registra non solo il campo magnetico planetario, ma anche i campi delle rocce locali, delle correnti elettriche ionosferiche, delle particelle del vento solare e di altre fonti aggiuntive di magnetismo (e la loro quota media non è così piccola, dell'ordine di diversi punti percentuali). . Quanto più preciso è il dispositivo, tanto meglio lo fa - e quindi rende sempre più difficile isolare il vero campo geomagnetico (si chiama quello principale), la cui sorgente si trova nelle profondità della terra. Pertanto, le coordinate polari determinate mediante misurazione diretta non sono stabili nemmeno per un breve periodo di tempo.

Poli al contrario

Molte persone sanno che i nomi generalmente accettati dei poli sono esattamente l'opposto. Nell'Artico c'è un polo verso il quale punta l'estremità settentrionale dell'ago magnetico, quindi dovrebbe essere considerato meridionale (come i poli si respingono, a differenza dei poli si attraggono!). Allo stesso modo, il polo nord magnetico si trova alle alte latitudini dell’emisfero australe. Tuttavia, tradizionalmente chiamiamo i poli in base alla geografia. I fisici concordano da tempo sul fatto che le linee di forza escono dal polo nord di qualsiasi magnete ed entrano nel polo sud. Ne consegue che le linee del magnetismo terrestre lasciano il polo geomagnetico sud e si dirigono verso nord. Questa è la convenzione e non dovresti violarla (è tempo di ricordare la triste esperienza di Panikovsky!).

Potete agire diversamente e stabilire la posizione del polo in base ad alcuni modelli di magnetismo terrestre. In prima approssimazione, il nostro pianeta può essere considerato un dipolo magnetico geocentrico, il cui asse passa per il suo centro. Attualmente, l'angolo tra esso e l'asse terrestre è di 10 gradi (diversi decenni fa era più di 11 gradi). Con una modellazione più accurata, si scopre che l'asse del dipolo è spostato rispetto al centro della Terra verso la parte nord-occidentale dell'Oceano Pacifico di circa 540 km (questo è un dipolo eccentrico). Ci sono altre definizioni.

Ma non è tutto. Il campo magnetico della Terra in realtà non ha simmetria dipolare e quindi ha più poli, e in numero enorme. Se consideriamo la Terra come un quadrupolo magnetico, un quadrupolo, dovremo introdurre altri due poli: in Malesia e nella parte meridionale dell'Oceano Atlantico. Il modello ottupolo specifica gli otto poli, ecc. I moderni modelli più avanzati di magnetismo terrestre operano con un massimo di 168 poli. Vale la pena notare che durante l'inversione scompare temporaneamente solo la componente dipolare del campo geomagnetico, mentre le altre cambiano molto meno.

Il polo magnetico, non importa come lo definisci, non sta fermo. Il Polo Nord del dipolo geocentrico aveva coordinate di 79,5 N e 71,6 W nel 2000, e di 80,0 N e 72,0 W nel 2010. Il vero Polo Nord (quello rivelato dalle misurazioni fisiche) si è spostato dal 2000 da 81,0 N e 109,7 W a 85,2 N e 127,1 W. Per quasi tutto il XX secolo non ha percorso più di 10 km all'anno, ma dopo il 1980 ha cominciato improvvisamente a muoversi molto più velocemente. All'inizio degli anni '90 la sua velocità superava i 15 km all'anno e continua a crescere.

Il risultato della modellazione computerizzata dell'inversione del campo geomagnetico nel modello di Roberts e Glatzmeier su intervalli di decine e centinaia di migliaia di anni.

Come ha detto a Popular Mechanics Lawrence Newitt, ex capo del laboratorio geomagnetico del Canadian Geological Research Service, il vero polo sta ora migrando verso nord-ovest, spostandosi di 50 km all'anno. Se il vettore del suo movimento non cambia per diversi decenni, entro la metà del 21 ° secolo finirà in Siberia. Secondo la ricostruzione effettuata diversi anni fa dallo stesso Newitt, nel 17° a XVIII secoli Il polo nord magnetico si spostò prevalentemente verso sud-est e girò verso nord-ovest solo intorno al 1860. Il vero polo sud magnetico si muove nella stessa direzione da 300 anni e il suo spostamento medio annuo non supera i 10-15 km.

Dinamo di ferro

Da dove viene il campo magnetico terrestre? Una possibile spiegazione è semplicemente lampante. La Terra ha un nucleo interno solido di ferro-nichel, il cui raggio è di 1220 km. Dato che questi metalli sono ferromagnetici, perché non supporre che il nucleo interno abbia una magnetizzazione statica, che garantisce l’esistenza del campo geomagnetico? La multipolarità del magnetismo terrestre può essere attribuita all'asimmetria della distribuzione dei domini magnetici all'interno del nucleo. La migrazione polare e le inversioni del campo geomagnetico sono più difficili da spiegare, ma probabilmente possiamo provarci.

Tuttavia, non ne viene fuori nulla. Tutti i ferromagneti rimangono ferromagnetici (cioè mantengono la magnetizzazione spontanea) solo al di sotto di una certa temperatura: il punto di Curie. Per il ferro è di 768 °C (per il nichel è molto più bassa) e la temperatura del nucleo interno della Terra supera notevolmente i 5000 gradi. Dobbiamo quindi abbandonare l’ipotesi del geomagnetismo statico. Tuttavia, è possibile che nello spazio esistano pianeti raffreddati con nuclei ferromagnetici.

Consideriamo un'altra possibilità. Il nostro pianeta ha anche un nucleo esterno liquido spesso circa 2.300 km. Consiste in una fusione di ferro e nichel con una miscela di elementi più leggeri (zolfo, carbonio, ossigeno e, forse, potassio radioattivo - nessuno lo sa con certezza). La temperatura della parte inferiore del nucleo esterno coincide quasi con la temperatura del nucleo interno, e nella zona superiore al confine con il mantello scende fino a 4400 °C. Pertanto, è del tutto naturale supporre che a causa della rotazione della Terra si formino correnti circolari, che potrebbero essere la causa dell'emergere del magnetismo terrestre.

Questo è esattamente lo schema discusso dai geofisici 80 anni fa. Credevano che i flussi del fluido conduttore del nucleo esterno, a causa della loro energia cinetica, generassero correnti elettriche che coprivano l'asse terrestre. Queste correnti generano un campo magnetico prevalentemente di tipo dipolare, le cui linee di campo sulla superficie terrestre sono allungate lungo i meridiani (tale campo è chiamato poloidale). Questo meccanismo evoca un'associazione con il funzionamento di una dinamo, da qui il suo nome.

Lo schema descritto è bello e visivo, ma sfortunatamente sbagliato. Si basa sul presupposto che il movimento della materia nel nucleo esterno sia simmetrico rispetto all'asse terrestre. Tuttavia, nel 1933, il matematico inglese Thomas Cowling dimostrò il teorema secondo il quale nessun flusso assialsimmetrico è in grado di garantire l'esistenza di un campo geomagnetico a lungo termine. Anche se dovesse apparire, la sua età sarebbe di breve durata, decine di migliaia di volte inferiore all’età del nostro pianeta. Abbiamo bisogno di un modello più complesso.

Tutta la potenza è in convezione

"Non sappiamo esattamente quando è sorto il magnetismo terrestre, ma potrebbe essere avvenuto subito dopo la formazione del mantello e del nucleo esterno", afferma David Stevenson, uno dei massimi esperti di magnetismo planetario e professore al California Institute of Technology. . — Per attivare la geodinamo è necessario un campo di semina esterno, e non necessariamente potente. Questo ruolo, ad esempio, potrebbe essere assunto dal campo magnetico del Sole o dai campi di correnti generati nel nucleo per effetto termoelettrico. In definitiva, questo non è troppo importante; c’erano abbastanza fonti di magnetismo. In presenza di un tale campo e del movimento circolare dei flussi di fluido conduttore, il lancio di una dinamo intraplanetaria divenne semplicemente inevitabile”.

L'aurora è generata dall'interazione dell'atmosfera e delle particelle cariche catturate dal campo magnetico terrestre, che è perpendicolare alla superficie nelle regioni polari.

Ecco la spiegazione generalmente accettata per un simile lancio. Per semplicità, supponiamo che il campo seme sia quasi parallelo all'asse di rotazione terrestre (è sufficiente infatti che abbia una componente diversa da zero in questa direzione, cosa quasi inevitabile). La velocità di rotazione del materiale del nucleo esterno diminuisce man mano che diminuisce la profondità e, a causa della sua elevata conduttività elettrica, le linee del campo magnetico si muovono con esso - come dicono i fisici, il campo è “congelato” nel mezzo. Pertanto, le linee di forza del campo di semi si piegheranno, andando in avanti a profondità maggiori e rimanendo indietro a quelle meno profonde. Alla fine si allungheranno e si deformeranno così tanto da dare origine a un campo toroidale, anelli magnetici circolari che attraversano l'asse terrestre e puntano in direzioni opposte negli emisferi settentrionale e meridionale. Questo meccanismo è chiamato effetto w.

Secondo il professor Stevenson, è molto importante capire che il campo toroidale del nucleo esterno è sorto a causa del campo seme poloidale e, a sua volta, ha dato origine a un nuovo campo poloidale osservato sulla superficie terrestre: “Entrambi i tipi di geodinamo planetaria i campi sono interconnessi e non possono esistere l’uno senza l’altro”.

