وبلاگ

1-1-1 میدان مغناطیسی

شکل 1-1 – قطب‌های مغناطیسی زمین با قطب‌های جغرافیایی آن منطبق نیستند

   بر پایه‌ی نظریه‌ی دینامو، این میدان در منطقهی هستهی بیرونی که مایع است، ساخته شده ‌است. در هستهی بیرونی گرمای زیاد و رسانش گرمایی باعث جابه‌جایی مواد رسانای درون آن می‌شود که این پدیده خود باعث پدید آمدن جریان‌های الکتریکی و از آن میدان مغناطیسی زمین می‌گردد. جابه‌جایی مواد در هستهی بیرونی با هرج و مرج همراه‌ است و باعث می‌شود که قطب‌های میدان مغناطیسی در بازه‌های زمانی گوناگون جابه‌جایی‌هایی داشته باشد. از این‌رو در بازه‌های زمانی چند میلیون سال باید چشم به راه چند بار جابه‌جایی در محل قطب‌های مغناطیسی زمین باشیم. برای نمونه، تازه‌ترین جابه‌جایی دو قطب در ۷۰۰۰۰۰ سال پیش رخ داده ‌است.

1-1-2 منشاء میدان مغناطیسی زمین

   در الکترومغناطیس کلاسیک تعریف میدان مغناطیسی به‌صورت «میدان حاصل از بار الکتریکی در حال حرکت در اطراف آن» می‌باشد. میدان مغناطیسی از تک بارها، سیم‌های حامل جریان، جهت‌گیری دوقطبی‌های مغناطیسی(آهنرباهای دایمی)، جریان سیال رسانا(میدان مغناطیسی زمین) ایجاد می‌شوند. در الکترودینامیک نسبیتی بین میدان الکتریکی و میدان مغناطیسی تفاوتی وجود ندارد و تعریف میدان الکترومغناطیسی به‌صورت «اثر بار الکتریکی در اطراف آن» تعریف می‌شود. چون حرکت کاملاً نسبی در نظر گرفته می‌شود و نمی‌توان بین بار ثابت و بار متحرک تفاوتی قایل شد(متحرک بودن یا ثابت بودن برای ناظرهای مختلف تفاوت می‌کند). نیروی حاصل از این میدان را نیروی لورنتس می‌خوانند.

1-2 اندازه‌گیری میدان مغناطیسی هسته‌ی زمین

   در درون زمین فلزاتی نظیر آهن و نیكل به‌صورت مذاب و گداخته وجود دارند كه در حال حركت و جنبش هستند. حركت این مواد از هسته شروع شده و به نزدیكی

خرید اینترنتی فایل متن کامل :

 سطح زمین نزدیک شده و دوباره به هسته و مركز زمین برمی‌گردند. این مواد مذاب با حركت رفت و برگشتی كه دارند باعث پیدایش جریان الكتریكی در درون زمین می‌شوند.

   از همین خاصیت الكتریكی مواد مذاب درون زمین، برای پیش‌بینی وقوع فوران آتشفشان یا زلزله استفاده می‌كنند. جریان الكتریكی كه این مواد مذاب ایجاد می‌كنند، باعث پیداش میدان مغناطیسی در اطراف زمین می‌شود. خطوط میدان مغناطیسی به این‌گونه هستند كه از هسته به قطب جنوب جغرافیایی وصل و سپس از قطب جنوب به قطب شمال و از آن‌جا دوباره به هسته وصل می‌شوند. و به این‌گونه این خطوط در اطراف زمین رسم می‌شوند. قطب‌های مغناطیسی زمین بر روی قطب‌های جغرافیایی آن منطبق نیستند و امروزه حدود ۱۱ درجه اختلاف دارند.

   بررسی‌ها و مطالعه آثار نشان می‌دهند كه میدان مغناطیسی زمین ثابت نیست و تغییر می‌كند. آثاری كه از روی سنگ‌های زمین به‌دست آمده حاكی از آنست كه میدان مغناطیسی زمین به مدت حدود ۸۰۰۰۰۰ سال وارونه بوده و حدود ۱۰۰۰۰۰ سال دچار افت شدیدی می‌شود. علت این امر آنست كه مواد مذاب و گداخته حركت رفت و برگشتی كاتوره‌ای دارند كه سرعتشان حدود ۵ سانتی‌متر در روز است و جابه‌جایی این مواد باعث تغییر جریان الكتریكی و در نتیجه میدان مغناطیسی زمین می‌شود. البته دانشمندان در تلاش هستند تا بتوانند به ساختار كاتوره‌ای تغییر میدان مغناطیسی در آینده دست یابند.

   ژئوفیزیکدانان دانشگاه برکلی آمریکا موفق شدند برای اولین بار، قدرت میدان مغناطیسی را درون هسته زمین که حدود 2900 کیلومتر زیر سطح زمین قرار دارد، اندازه‌گیری و مقدار آن‌را 25 گاوس تعیین کنند. قدرت میدان مغناطیسی هسته 25 گاوس و 50 برابر قدرتمندتر از میدان مغناطیسی در سطح زمین است. اگر چه این میزان حد وسط چیزی است که متخصصان ژئوفیزیک پیش از این حدس می‌زدند، اما همسانی منابع حرارتی محدودکننده هسته باعث می‌شود دینام داخلی برای برقراری این میدان مغناطیسی به حرکت خود ادامه دهد. وجود یک میدان مغناطیسی قدرتمند در سطح خارجی هسته به این معنی است که انتقال گرمای زیادی در آن‌جا صورت می‌گیرد و این، نشان از تولید حرارت زیاد در مرکز زمین دارد. گرمای باقی‌مانده از زمین داغ و گداخته چهار و نیم میلیارد سال پیش، آزاد شدن انرژی گرانشی در اثر سقوط عناصر سنگین به اعماق هسته مایع و تجزیه رادیواکتیو عناصر پرعمری مانند پتاسیم، فلزات و توریوم از منابع اصلی انرژی هستند. وجود میدان ضعیف مغناطیسی با قدرت مثلا 5 گاوس حاکی از این است که سهم کمی از تولید حرارت به شیوه تجزیه رادیواکتیو تامین شده، درحالی‌که وجود میدان قوی با قدرت مثلا 100 گاوس به سهم بیش‌تری از تجزیه رادیواکتیو اشاره دارد. میدان مغناطیسی زمین در دو سوم خارجی هسته متشکل از آهن و نیکل تولید می‌شود. این سطح خارجی هسته که ضخامتی در حدود 2250 کیلوتر دارد، مایع است و گردش این مواد فلزی است که میدان مغناطیسی را پدید می‌آورد؛ درحالی که داخل هسته، توپ منجمدی از آهن و نیکل با شعاعی در حدود 1290 کیلومتر(اندکی کوچک‌تر از ماه) است. اطراف هسته را نیز گوشته(جبه) داغ و چسبناک فرا گرفته که یک پوسته سطحی سفت و سخت، آن را پوشانده است. جالب این‌جاست که میدان مغناطیسی زمین در طول زمان تغییر جهت می‌دهد و قطب‌های آن جابه‌جا می‌شوند.