За геомагнетното поле и неговите промени

оригинално објавено на 26.02.2017

Магнетното поле на Земјата или т.н. геомагнетно поле е магнетно поле кое се протега од внатрешноста на Земјата па до слојот во надворешната атмосфера, каде се судрува со честичките на Сончевиот ветер. Геомагнетното поле настанува како резултат на конвекција во надворешното (течно) земјино јадро и на ротацијата на Земјата. Целиот процес е познат како геодинамо, во вид на електрична струја која создава магнетно поле. Современиот развој на технологијата, дозволува да се прават 3D симулации на геодинамото за да се разбере структурата, условите и процесите кои се одвиваат во јадрото и кои го генерираат магнетното поле и неговите промени. Геомагнетното поле има големо значење за земјата. Пред се тоа е еден вид на штит од силното и штетно Сончево и космичко зрачење (кога при максимумите се јавуваат геомагнетни бури и поларна светлина). Потоа е многу важно за ориентација со помош на компас. Поради промените на поларитетот и интензитетот во подолги временски интервали, геомагнетното поле има значење за реконструкција и моделирање на геолошкото минато, одредување на староста на некои карпи и др. (т.н. палеомагнетизам). Понатаму, постои врска помеѓу промените на магнетното поле на Земјата и промените на климата, поточно сончевото и космичкото зрачење. Затоа, палеомагнетното поле се користи и за проучување на климата во минатото или палеоклимата.

Денес, магнетното поле на Земјата се мери во геомагнетни опсерватории, потоа со помош на сателити и мерни станици на територијата на речиси секоја држава.

Како што напоменавме, геомагнетното поле се користи како едно од средствата за навигација на Земјата. Во минатите 400-500 години, кога бродовите патувале по океаните, секогаш носеле компаси за да го најдат патот кога не можат да се видат ѕвездите. Тие записи и дневници, денес се користат за моделирање (реконструкција) на промените на геомагнетното поле за наведениот период. Инаку, еден од најстарите компаси е пронајден во Кина, направен од лажица од магнетни минерали која слободно ротира на плоча и се насочува во насока на геомагнетното поле.

Мерења на магнетното поле во Кина во време на династијата Хан (II век п.н.е. до II век н.е.). Еден од најстарите компаси личи на лажица направена од магнетит поставен на бронзена чинија која се насочува во јужна насока.

Геомагнетното поле постојано се менува. Промените не се случуваат само на неговиот интензитет туку и на насоките. Најопшто земено, геомагненото поле е диполарно, што значи има два пола, еден на северната и еден на јужната полутопка. Познато е дека се случува промена на поларитетот на полето, па така северниот магнетен пол да се најде на јужната полутопка и обратно. Последната таква промена се случила пред 780 илјади години. Друг познат феномен за геомагнетното поле се геомагнетните екскурзии, кога полето започнува да го менува поларитетот ама не се случува комплетно, т.е. магнетниот пол од северната полутопка почнува да се движи кон екваторот, ама наместо тотална промена се враќа повторно во истата позиција. За целиот овој период, интензитетот на магнетното поле се намалува. Многу проучувана и позната геомагнетна екскурзија е Лашамп, која се случила пред 41 илјади години и го добила името по местото во Франција каде била откриена. Бидејќи во последните 200 години, интензитетот на геомагнетното поле постојано се намалува, научниците истражуваат дали магнетното поле е во процес на промена на поларитетот или пак се случува геомагнетна екскурзија. За да можеме да одговориме на ова прашање треба да ја проучиме морфологијата на полето во минатото кога тие настани веќе се случиле.

За моделирање на геомагнетното поле во минатите стотици, илјадници па дури и милиони години (т.н. палеомагнетно поле), се вршат детални анализи на вулкански карпи, археолошки предмети и езерски, морски и океански седименти. Сите овие материјали го „меморираат“ магнетното поле во времето кога се создадени, под услов, да содржат магнетни минерали кои го регистрираат и зачувуваат интензитетот и/или насоката на Земјиното магнетно поле (како на пример магнетитот). Во вулканските карпи, за време на нивното создавање, магнетните честички слободно осцилираат во сите насоки. Со намалување на температурата под 580 степени Целзиусови, магнетните честички се ориентираат во насоката на Земјиното магнетно поле. Процесот е сличен кај седиментите, со тоа што регистрацијата на магнетното поле се случува во време на седиментација и завршува кога магнетните честички се целoсно зацврстени во седиментната матрица.

Пример за моделирање на палеомагнетното поле. Магнетното поле на Земјата претставено со радијалната компонента (во единици микротесла) на границата на јадрото и мантијата во 2 век пр. н.е. Црвената боја означува флукс што изглегува од јадрото на Земјата, а сината флукс што влегува во јадрото, значи во спротивна насока од црвените контури.

Географската дистрибуција на палеомагнетните податоци е нерамномерна, така што многу повеќе податоци има на северната полутопка во споредба со јужната. Исто така, бројот на податоци се намалува како одиме во минатото. Сите тие податоци се придружени со два типа на грешки: едната е поврзана со вредноста на магнетното поле, а другата со точната старост на материјалот. Како за географската и временската дистрибуција, истото важи и за грешките: тие се поголеми колку подалеку во минатото сакаме да го проучуваме магнетното поле. Секако, грешките се земаат во предвид во процесот на моделирање и предикциите се во рамките на грешките. Како резултат на сето ова, резолуцијата на моделите на геомагнетното поле денес (на пример моделот ИГРФ – интернационално геомагнетно референтно поле) е голема и се намалува во палеомагнетните модели кои покриваат долги временски интервали. Според палеомагнетните модели, намалувањето на интензитетот на магнетното поле во последните години не е драстично и не секогаш води во геомагнетна екскурзија или промена на поларитетот.

Термореманентна магнетизација – процес со кој вулканските карпи настанати од лава го меморираат геомагнетното поле во времето кога се создадени.

Како заклучок, единствен начин да ги предвидиме промените на геомагнетното поле во иднина е да ги проучуваме и подобро разбереме промените и процесите кои се одвивале во минатото.

Извори:
https://earthref.org/MagIC/books/Tauxe/Essentials
Пановска С. (2011): Моделирање на еволуцијата на Земјиното магнетно поле во Холоценот, докторска дисертација одбранета на ЕТХ Цирих.

Автор: д-р Сања Пановска, GFZ, Потсдам, Германија