Protezione magnetica

Il magnetismo della Terra viene monitorato utilizzando una vasta rete di osservatori geomagnetici, la cui creazione iniziò negli anni '30 dell'Ottocento. Per gli stessi scopi vengono utilizzati strumenti di bordo, aeronautici e spaziali (ad esempio, magnetometri scalari e vettoriali del satellite danese Ørsted, operativo dal 1999). Le intensità del campo geomagnetico vanno da circa 20.000 nanotesla vicino alla costa del Brasile a 65.000 nanotesla vicino al Polo Sud magnetico. Dal 1800, la sua componente dipolare è diminuita di quasi il 13% (e dalla metà del XVI secolo del 20%), mentre la sua componente quadrupolare è leggermente aumentata. Gli studi paleomagnetici mostrano che per diverse migliaia di anni prima dell'inizio della nostra era, l'intensità del campo geomagnetico aumentò costantemente, per poi cominciare a diminuire. Tuttavia, l'attuale momento di dipolo planetario è significativamente più alto del suo valore medio negli ultimi centocinquanta milioni di anni (nel 2010 sono state pubblicate misurazioni paleomagnetiche che mostrano che tre miliardi e mezzo di anni fa il campo magnetico della Terra era forte la metà di quello attuale). Oggi). Ciò significa che l'intera storia delle società umane, dall'emergere dei primi stati fino ai nostri giorni, è caduta sul massimo locale del campo magnetico terrestre. È interessante pensare se ciò abbia influenzato il progresso della civiltà. Questa ipotesi cessa di sembrare fantastica se consideriamo che il campo magnetico protegge la biosfera dalle radiazioni cosmiche. Ed ecco un'altra circostanza che vale la pena notare. Nella giovinezza e persino nell’adolescenza del nostro pianeta, tutta la materia nel suo nucleo era in fase liquida. Il solido nucleo interno si è formato relativamente di recente, forse solo un miliardo di anni fa. Quando ciò è accaduto, le correnti di convezione sono diventate più ordinate, il che ha portato ad un funzionamento più stabile della geodinamo. Per questo motivo, il campo geomagnetico ha guadagnato in grandezza e stabilità. Si può presumere che questa circostanza abbia avuto un effetto benefico sull'evoluzione degli organismi viventi. In particolare, il rafforzamento del geomagnetismo ha migliorato la protezione della biosfera dalle radiazioni cosmiche e ha quindi facilitato l’uscita della vita dall’oceano alla terra.

Magnetismo imprevedibile

15 anni fa, Gary Glatzmeier, insieme a Paul Roberts, pubblicò un bellissimo modello computerizzato del campo geomagnetico: “In linea di principio, per spiegare il geomagnetismo, esiste da tempo un apparato matematico adeguato: le equazioni dell'idrodinamica magnetica più le equazioni che descrivono la forza di gravità e flussi di calore all'interno del nucleo terrestre. I modelli basati su queste equazioni sono molto complessi nella loro forma originale, ma possono essere semplificati e adattati per i calcoli computerizzati. Questo è esattamente quello che abbiamo fatto io e Roberts. Un'analisi su un supercomputer ha permesso di costruire una descrizione autoconsistente dell'evoluzione a lungo termine della velocità, della temperatura e della pressione dei flussi di materia nel nucleo esterno e dell'evoluzione associata dei campi magnetici. Abbiamo anche scoperto che se riproduciamo la simulazione su intervalli di tempo dell'ordine di decine e centinaia di migliaia di anni, inevitabilmente si verificano inversioni del campo geomagnetico. Quindi, a questo riguardo, il nostro modello fa un buon lavoro nel trasmettere la storia magnetica del pianeta. C’è però una difficoltà che non è stata ancora risolta. I parametri del materiale del nucleo esterno, inclusi in tali modelli, sono ancora troppo lontani dalle condizioni reali. Ad esempio, abbiamo dovuto accettare che la sua viscosità è molto elevata, altrimenti le risorse dei supercomputer più potenti non sarebbero sufficienti. In realtà non è così, ci sono tutte le ragioni per credere che coincida quasi con la viscosità dell'acqua. I nostri modelli attuali non sono in grado di tenere conto della turbolenza, che senza dubbio si verifica. Ma i computer stanno guadagnando forza ogni anno, e tra dieci anni ci saranno simulazioni molto più realistiche”.

"Il funzionamento della geodinamo è inevitabilmente associato a cambiamenti caotici nel flusso della fusione di ferro-nichel, che si traducono in fluttuazioni nei campi magnetici", aggiunge il professor Stevenson. — Le inversioni del magnetismo terrestre sono semplicemente le fluttuazioni più forti possibili. Dato che sono di natura stocastica, difficilmente possono essere previsti in anticipo, o almeno non possiamo farlo”.

La maggior parte dei pianeti sistema solare hanno campi magnetici a vari livelli.
Una branca speciale della geofisica che studia l'origine e la natura del campo magnetico terrestre è chiamata geomagnetismo. Il geomagnetismo considera i problemi dell'emergere e dell'evoluzione della componente principale e costante del campo geomagnetico, la natura della componente variabile (circa l'1% del campo principale), nonché la struttura della magnetosfera - gli strati di plasma magnetizzati più alti dell'atmosfera terrestre, interagendo con il vento solare e proteggendo la Terra dalla penetrazione delle radiazioni cosmiche. Un compito importante è studiare i modelli di variazione del campo geomagnetico, poiché sono causati da influenze esterne associate principalmente all'attività solare.

Ciò può sorprendere, ma oggi non esiste un unico punto di vista sul meccanismo dell'emergere del campo magnetico dei pianeti, sebbene l'ipotesi dell'idrodinamo magnetico, basata sul riconoscimento dell'esistenza di un nucleo esterno liquido conduttivo, sia quasi universalmente accettato. La convezione termica, cioè la mescolanza della materia nel nucleo esterno, contribuisce alla formazione di correnti elettriche anulari. La velocità di movimento della materia nella parte superiore del nucleo liquido sarà leggermente inferiore e negli strati inferiori sarà maggiore rispetto al mantello nel primo caso e al nucleo solido nel secondo. Tali flussi lenti provocano la formazione di campi elettrici a forma di anello (toroidale), di forma chiusa, che non si estendono oltre il nucleo. A causa dell'interazione dei campi elettrici toroidali con le correnti convettive, nel nucleo esterno si forma un campo magnetico totale di natura dipolare, il cui asse coincide approssimativamente con l'asse di rotazione della Terra. Per "avviare" un tale processo è necessario un campo magnetico iniziale, almeno molto debole, che può essere generato dall'effetto giromagnetico quando un corpo rotante viene magnetizzato nella direzione del suo asse di rotazione.

Anche il vento solare gioca un ruolo importante: un flusso di particelle cariche, principalmente protoni ed elettroni, provenienti dal Sole. Per la Terra, il vento solare è un flusso di particelle cariche in una direzione costante, e questo non è altro che una corrente elettrica.

Secondo la definizione della direzione della corrente, è diretta nella direzione opposta al movimento delle particelle caricate negativamente (elettroni), ad es. dalla Terra al Sole. Le particelle che formano il vento solare, dotate di massa e carica, vengono trasportate dagli strati superiori dell'atmosfera nella direzione della rotazione terrestre. Nel 1958 fu scoperta la cintura di radiazioni della Terra. Questa è un'enorme zona nello spazio, che copre la Terra all'equatore. Nella cintura di radiazione i principali portatori di carica sono gli elettroni. La loro densità è di 2-3 ordini di grandezza superiore alla densità di altri portatori di carica. E così c'è una corrente elettrica causata dal movimento circolare diretto delle particelle del vento solare, trasportate dal movimento circolare della Terra, generando un campo elettromagnetico “a vortice”.

Da notare che il flusso magnetico provocato dalla corrente del vento solare penetra anche nel flusso di lava calda rotante con la Terra al suo interno. Come risultato di questa interazione, viene indotta una forza elettromotrice, sotto l'influenza della quale scorre una corrente, che crea anche un campo magnetico. Di conseguenza, il campo magnetico terrestre è il campo risultante dall'interazione della corrente ionosferica e della corrente di lava.

L'immagine reale del campo magnetico terrestre dipende non solo dalla configurazione del foglio attuale, ma anche dalle proprietà magnetiche della crosta terrestre, nonché dalla posizione relativa delle anomalie magnetiche. Qui possiamo tracciare un'analogia con un circuito con corrente in presenza di un nucleo ferromagnetico e senza di esso. È noto che il nucleo ferromagnetico non solo modifica la configurazione del campo magnetico, ma lo migliora anche in modo significativo.

È stato stabilito in modo affidabile che il campo magnetico della Terra risponde all'attività solare, tuttavia, se associamo l'emergere del campo magnetico dei pianeti solo con gli strati attuali nel nucleo liquido che interagiscono con il vento solare, allora possiamo concludere che i pianeti di il sistema solare, che ha lo stesso senso di rotazione, deve avere la stessa direzione dei campi magnetici. Tuttavia, ad esempio, Giove confuta questa affermazione.

È interessante notare che quando il vento solare interagisce con il campo magnetico eccitato della Terra, sulla Terra agisce una coppia diretta verso la rotazione della Terra. Pertanto, la Terra, rispetto al vento solare, si comporta in modo simile a un motore DC autoeccitato. La fonte di energia (generatore) in questo caso è il Sole. Poiché sia il campo magnetico che la coppia che agisce sulla Terra dipendono dalla corrente del Sole, e quest'ultima dal grado di attività solare, con l'aumentare dell'attività solare la coppia che agisce sulla Terra dovrebbe aumentare e la velocità della sua rotazione dovrebbe aumento.

Componenti del campo geomagnetico

Il campo magnetico della Terra (campo geomagnetico) può essere suddiviso nelle seguenti tre parti principali: campo magnetico principale (interno) della Terra, comprese le anomalie globali, campi magnetici di aree locali dei gusci esterni, campo magnetico alternato (esterno) della Terra.

1. PRINCIPALE CAMPO MAGNETICO DELLA TERRA (interno) , sperimentando lenti cambiamenti nel tempo (variazioni secolari) con periodi da 10 a 10.000 anni, concentrati negli intervalli di 10–20, 60–100, 600–1200 e 8000 anni. Quest'ultimo è associato ad una variazione del momento magnetico del dipolo di un fattore 1,5–2.

Le linee del campo magnetico create da un modello computerizzato della geodinamo mostrano come la struttura del campo magnetico terrestre sia più semplice all'esterno di essa che all'interno del nucleo (tubi aggrovigliati al centro). Sulla superficie terrestre, la maggior parte delle linee del campo magnetico escono dall'interno (lunghi tubi gialli) al Polo Sud ed entrano verso l'interno (lunghi tubi blu) vicino al Polo Nord.

La maggior parte delle persone di solito non pensa al motivo per cui l'ago della bussola punta a nord o a sud. Ma i poli magnetici del pianeta non sono sempre stati posizionati come lo sono oggi.

Gli studi sui minerali mostrano che il campo magnetico della Terra ha cambiato il suo orientamento da nord a sud e viceversa centinaia di volte nel corso dei 4-5 miliardi di anni di esistenza del pianeta. Tuttavia, nonostante ciò, negli ultimi 780mila anni non è successo nulla di simile periodo medio cambiamento dei poli magnetici - 250 mila anni. Inoltre, il campo geomagnetico si è indebolito di quasi il 10% da quando è stato misurato per la prima volta negli anni ’30. XIX secolo (cioè quasi 20 volte più velocemente che se, avendo perso la fonte di energia, avesse ridotto la sua forza naturalmente). Il prossimo spostamento dei poli è in arrivo?

La fonte delle oscillazioni del campo magnetico è nascosta nel centro della Terra. Il nostro pianeta, come altri corpi del Sistema Solare, crea il suo campo magnetico con l'aiuto di un generatore interno, il cui principio di funzionamento è lo stesso di quello elettrico convenzionale, convertendo l'energia cinetica delle sue particelle in movimento in un campo elettromagnetico. In un generatore elettrico, il movimento avviene nelle spire di una bobina e all'interno di un pianeta o di una stella - in una sostanza liquida conduttrice. Un'enorme massa di ferro fuso con un volume 5 volte più grande della Luna circola nel nucleo della Terra, formando la cosiddetta geodinamo.

Negli ultimi dieci anni, gli scienziati hanno sviluppato nuovi approcci per studiare il funzionamento della geodinamo e le sue proprietà magnetiche. I satelliti trasmettono istantanee chiare del campo geomagnetico sulla superficie terrestre e le moderne tecniche di modellazione computerizzata e i modelli fisici creati in laboratorio aiutano a interpretare i dati di osservazione orbitale. Gli esperimenti hanno portato gli scienziati a una nuova spiegazione di come è avvenuta la ripolarizzazione in passato e di come potrebbe iniziare in futuro.

In struttura interna La Terra ha un nucleo esterno fuso, dove una complessa convezione turbolenta genera un campo geomagnetico.

Energia geodinamica

Cosa alimenta la geodinamo? Entro gli anni '40. del secolo scorso, i fisici riconobbero tre condizioni necessarie per la formazione del campo magnetico del pianeta, e le successive costruzioni scientifiche si basarono su queste disposizioni. La prima condizione è un grande volume di massa liquida elettricamente conduttiva, satura di ferro, che forma il nucleo esterno della Terra. Al di sotto di esso si trova il nucleo interno della Terra, costituito da ferro quasi puro, e sopra di esso ci sono 2.900 km di solida roccia, mantello denso e crosta sottile, che formano continenti e fondali oceanici. La pressione sul nucleo creata dalla crosta e dal mantello terrestre è 2 milioni di volte superiore a quella esercitata sulla superficie terrestre. Anche la temperatura del nucleo è estremamente elevata, circa 5000° Celsius, così come la temperatura della superficie del Sole.

I parametri dell'ambiente estremo sopra descritti predeterminano il secondo requisito per il funzionamento di una geodinamo: la necessità di una fonte di energia per mettere in movimento la massa liquida. Energia interna in parte di origine termica, in parte di origine chimica crea condizioni di espulsione all'interno del nucleo. Il nucleo si riscalda di più nella parte inferiore che in quella superiore. (Le alte temperature sono state “murate” al suo interno sin dalla formazione della Terra.) Ciò significa che la componente metallica più calda e meno densa del nucleo tende a salire. Quando la massa liquida raggiunge gli strati superiori, perde parte del suo calore, cedendolo al mantello sovrastante. Quindi il ferro liquido si raffredda, diventa più denso della massa circostante e affonda. Il processo di spostamento del calore sollevando e abbassando una massa liquida è chiamato convezione termica.

La terza condizione necessaria per mantenere un campo magnetico è la rotazione della Terra. La forza di Coriolis che si genera in questo caso devia il movimento della massa liquida in aumento all'interno della Terra nello stesso modo in cui gira Correnti oceaniche e cicloni tropicali, i cui vortici di movimento sono visibili sulle immagini satellitari. Al centro della Terra, la forza di Coriolis torce la massa liquida in aumento formando un cavatappi o una spirale, come una molla allentata.

La Terra ha una massa liquida ricca di ferro concentrata al suo centro, energia sufficiente per supportare la convezione e una forza di Coriolis per far girare le correnti di convezione. Questo fattore è estremamente importante per mantenere il funzionamento della geodinamo per milioni di anni. Ma sono necessarie nuove conoscenze per rispondere alla domanda su come si forma il campo magnetico e perché i poli cambiano di tanto in tanto.

Ripolarizzazione

Gli scienziati si chiedono da tempo perché i poli magnetici della Terra si scambiano di tanto in tanto. Ultime ricerche i movimenti vorticosi delle masse fuse all'interno della Terra consentono di comprendere come avviene la ripolarizzazione.

Al confine tra mantello e nucleo è stato scoperto un campo magnetico, molto più intenso e più complesso di quello del nucleo, all'interno del quale si formano oscillazioni magnetiche. Le correnti elettriche che si formano nel nucleo impediscono la misurazione diretta del suo campo magnetico.

È importante che la maggior parte del campo geomagnetico sia generato solo in quattro ampie regioni al confine tra nucleo e mantello. Sebbene la geodinamo produca un campo magnetico molto forte, solo l’1% della sua energia viaggia all’esterno del nucleo. La configurazione generale del campo magnetico misurato in superficie è chiamata dipolo, che nella maggior parte dei casi è orientato lungo l'asse di rotazione terrestre. Come nel campo di un magnete lineare, il flusso geomagnetico principale è diretto dal centro della Terra nell'emisfero meridionale e verso il centro nell'emisfero settentrionale. (L'ago della bussola punta verso il polo nord geografico, poiché il polo sud magnetico del dipolo è vicino.) Le osservazioni spaziali hanno dimostrato che il flusso magnetico ha una distribuzione globale non uniforme, la tensione maggiore può essere osservata sulla costa antartica, sotto il Nord America e Siberia.

Ulrich R. Christensen dell'Istituto Max Planck per la ricerca sul sistema solare di Katlenburg-Lindau, in Germania, ritiene che queste vaste aree di terra esistano da migliaia di anni e siano mantenute dalla convezione in continua evoluzione all'interno del nucleo. Fenomeni simili potrebbero essere la causa delle inversioni dei poli? La geologia storica mostra che i cambiamenti polari si sono verificati in periodi di tempo relativamente brevi, da 4mila a 10mila anni. Se la geodinamo avesse smesso di funzionare, il dipolo sarebbe esistito per altri 100mila anni. Un rapido cambiamento di polarità dà motivo di credere che qualche posizione instabile violi la polarità originale e causi un nuovo cambio di poli.

In alcuni casi, la misteriosa instabilità può essere spiegata da qualche cambiamento caotico nella struttura del flusso magnetico, che porta solo accidentalmente alla ripolarizzazione. Tuttavia, la frequenza dei cambiamenti di polarità, diventata sempre più stabile negli ultimi 120 milioni di anni, indica la possibilità di una regolamentazione esterna. Una delle ragioni di ciò potrebbe essere la differenza di temperatura nello strato inferiore del mantello e, di conseguenza, un cambiamento nella natura delle effusioni dal nucleo.

Alcuni sintomi di ripolarizzazione sono stati identificati analizzando le mappe realizzate dai satelliti Magsat e Oersted. Gauthier Hulot e i suoi colleghi dell’Istituto geofisico di Parigi hanno notato che cambiamenti a lungo termine nel campo geomagnetico si verificano al confine tra nucleo e mantello in luoghi in cui la direzione del flusso geomagnetico è opposta a quella normale per un dato emisfero. Il più grande del cosiddetto campo magnetico inverso si estende dalla punta meridionale dell’Africa occidentale fino al Sud America. In quest'area il flusso magnetico è diretto verso l'interno, verso il nucleo, mentre la maggior parte nell'emisfero australe è diretta dal centro.

Le regioni in cui il campo magnetico è diretto nella direzione opposta per un dato emisfero si formano quando le linee contorte e tortuose del campo magnetico sfondano accidentalmente oltre il nucleo terrestre. Aree di campo magnetico inverso possono indebolire significativamente il campo magnetico sulla superficie terrestre, chiamato dipolo, e indicare l'inizio di un'inversione dei poli terrestri. Appaiono quando la massa liquida in aumento spinge le linee magnetiche orizzontali verso l'alto nel nucleo esterno fuso. Questa effusione convettiva a volte torce ed estrude le linee magnetiche. Allo stesso tempo, le forze di rotazione della Terra provocano una circolazione elicoidale del materiale fuso, che può stringere l'anello sulla linea magnetica estrusa (b). Quando la forza di galleggiamento è sufficientemente forte da espellere l'anello dal nucleo, si formano una coppia di zone di flusso magnetico al confine nucleo-mantello.

La scoperta più significativa fatta confrontando le ultime misurazioni di Oersted con quelle effettuate nel 1980 è stata che nuove regioni di inversioni magnetiche continuano a formarsi, ad esempio al confine tra nucleo e mantello sotto la costa orientale del Nord America e dell’Artico. Inoltre, le aree precedentemente identificate sono cresciute e si sono spostate leggermente verso i poli. Alla fine degli anni '80. XX secolo David Gubbins dell’Università di Leeds in Inghilterra, studiando vecchie mappe del campo geomagnetico, ha notato che la diffusione, la crescita e lo spostamento verso i poli di sezioni del campo magnetico inverso spiega il declino della forza del dipolo nel corso del tempo storico.

Secondo i principi teorici sulle linee del campo magnetico, i vortici piccoli e grandi che si formano nel mezzo liquido del nucleo sotto l'influenza della forza di Coriolis torcono le linee del campo in un nodo. Ogni rotazione raccoglie sempre più linee di forza nel nucleo, aumentando così l'energia del campo magnetico. Se il processo continua senza ostacoli, il campo magnetico si intensifica indefinitamente. Tuttavia, la resistenza elettrica dissipa e allinea le spire delle linee di campo abbastanza da fermare la crescita spontanea del campo magnetico e continuare la riproduzione dell'energia interna.

Aree di intensi campi magnetici normali e inversi si formano al confine nucleo-mantello, dove vortici piccoli e grandi interagiscono con campi magnetici est-ovest, descritti come toroidali, che penetrano nel nucleo. I movimenti turbolenti dei fluidi possono torcere le linee del campo toroidale in anelli chiamati campi poloidali, che hanno un orientamento nord-sud. A volte si verifica una torsione quando una massa fluida viene sollevata. Se tale effusione è sufficientemente potente, la parte superiore dell'anello poloidale viene espulsa dal nucleo (vedi riquadro a sinistra). Come risultato di questa espulsione, si formano due sezioni in cui l'ansa attraversa il confine nucleo-mantello. Su uno di essi si forma la direzione del flusso magnetico, che coincide con la direzione generale del campo dipolare in un dato emisfero; in un altro tratto il flusso è diretto in senso contrario.

Quando la rotazione porta una sezione del campo magnetico invertito più vicina al polo geografico rispetto alla sezione con flusso normale, si verifica un indebolimento del dipolo, che è più vulnerabile vicino ai suoi poli. Questo può spiegare il campo magnetico invertito nell’Africa meridionale. Con l’inizio globale di un’inversione dei poli, aree di campi magnetici invertiti possono crescere in tutta la regione vicino ai poli geografici.

Le mappe dei contorni del campo magnetico terrestre al confine tra nucleo e mantello, compilate da misurazioni satellitari, mostrano che la maggior parte del flusso magnetico è diretto dal centro della Terra nell'emisfero meridionale e verso il centro nell'emisfero settentrionale. Ma in alcune aree emerge il quadro opposto. Le regioni del campo magnetico invertito sono cresciute in numero e dimensione tra il 1980 e il 2000. Se riempissero l’intero spazio su entrambi i poli, potrebbe verificarsi la ripolarizzazione.

Modelli di inversione dei poli

Le mappe del campo magnetico mostrano come, con polarità normale, la maggior parte del flusso magnetico è diretto dal centro della Terra (giallo) nell'emisfero meridionale e verso il suo centro (blu) nell'emisfero settentrionale (a). L'inizio della ripolarizzazione è segnato dalla comparsa di diverse aree di campo magnetico inverso (blu nell'emisfero meridionale e giallo nell'emisfero settentrionale), che ricordano la formazione delle sue sezioni al confine nucleo-mantello. Nel corso di circa 3mila anni, hanno ridotto la forza del campo dipolare, che è stato sostituito da un campo di transizione più debole, ma più complesso, al confine tra nucleo e mantello (b). Le inversioni dei poli divennero un evento frequente dopo 6mila anni, quando sezioni del campo magnetico inverso (c) iniziarono a predominare al confine tra nucleo e mantello. A questo punto, anche sulla superficie della Terra si era manifestata una completa inversione dei poli. Ma solo dopo altri 3mila anni si verificò la completa sostituzione del dipolo, compreso il nucleo terrestre (d).

Cosa sta succedendo oggi al campo magnetico interno?

Molti di noi sanno che i poli geografici compiono costantemente complessi movimenti circolari nella direzione della rotazione quotidiana della Terra (precessione dell'asse con un periodo di 25.776 anni). Tipicamente, questi movimenti si verificano vicino all’asse immaginario di rotazione della Terra e non portano a cambiamenti climatici evidenti. Maggiori informazioni sullo spostamento dei poli. Ma pochi hanno notato che alla fine del 1998 la componente complessiva di questi movimenti è cambiata. Nel giro di un mese il polo si spostò di 50 chilometri verso il Canada. Attualmente il Polo Nord “striscia” lungo il 120° parallelo della longitudine occidentale. Si può presumere che se l'attuale tendenza al movimento dei poli continuasse fino al 2010, il polo Nord potrebbe spostarsi di 3-4 mila chilometri. Il punto finale della deriva sono i Great Bear Lakes in Canada. Il Polo Sud si sposterà di conseguenza dal centro dell’Antartide all’Oceano Indiano.

Lo spostamento dei poli magnetici è stato registrato dal 1885. Negli ultimi 100 anni, il polo magnetico nell'emisfero meridionale si è spostato di quasi 900 km ed è entrato nell'Oceano Indiano. Gli ultimi dati sullo stato del polo magnetico artico (in movimento verso l'anomalia magnetica del mondo siberiano orientale attraverso l'Oceano Artico): hanno mostrato che dal 1973 al 1984 il suo chilometraggio era di 120 km, dal 1984 al 1994. – più di 150 km. È caratteristico che questi dati siano calcolati, ma sono stati confermati da misurazioni specifiche del polo nord magnetico.Secondo i dati dell'inizio del 2002, la velocità di deriva del polo nord magnetico è aumentata da 10 km/anno negli anni '70, a 40 km/anno nell'anno 2001.

Inoltre, la forza del campo magnetico terrestre diminuisce, e in modo molto irregolare. Pertanto, negli ultimi 22 anni è diminuito in media dell'1,7% e in alcune regioni, ad esempio nell'Oceano Atlantico meridionale, del 10%. Tuttavia, in alcuni luoghi del nostro pianeta la forza del campo magnetico, al contrario andamento generale, anche leggermente aumentato.

Sottolineiamo che l'accelerazione del movimento dei poli (in media di 3 km/anno per decennio) e il loro movimento lungo i corridoi di inversione dei poli magnetici (più di 400 paleoinversioni hanno permesso di identificare questi corridoi) fa sospettare che questo il movimento dei poli non dovrebbe essere visto come un'escursione e come un'inversione del campo magnetico terrestre.

L'accelerazione può portare il movimento dei poli fino a 200 km all'anno, così che l'inversione avverrà molto più velocemente di quanto previsto dai ricercatori che sono lontani da valutazioni professionali sui reali processi di inversione di polarità.

Nella storia della Terra si sono verificati ripetutamente cambiamenti nella posizione dei poli geografici e questo fenomeno è principalmente associato alla glaciazione di vaste aree di terra e ai drammatici cambiamenti del clima dell'intero pianeta. Ma solo l'ultima catastrofe, molto probabilmente associata allo spostamento dei poli, avvenuta circa 12mila anni fa, ha ricevuto echi nella storia umana. Sappiamo tutti che i mammut sono estinti. Ma tutto era molto più serio.

L’estinzione di centinaia di specie animali è fuori dubbio. Ci sono discussioni sul Diluvio e sulla Morte di Atlantide. Ma una cosa è certa: gli echi della più grande catastrofe a memoria d'uomo hanno una base reale. Ed è molto probabilmente causato da uno spostamento dei poli di soli 2000 km.

Il modello seguente mostra il campo magnetico all'interno del nucleo (un insieme di linee di campo al centro) e la comparsa di un dipolo (lunghe linee curve) 500 anni (a) prima della metà della ripolarizzazione del dipolo magnetico (b) e 500 anni dopo, nella fase del suo completamento (c).

Campo magnetico del passato geologico della Terra

Negli ultimi 150 milioni di anni, la ripolarizzazione è avvenuta centinaia di volte, come testimoniano i minerali magnetizzati dal campo terrestre durante il riscaldamento delle rocce. Poi le rocce si raffreddarono e i minerali mantennero il loro precedente orientamento magnetico.

Scale di inversione del campo magnetico: I – negli ultimi 5 milioni di anni; II – negli ultimi 55 milioni di anni. Colore nero – magnetizzazione normale, colore bianco – magnetizzazione inversa (secondo W.W. Harland et al., 1985)

Le inversioni del campo magnetico sono un cambiamento nel segno degli assi di un dipolo simmetrico. Nel 1906, B. Brun, misurando le proprietà magnetiche del Neogene, lave relativamente giovani della Francia centrale, scoprì che la loro magnetizzazione era opposta nella direzione al moderno campo geomagnetico, cioè i poli magnetici Nord e Sud sembravano essersi scambiati di posto. La presenza di rocce magnetizzate inversamente non è una conseguenza di alcune condizioni insolite avvenute al momento della sua formazione, ma il risultato di un'inversione del campo magnetico terrestre in questo momento. L'inversione della polarità del campo geomagnetico è la scoperta più importante della paleomagnetologia, che ha permesso di creare la nuova scienza della magnetostratigrafia, che studia la divisione dei depositi rocciosi in base alla loro magnetizzazione diretta o inversa. E la cosa principale qui è dimostrare la sincronicità di queste inversioni di segni in tutto il mondo. In questo caso i geologi hanno tra le mani un metodo molto efficace per correlare sedimenti ed eventi.

Nel campo magnetico reale della Terra, il tempo durante il quale il segno della polarità cambia può essere breve, fino a mille anni o milioni di anni.
Gli intervalli di tempo in cui predomina una qualsiasi polarità sono chiamati epoche geomagnetiche, e ad alcuni di essi vengono dati i nomi degli eminenti geomagnetologi Bruness, Matuyama, Gauss e Hilbert. All'interno delle epoche si distinguono intervalli più brevi di una polarità o dell'altra, chiamati episodi geomagnetici. L'identificazione più efficace degli intervalli di polarità diretta e inversa del campo geomagnetico è stata effettuata per colate laviche geologicamente giovani in Islanda, Etiopia e altri luoghi. Un limite di questi studi è che l’eruzione della lava è stata un processo intermittente, quindi è possibile che qualche episodio magnetico sia sfuggito.

Quando è diventato possibile determinare la posizione dei poli paleomagnetici dell'intervallo di tempo che ci interessa utilizzando rocce selezionate della stessa età, ma prese in continenti diversi, si è scoperto che il polo medio calcolato, diciamo, per le rocce del Giurassico superiore ( 170 - 144 milioni di anni) del Nord America e lo stesso polo per le stesse rocce in Europa si troverà in luoghi diversi. Sembrava che ci fossero due Poli Nord, cosa che non può accadere con un sistema a dipolo. Affinché esistesse un Polo Nord, la posizione dei continenti sulla superficie della Terra doveva cambiare. Nel nostro caso, ciò ha significato la convergenza dell'Europa e del Nord America fino a far coincidere i bordi delle loro piattaforme, cioè fino alla profondità dell'oceano di circa 200 metri, in altre parole, non sono i poli a muoversi, ma i continenti.

L'uso del metodo paleomagnetico ha permesso di effettuare ricostruzioni dettagliate dell'apertura dei relativamente giovani oceani Atlantico, Indiano e Artico e di comprendere la storia dello sviluppo del più antico Oceano Pacifico. L'attuale disposizione dei continenti è il risultato della disgregazione del supercontinente Pangea, iniziata circa 200 milioni di anni fa. Il campo magnetico lineare degli oceani consente di determinare la velocità del movimento delle placche e il suo andamento fornisce le migliori informazioni per l'analisi geodinamica.

Grazie agli studi paleomagnetici, è stato stabilito che la divisione dell'Africa e dell'Antartide è avvenuta 160 milioni di anni fa. Le anomalie più antiche con un'età di 170 milioni di anni (Giurassico medio) sono state trovate lungo i bordi dell'Atlantico al largo delle coste del Nord America e dell'Africa. Questo è il momento in cui il supercontinente cominciò a disintegrarsi. L'Atlantico meridionale sorse 120 - 110 milioni di anni fa e il Nord Atlantico molto più tardi (80 - 65 milioni di anni fa), ecc. Esempi simili possono essere forniti per qualsiasi oceano e, come se si “leggesse” la documentazione paleomagnetica, si può ricostruire la storia del loro sviluppo e del movimento delle placche litosferiche.

Anomalie del mondo– deviazioni dal dipolo equivalente fino al 20% dell'intensità di singole aree con dimensioni caratteristiche fino a 10.000 km. Questi campi anomali subiscono variazioni secolari, con conseguenti cambiamenti nel tempo nel corso di molti anni e secoli. Esempi di anomalie: brasiliano, canadese, siberiano, Kursk. Nel corso delle variazioni secolari, le anomalie globali si spostano, si disintegrano e riemergono. Alle basse latitudini si verifica una deriva verso ovest della longitudine ad un tasso di 0,2° all'anno.

2. CAMPI MAGNETICI DELLE AREE LOCALI gusci esterni con una lunghezza da diverse a centinaia di km. Sono causati dalla magnetizzazione delle rocce dello strato superiore della Terra, che costituiscono la crosta terrestre e si trovano vicino alla superficie. Una delle più potenti è l'anomalia magnetica di Kursk.

3. CAMPO MAGNETICO ALTERNATO DELLA TERRA (chiamato anche esterno) è determinato da sorgenti sotto forma di sistemi attuali situati all'esterno della superficie terrestre e nella sua atmosfera. Le principali fonti di tali campi e dei loro cambiamenti sono i flussi corpuscolari di plasma magnetizzato provenienti dal Sole insieme al vento solare e che formano la struttura e la forma della magnetosfera terrestre.

Innanzitutto è chiaro che questa struttura ha una forma “a strati”. Tuttavia, a volte si può osservare una “rottura” degli strati superiori, apparentemente avvenuta sotto l’influenza dell’aumento del vento solare. Ad esempio come qui:

Allo stesso tempo, il grado di “riscaldamento” dipende dalla velocità e dalla densità del vento solare in quel momento; si riflette nella scala di colori dal giallo al viola, che in realtà riflette la quantità di pressione sul campo magnetico in questa zona (figura in alto a destra).

Struttura del campo magnetico dell'atmosfera terrestre (campo magnetico esterno della Terra)

Il campo magnetico terrestre è influenzato dal flusso del plasma solare magnetizzato. Come risultato dell'interazione con il campo terrestre, si forma il confine esterno del campo magnetico vicino alla Terra, chiamato magnetopausa. Limita la magnetosfera terrestre. A causa dell'influenza dei flussi corpuscolari solari, le dimensioni e la forma della magnetosfera cambiano costantemente e si forma un campo magnetico alternato, determinato da fonti esterne. La sua variabilità deve la sua origine a sistemi attuali che si sviluppano a varie altitudini dagli strati inferiori della ionosfera fino alla magnetopausa. Le variazioni del campo magnetico terrestre nel tempo, causate da vari motivi, sono chiamate variazioni geomagnetiche, che differiscono sia per la loro durata che per la loro localizzazione sulla Terra e nella sua atmosfera.

La magnetosfera è una regione dello spazio vicino alla Terra controllata dal campo magnetico terrestre. La magnetosfera si forma come risultato dell'interazione del vento solare con il plasma dell'alta atmosfera e il campo magnetico terrestre. La forma della magnetosfera è una cavità e una lunga coda, che ripetono la forma delle linee del campo magnetico. Il punto subsolare si trova in media a una distanza di 10 raggi terrestri e la coda della magnetosfera si estende oltre l'orbita della Luna. La topologia della magnetosfera è determinata dalle aree di invasione del plasma solare nella magnetosfera e dalla natura dei sistemi attuali.

La coda della magnetosfera è formata dalle linee di forza del campo magnetico terrestre, che emergono dalle regioni polari e si estendono sotto l'influenza del vento solare a centinaia di raggi terrestri dal Sole al lato notturno della Terra. Di conseguenza, il plasma del vento solare e i flussi corpuscolari solari sembrano fluire attorno alla magnetosfera terrestre, dandole una peculiare forma a coda.
Nella coda della magnetosfera, a grandi distanze dalla Terra, la forza del campo magnetico terrestre, e quindi le loro proprietà protettive, sono indebolite, e alcune particelle di plasma solare sono in grado di penetrare ed entrare all'interno della magnetosfera terrestre e trappole magnetiche delle cinture di radiazione. Penetrando nella testa della magnetosfera nella regione degli ovali aurorali sotto l'influenza della variazione della pressione del vento solare e del campo interplanetario, la coda funge da luogo per la formazione di flussi di particelle precipitanti, causando aurore e correnti aurorali. La magnetosfera è separata dallo spazio interplanetario dalla magnetopausa. Lungo la magnetopausa, particelle di flussi corpuscolari scorrono attorno alla magnetosfera. L'influenza del vento solare sul campo magnetico terrestre è talvolta molto forte. La magnetopausa è il confine esterno della magnetosfera della Terra (o del pianeta), in cui la pressione dinamica del vento solare è bilanciata dalla pressione del suo stesso campo magnetico. Con i parametri tipici del vento solare, il punto subsolare si trova a 9-11 raggi terrestri dal centro della Terra. Durante i periodi di disturbi magnetici sulla Terra, la magnetopausa può andare oltre l'orbita geostazionaria (6,6 raggi terrestri). Con un vento solare debole, il punto subsolare si trova a una distanza di 15-20 raggi terrestri.

Variazioni geomagnetiche

I cambiamenti nel campo magnetico terrestre nel tempo sotto l'influenza di vari fattori sono chiamati variazioni geomagnetiche. La differenza tra l'intensità del campo magnetico osservato e il suo valore medio su un lungo periodo di tempo, ad esempio un mese o un anno, è chiamata variazione geomagnetica. Secondo le osservazioni, le variazioni geomagnetiche cambiano continuamente nel tempo e tali cambiamenti sono spesso periodici.

Variazioni giornaliere i campi geomagnetici si formano regolarmente, principalmente a causa delle correnti nella ionosfera terrestre causate dai cambiamenti nell'illuminazione della ionosfera terrestre da parte del Sole durante il giorno.

Variazione geomagnetica giornaliera per il periodo dal 19/03/2010 12:00 al 21/03/2010 00:00

Il campo magnetico terrestre è descritto da sette parametri. Per misurare il campo magnetico terrestre in qualsiasi punto, dobbiamo misurare la direzione e l'intensità del campo. Parametri che descrivono la direzione del campo magnetico: declinazione (D), inclinazione (I). D e I si misurano in gradi. L'intensità generale del campo (F) è descritta dalla componente orizzontale (H), dalla componente verticale (Z) e dalle componenti settentrionale (X) ed orientale (Y) dell'intensità orizzontale. Questi componenti possono essere misurati in Oersted (1 Oersted = 1 gauss), ma solitamente in nanoTesla (1nT x 100.000 = 1 oersted).

Variazioni irregolari i campi magnetici sorgono a causa dell’influenza del flusso del plasma solare (vento solare) sulla magnetosfera terrestre, nonché dei cambiamenti all’interno della magnetosfera e dell’interazione della magnetosfera con la ionosfera.

La figura seguente mostra (da sinistra a destra) le immagini dell'attuale campo magnetico, della pressione, delle correnti di convezione nella ionosfera, nonché i grafici delle variazioni della velocità e della densità del vento solare (V, Dens) e i valori delle componenti verticale ed orientale del campo magnetico esterno della Terra.

Variazioni di 27 giorni esistono come tendenza a ripetere l'aumento dell'attività geomagnetica ogni 27 giorni, corrispondente al periodo di rotazione del Sole rispetto ad un osservatore terrestre. Questo modello è associato all'esistenza di regioni attive di lunga durata sul Sole, osservate durante diverse rivoluzioni solari. Questo modello si manifesta sotto forma di una ripetibilità di 27 giorni di attività magnetica e tempeste magnetiche.

Variazioni stagionali l'attività magnetica viene identificata con sicurezza sulla base dei dati medi mensili sull'attività magnetica ottenuti elaborando osservazioni nell'arco di diversi anni. La loro ampiezza aumenta con l'aumento dell'attività magnetica complessiva. Si è scoperto che le variazioni stagionali dell'attività magnetica hanno due massimi, corrispondenti ai periodi degli equinozi, e due minimi, corrispondenti ai periodi dei solstizi. La ragione di queste variazioni è la formazione di regioni attive sul Sole, raggruppate in zone comprese tra 10 e 30° di latitudine eliografica settentrionale e meridionale. Pertanto, durante i periodi degli equinozi, quando i piani dell'equatore terrestre e solare coincidono, la Terra è più suscettibile all'azione delle regioni attive sul Sole.

Variazioni di 11 anni. La connessione tra l'attività solare e l'attività magnetica si manifesta più chiaramente quando si confrontano lunghe serie di osservazioni, multipli di periodi di 11 anni di attività solare. La misura più conosciuta dell’attività solare è il numero di macchie solari. Si è scoperto che negli anni quantità massima Anche l'attività magnetica delle macchie solari raggiunge il suo valore massimo, ma l'aumento dell'attività magnetica è leggermente ritardato rispetto all'aumento dell'attività solare, tanto che in media questo ritardo è di un anno.

Variazioni secolari – variazioni lente negli elementi del magnetismo terrestre con periodi di diversi anni o più. A differenza delle variazioni giornaliere, stagionali e di altro tipo origine esterna, le variazioni secolari sono associate a sorgenti che si trovano all'interno del nucleo terrestre. L’ampiezza delle variazioni secolari raggiunge le decine di nT/anno; le variazioni dei valori medi annuali di tali elementi sono chiamate variazione secolare. Le isolinee delle variazioni secolari sono concentrate attorno a diversi punti - centri o fuochi della variazione secolare; in questi centri l'entità della variazione secolare raggiunge i suoi valori massimi.

Tempesta magnetica: impatto sul corpo umano

Le caratteristiche locali del campo magnetico cambiano e fluttuano, a volte per molte ore, per poi ritornare al livello precedente. Questo fenomeno è chiamato tempesta magnetica. Le tempeste magnetiche spesso iniziano improvvisamente e simultaneamente in tutto il mondo.

Un giorno dopo il brillamento solare, l'onda d'urto del vento solare raggiunge l'orbita terrestre e inizia una tempesta magnetica. I pazienti gravemente malati reagiscono chiaramente fin dalle prime ore dopo l'esplosione del Sole, il resto dal momento in cui è iniziata la tempesta sulla Terra. Ciò che tutti hanno in comune è un cambiamento dei bioritmi durante queste ore. Il numero di casi di infarto miocardico aumenta il giorno successivo all'epidemia (circa 2 volte di più rispetto ai giorni magneticamente tranquilli). Lo stesso giorno inizia una tempesta magnetosferica causata dal brillamento. Nelle persone assolutamente sane il sistema immunitario viene attivato, può verificarsi un aumento delle prestazioni e un miglioramento dell'umore.

Nota: la calma geomagnetica, che dura diversi giorni o più consecutivi, ha un effetto deprimente sul corpo di un abitante della città in molti modi, come una tempesta, causando depressione e indebolimento del sistema immunitario. Un leggero “rimbalzo” del campo magnetico nell’intervallo Kp = 0 – 3 aiuta a resistere più facilmente ai cambiamenti della pressione atmosferica e ad altri fattori meteorologici.

È accettata la seguente gradazione dei valori dell'indice Kp:

Kp = 0-1 – la situazione geomagnetica è calma (calma);

Kp = 1-2 – condizioni geomagnetiche da calme a leggermente disturbate;

Kp = 3-4 – da leggermente disturbato a disturbato;

Kp = 5 e oltre – debole tempesta magnetica (livello G1);

Kp = 6 e superiore – tempesta magnetica media (livello G2);

Kp = 7 e oltre – forte tempesta magnetica (livello G3); sono possibili incidenti, deterioramento della salute delle persone dipendenti dalle condizioni atmosferiche

Kp = 8 e oltre – una tempesta magnetica molto forte (livello G4);

Kp = 9 – tempesta magnetica estremamente forte (livello G5) – il valore massimo possibile.

Osservazione online dello stato della magnetosfera e delle tempeste magnetiche qui:

È il risultato di numerosi studi condotti presso l'Istituto di ricerca spaziale (IKI), l'Istituto di magnetismo terrestre, ionosfera e propagazione delle onde radio (IZMIRAN), l'Accademia medica. LORO. Sechenov e l'Istituto di problemi medici e biologici dell'Accademia russa delle scienze, si è scoperto che durante le tempeste geomagnetiche in pazienti con patologie del sistema cardiovascolare, soprattutto in quelli che avevano avuto un infarto miocardico, il pressione arteriosa, la viscosità del sangue è aumentata notevolmente, la velocità del suo flusso nei capillari è rallentata, il tono vascolare è cambiato e gli ormoni dello stress sono stati attivati.

Cambiamenti si sono verificati anche nel corpo di alcune persone sane, ma hanno causato principalmente affaticamento, diminuzione dell'attenzione, mal di testa, vertigini e non hanno rappresentato un grave pericolo. I corpi degli astronauti hanno reagito in modo un po’ più forte ai cambiamenti: hanno sviluppato aritmie e hanno cambiato il tono vascolare. Gli esperimenti in orbita hanno anche dimostrato che sono i campi elettromagnetici a influenzare negativamente la condizione umana, e non altri fattori che agiscono sulla Terra, ma sono esclusi nello spazio. Inoltre, è stato identificato un altro "gruppo a rischio": persone sane con un sistema di adattamento sovraccarico associato all'esposizione a stress aggiuntivo (in questo caso, l'assenza di gravità, che colpisce anche il sistema cardiovascolare).

I ricercatori sono giunti alla conclusione che le tempeste geomagnetiche causano lo stesso stress adattivo di un brusco cambiamento di fuso orario, che sconvolge i ritmi circadiani biologici di una persona. Improvvisi brillamenti solari e altre manifestazioni dell’attività solare cambiano radicalmente i ritmi relativamente regolari del campo geomagnetico della Terra, il che fa sì che gli animali e le persone interrompano i propri ritmi e generino stress adattivo.

Le persone sane ce la fanno con relativa facilità, ma per le persone con patologie del sistema cardiovascolare, con un sistema di adattamento sovraccarico e per i neonati, è potenzialmente pericoloso.

È impossibile prevedere la risposta. Tutto dipende da molti fattori: dalle condizioni della persona, dalla natura del temporale, dallo spettro di frequenza delle oscillazioni elettromagnetiche, ecc. Non è ancora noto come i cambiamenti nel campo geomagnetico influenzino i processi biochimici e biofisici che si verificano nel corpo: quali sono i ricevitori dei recettori dei segnali geomagnetici, una persona reagisce all'influenza radiazioni elettromagnetiche l'intero corpo, i singoli organi o anche le singole cellule. Attualmente, per studiare l'influenza dell'attività solare sulle persone, è in fase di apertura un laboratorio di eliobiologia presso l'Istituto di ricerca spaziale.

9. N.V. Koronovsky. CAMPO MAGNETICO DEL PASSATO GEOLOGICO DELLA TERRA // Mosca Università Statale loro. MV Lomonosov. Soros Educational Journal, N5, 1996, p. 56-63

Negli ultimi giorni sui siti di informazione scientifica sono apparse una grande quantità di notizie riguardanti il campo magnetico terrestre. Ad esempio, la notizia che negli ultimi tempi la situazione è cambiata in modo significativo, o che il campo magnetico contribuisce alla perdita di ossigeno dall’atmosfera terrestre, o anche che le mucche al pascolo sono orientate lungo le linee del campo magnetico. Cos'è un campo magnetico e quanto sono importanti tutte queste novità?

è l'area attorno al nostro pianeta in cui operano forze magnetiche. La questione dell'origine del campo magnetico non è stata ancora completamente risolta. Tuttavia, la maggior parte dei ricercatori concorda sul fatto che la presenza del campo magnetico terrestre è dovuta almeno in parte al suo nucleo. Il nucleo della terra è costituito da un interno solido e da un esterno liquido. La rotazione della Terra crea correnti costanti nel nucleo liquido. Come il lettore ricorderà dalle lezioni di fisica, il movimento delle cariche elettriche provoca la comparsa di un campo magnetico attorno ad esse.

Una delle teorie più comuni che spiegano la natura del campo, la teoria dell'effetto dinamo, presuppone che i movimenti convettivi o turbolenti di un fluido conduttore nel nucleo contribuiscano all'autoeccitazione e al mantenimento del campo in uno stato stazionario.

La terra può essere considerata come un dipolo magnetico. Il suo polo Sud si trova rispettivamente al Polo Nord geografico e il suo polo Nord al Polo Sud. Infatti i poli geografici e magnetici della Terra non coincidono non solo in “direzione”. L'asse del campo magnetico è inclinato rispetto all'asse di rotazione terrestre di 11,6 gradi. Poiché la differenza non è molto significativa, possiamo usare una bussola. La sua freccia punta esattamente al Polo Sud Magnetico della Terra e quasi esattamente al Polo Nord Geografico. Se la bussola fosse stata inventata 720mila anni fa, avrebbe indicato sia il polo nord geografico che quello magnetico. Ma ne parleremo più avanti.

Il campo magnetico protegge gli abitanti della Terra e satelliti artificiali dagli effetti nocivi delle particelle cosmiche. Tali particelle includono, ad esempio, particelle del vento solare ionizzate (cariche). Il campo magnetico modifica la traiettoria del loro movimento, dirigendo le particelle lungo le linee del campo. La necessità di un campo magnetico per l'esistenza della vita restringe la gamma dei pianeti potenzialmente abitabili (se si parte dal presupposto che le forme di vita ipoteticamente possibili siano simili agli abitanti terrestri).

Gli scienziati non escludono che alcuni pianeti terrestri non abbiano un nucleo metallico e, di conseguenza, siano privi di campo magnetico. Fino ad ora, si pensava che i pianeti costituiti da solida roccia, come la Terra, contenessero tre strati principali: una crosta solida, un mantello viscoso e un nucleo di ferro solido o fuso. In un recente articolo, gli scienziati del Massachusetts Institute of Technology hanno proposto due possibili meccanismi per la formazione di pianeti “rocciosi” senza nucleo. Se i calcoli teorici dei ricercatori saranno confermati dalle osservazioni, allora la formula per calcolare la probabilità di incontrare umanoidi nell'Universo, o almeno qualcosa che ricorda le illustrazioni di un libro di testo di biologia, dovrà essere riscritta.

Anche i terrestri potrebbero perdere la loro protezione magnetica. È vero, i geofisici non possono ancora dire esattamente quando ciò accadrà. Il fatto è che i poli magnetici della Terra non sono costanti. Periodicamente cambiano posto. Non molto tempo fa, i ricercatori hanno scoperto che la Terra “ricorda” l’inversione dei poli. L'analisi di tali "ricordi" ha mostrato che negli ultimi 160 milioni di anni il nord e il sud magnetici hanno cambiato posizione circa 100 volte. L'ultima volta che si è verificato questo evento è stato circa 720mila anni fa.

Il cambiamento dei poli è accompagnato da un cambiamento nella configurazione del campo magnetico. Durante " periodo di transizione"Un numero significativamente maggiore di particelle cosmiche, pericolose per gli organismi viventi, penetrano sulla Terra. Una delle ipotesi che spiegano la scomparsa dei dinosauri afferma che i rettili giganti si estinsero proprio durante il successivo cambio polare.

Oltre alle “tracce” delle attività pianificate per cambiare i poli, i ricercatori hanno notato pericolosi cambiamenti nel campo magnetico terrestre. Un'analisi dei dati sulle sue condizioni per diversi anni ha mostrato che negli ultimi mesi hanno cominciato a verificarsi cambiamenti pericolosi. Gli scienziati non registravano “movimenti” così bruschi del campo da molto tempo. L’area di interesse dei ricercatori si trova nell’Oceano Atlantico meridionale. Lo "spessore" del campo magnetico in questa zona non supera un terzo di quello "normale". I ricercatori hanno notato da tempo questo “buco” nel campo magnetico terrestre. I dati raccolti in 150 anni mostrano che il campo qui si è indebolito del 10% in questo periodo.

Al momento è difficile dire quale minaccia ciò rappresenti per l’umanità. Una delle conseguenze dell'indebolimento dell'intensità del campo potrebbe essere un aumento (anche se insignificante) del contenuto di ossigeno nell'atmosfera terrestre. La connessione tra il campo magnetico terrestre e questo gas è stata stabilita utilizzando il sistema satellitare Cluster, un progetto dell'Agenzia spaziale europea. Gli scienziati hanno scoperto che il campo magnetico accelera gli ioni di ossigeno e li “lancia” nello spazio.

Nonostante il campo magnetico non possa essere visto, gli abitanti della Terra lo sentono bene. Uccelli migratori, ad esempio, trovano la strada, concentrandosi specificatamente su di essa. Esistono diverse ipotesi che spiegano esattamente come percepiscono il campo. Uno degli ultimi suggerisce che gli uccelli percepiscono visivamente il campo magnetico. Proteine speciali - i criptocromi - agli occhi degli uccelli migratori sono in grado di cambiare la loro posizione sotto l'influenza di un campo magnetico. Gli autori della teoria ritengono che i criptocromi possano fungere da bussola.

Oltre agli uccelli, le tartarughe marine utilizzano il campo magnetico terrestre anziché il GPS. E, come dimostra l'analisi delle fotografie satellitari presentate nell'ambito del progetto Google Earth, mucche. Dopo aver studiato le fotografie di 8.510 mucche in 308 aree del mondo, gli scienziati hanno concluso che questi animali orientano preferenzialmente il loro corpo da nord a sud (o da sud a nord). Inoltre i “punti di riferimento” per le mucche non sono geografici, bensì i poli magnetici della Terra. Il meccanismo con cui le mucche percepiscono il campo magnetico e le ragioni di questa particolare reazione ad esso rimangono poco chiari.

Oltre alle notevoli proprietà elencate, il campo magnetico contribuisce alla comparsa delle aurore. Sorgono come risultato di improvvisi cambiamenti nel campo che si verificano in regioni remote del campo.

Il campo magnetico non è stato ignorato dai sostenitori di una delle "teorie del complotto": la teoria di una bufala lunare. Come accennato in precedenza, il campo magnetico ci protegge dalle particelle cosmiche. Le particelle "raccolte" si accumulano in alcune parti del campo: le cosiddette cinture di radiazioni di Van Alen. Gli scettici che non credono nella realtà degli sbarchi sulla Luna credono che durante il volo attraverso le cinture di radiazione, gli astronauti riceverebbero dose letale radiazione.

Il campo magnetico terrestre è una straordinaria conseguenza delle leggi della fisica, uno scudo protettivo, un punto di riferimento e il creatore delle aurore. Se non fosse stato per questo, la vita sulla Terra avrebbe potuto apparire completamente diversa. In generale, se non ci fosse il campo magnetico, bisognerebbe inventarlo.

Struttura e caratteristiche del campo magnetico terrestre

A piccola distanza dalla superficie terrestre, circa tre dei suoi raggi, le linee del campo magnetico hanno una disposizione simile a un dipolo. Questa regione è chiamata plasmasfera terrestre.

Man mano che ci si allontana dalla superficie terrestre, l'influenza del vento solare aumenta: dal lato del Sole, il campo geomagnetico si comprime e dal lato opposto, quello notturno, si allunga in una lunga coda.

Plasmosfera

Le correnti nella ionosfera hanno un effetto notevole sul campo magnetico sulla superficie terrestre. Questa regione dell'alta atmosfera si estende ad altitudini di circa 100 km e oltre. Contiene un gran numero di ioni. Il plasma è trattenuto dal campo magnetico terrestre, ma il suo stato è determinato dall'interazione del campo magnetico terrestre con il vento solare, il che spiega la connessione tra le tempeste magnetiche sulla Terra e le eruzioni solari.

Opzioni del campo

I punti sulla Terra in cui l'intensità del campo magnetico ha una direzione verticale sono chiamati poli magnetici. Esistono due punti di questo tipo sulla Terra: il polo nord magnetico e il polo sud magnetico.

La linea retta che passa attraverso i poli magnetici è chiamata asse magnetico terrestre. Il cerchio massimo situato in un piano perpendicolare all'asse magnetico è chiamato equatore magnetico. L'intensità del campo magnetico nei punti dell'equatore magnetico ha una direzione approssimativamente orizzontale.

L'intensità media del campo sulla superficie terrestre è di circa 0,5 Oe (40 A/m) e dipende fortemente dalla posizione geografica. L'intensità del campo magnetico all'equatore magnetico è di circa 0,34 Oe (Oersted), ai poli magnetici è di circa 0,66 Oe. In alcune aree (nelle cosiddette aree di anomalie magnetiche), la tensione aumenta notevolmente. Nell'area dell'anomalia magnetica di Kursk raggiunge 2 Oe.

Il momento magnetico del dipolo terrestre nel 1995 era 7,812x10 25 G cm 3 (o 7,812x10 22 A m 2), diminuendo in media negli ultimi decenni di 0,004x10 25 G cm 3 o 1/4000 all'anno.

Un'approssimazione comune del campo magnetico terrestre è sotto forma di una serie armonica: la serie gaussiana.

Il campo magnetico terrestre è caratterizzato da perturbazioni chiamate pulsazioni geomagnetiche dovute all'eccitazione delle onde idromagnetiche nella magnetosfera terrestre; La gamma di frequenza delle pulsazioni si estende da millihertz a un kilohertz.

Meridiano magnetico

I meridiani magnetici sono le proiezioni delle linee del campo magnetico terrestre sulla sua superficie; curve complesse che convergono ai poli magnetici nord e sud della Terra.

Ipotesi sulla natura del campo magnetico terrestre

Recentemente è stata sviluppata un'ipotesi che collega l'emergere del campo magnetico terrestre con il flusso di correnti nel nucleo di metallo liquido. Si calcola che la zona in cui opera il meccanismo della “dinamo magnetica” si trova a una distanza di 0,25-0,3 raggi dalla Terra. Un meccanismo simile di generazione del campo può aver luogo su altri pianeti, in particolare nei nuclei di Giove e Saturno (secondo alcune ipotesi, costituiti da idrogeno metallico liquido).

Cambiamenti nel campo magnetico terrestre

Gli studi sulla magnetizzazione residua acquisita dalle rocce ignee quando si raffreddano al di sotto del punto di Curie indicano ripetute inversioni del campo magnetico terrestre, registrate in strisce di anomalie magnetiche della crosta oceanica, parallele agli assi delle dorsali medio-oceaniche.

Formazione di anomalie magnetiche del nastro durante la stesura.

Spostamento dei poli magnetici della Terra

Lo spostamento dei poli magnetici è stato registrato dal 1885. Negli ultimi 100 anni, il polo magnetico nell'emisfero meridionale si è spostato di quasi 900 km ed è entrato nell'Oceano Indiano. Gli ultimi dati sullo stato del polo magnetico artico (in movimento verso l'anomalia magnetica del mondo siberiano orientale attraverso l'Oceano Artico) hanno mostrato che dal 1973 al 1984 il suo viaggio è stato di 120 km, dal 1984 al 1994 - più di 150 km. Sebbene questi dati siano calcolati, sono confermati dalle misurazioni del polo nord magnetico. Secondo i dati dell’inizio del 2007, la velocità di deriva del polo nord magnetico è aumentata da 10 km/anno negli anni ’70 a 60 km/anno nel 2004.

La forza del campo magnetico terrestre sta diminuendo e in modo non uniforme. Negli ultimi 22 anni è diminuito in media dell’1,7% e in alcune regioni, ad esempio nell’Oceano Atlantico meridionale, del 10%. In alcune località l’intensità del campo magnetico, contrariamente alla tendenza generale, è addirittura aumentata.

L'accelerazione del movimento dei poli (in media di 3 km/anno) e il loro movimento lungo i corridoi di inversione dei poli magnetici (più di 400 paleoinversioni hanno permesso di identificare questi corridoi) suggerisce che questo movimento dei poli debba essere visto non come un'escursione, ma come un'altra inversione del campo magnetico terrestre.

Ciò è confermato dall’attuale aumento dell’angolo di apertura delle cuspidi (lacune polari nella magnetosfera nel nord e nel sud), che verso la metà degli anni ’90 ha raggiunto i 45°. Il materiale radiante proveniente dal vento solare, dallo spazio interplanetario e dai raggi cosmici si è precipitato negli spazi allargati, con il risultato che più materia ed energia entrano nelle regioni polari, il che può portare a un ulteriore riscaldamento delle calotte polari.

In passato si sono verificate molte inversioni dei poli magnetici e la vita è stata preservata. La domanda è a quale costo. Se, come affermano alcune ipotesi, la magnetosfera terrestre scompare per un certo periodo durante l'inversione dei poli, allora un flusso di raggi cosmici cadrà sulla Terra, il che rappresenta un pericolo per gli abitanti della terra, e ancor più se la scomparsa dei poli la magnetosfera è associata alla riduzione dello strato di ozono. È incoraggiante che durante l’inversione del campo magnetico solare avvenuta nel marzo 2001, non sia stata registrata la completa scomparsa della magnetosfera solare. Il ciclo completo di rivoluzione del campo magnetico del Sole dura 22 anni.

Coordinate geomagnetiche (coordinate McIlwain)

Nella fisica dei raggi cosmici, le coordinate specifiche del campo geomagnetico, che prendono il nome dallo scienziato Carl McIlwain che per primo ne propose l'uso, sono ampiamente utilizzate, poiché si basano su invarianti del movimento delle particelle in un campo magnetico. Un punto in un campo dipolare è caratterizzato da due coordinate (L, B), dove L è il cosiddetto guscio magnetico, o parametro di McIlwain (L-shell inglese, valore L, parametro L di McIlwain), B è il parametro magnetico induzione del campo (solitamente in Gs). Il parametro del guscio magnetico è solitamente considerato il valore L, pari al rapporto tra la distanza media del guscio magnetico reale dal centro della Terra nel piano dell'equatore geomagnetico e il raggio della Terra.

Storia della ricerca

La capacità degli oggetti magnetizzati di essere localizzati in una certa direzione era nota ai cinesi diverse migliaia di anni fa.

Nel 1544 lo scienziato tedesco Georg Hartmann scoprì l'inclinazione magnetica. L'inclinazione magnetica è l'angolo di cui l'ago, sotto l'influenza del campo magnetico terrestre, devia dal piano orizzontale verso il basso o verso l'alto. Nell'emisfero nord dell'equatore magnetico (che non coincide con l'equatore geografico), l'estremità settentrionale della freccia devia verso il basso, in quello meridionale viceversa. All'equatore magnetico stesso, le linee del campo magnetico sono parallele alla superficie terrestre.

La prima ipotesi sulla presenza del campo magnetico terrestre, che provoca tale comportamento degli oggetti magnetizzati, fu fatta dal medico e filosofo naturale inglese William Gilbert nel 1600 nel suo libro “Sul Magnete” (“De Magnete”), in cui descrisse l'esperimento con una palla di minerale magnetico e una piccola freccia di ferro. Gilbert è giunto alla conclusione che la Terra è un grande magnete. Le osservazioni dell'astronomo inglese Henry Gellibrand hanno dimostrato che il campo geomagnetico non è costante, ma cambia lentamente.

José de Acosta (uno dei Fondatori della Geofisica, secondo Humboldt) nella sua Storia (1590) apparve per la prima volta la teoria delle quattro linee senza declinazione magnetica (descrisse l'uso del compasso, l'angolo di deviazione, le differenze tra la e Polo Nord; sebbene le deviazioni fossero già note nel XV secolo, descrisse la fluttuazione delle deviazioni da un punto all'altro; identificò luoghi con deviazione zero: ad esempio, nelle Azzorre).

L'angolo di deviazione dell'ago magnetico dalla direzione nord-sud è chiamato declinazione magnetica. Cristoforo Colombo scoprì che la declinazione magnetica non rimane costante, ma cambia al variare delle coordinate geografiche. La scoperta di Colombo diede impulso a un nuovo studio del campo magnetico terrestre: i marinai avevano bisogno di informazioni al riguardo. Nel 1759, lo scienziato russo M.V. Lomonosov, nel suo rapporto "Discorso sulla grande precisione della rotta marittima", diede preziosi consigli per aumentare la precisione delle letture della bussola. Per studiare il magnetismo terrestre, M.V. Lomonosov consigliò di organizzare una rete di punti permanenti (osservatori) in cui effettuare sistematiche osservazioni magnetiche; Tali osservazioni devono essere effettuate ampiamente in mare. L'idea di Lomonosov di organizzare osservatori magnetici fu realizzata solo 60 anni dopo in Russia.

Nel 1831 l'esploratore polare inglese John Ross scoprì il polo magnetico nell'arcipelago canadese, la regione dove l'ago magnetico occupa una posizione verticale, cioè l'inclinazione è di 90°. Nel 1841, James Ross (nipote di John Ross) raggiunse l'altro polo magnetico della Terra, situato in Antartide.

Carl Gauss (tedesco: Carl Friedrich Gauss) avanzò una teoria sull'origine del campo magnetico terrestre e nel 1839 dimostrò che la maggior parte di esso esce dalla Terra e il motivo di piccole, brevi deviazioni nei suoi valori vanno ricercati nell’ambiente esterno.

fonte:Wikipedia

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