Геомагниттік өріс дегеніміз не және оның рөлі
Геомагниттік өріс – Жерді қоршап тұрған көрінбейтін магниттік «қаптама». Біз оны тікелей көре алмасақ та, оның бар екенін компас арқылы сезуге болады, оның инесі әрқашан солтүстіктен оңтүстікке бағытталған. Бұл өріс Жердегі тіршілікті сақтауда, навигацияға әсер етуде маңызды рөл атқарады және планетаның ішкі құрылымының динамикасын түсінудің кілті болып табылады. Бұл мақалада біз геомагниттік өріс дегеніміз не, ол қалай пайда болады, қалай өлшенеді және оның тіршілік пен технологиядағы рөлін талқылаймыз.
Геомагниттік өрісті түсіну
Геомагниттік өріс – Жер тудыратын магнит өрісі. Магнит өрісі – белгілі бір нысандарға магниттік күш түсіретін магнит көзінің (мысалы, жолақты магнит немесе электр тогы) айналасындағы аймақ. Планетарлық масштабта геомагниттік өріс Жерді солтүстік және оңтүстік магниттік полюстері бар алып магнит сияқты әрекет етуге мәжбүр етеді.
Дегенмен, «магниттік полюстер» географиялық полюстермен дәл сәйкес келмейтінін түсіну маңызды. Географиялық полюстер - Жердің айналу осінің шеткі нүктелері, ал магниттік полюстер - Жер бетіндегі магниттік күш сызықтары тігінен «кіретін» немесе «шығатын» сияқты көрінетін орындар. Орналасудағы бұл айырмашылық компастың әрқашан географиялық солтүстікке емес, магниттік солтүстікке (орналасқан жеріне байланысты) дәл бағыттайтынын білдіреді.
Геомагниттік өріс қайдан пайда болады?
Геомагниттік өрістің негізгі көзі жер бетінің тереңінде, атап айтқанда Жердің сыртқы ядросында жүретін процестерден туындайды. Сыртқы ядро сұйық металдардан, негізінен темір мен никельден тұрады, олар келесі себептерге байланысты қозғалады:
1. Жылу конвекциясы: Ішкі ядродан шығатын жылу және радиоактивті ыдырау сұйық материалдың айналымын басқарады.
2. Жердің айналуы (Кориолис эффектісі): Айналу сұйықтық ағынын бұрып, тұрақты құйын үлгілерін қалыптастырады.
3. Жоғары электр өткізгіштігі: Балқытылған темір жақсы электр өткізгіші, сондықтан бұл сұйықтықтың қозғалысы электр тогын тудырады.
Электр тогы мен өткізгіш сұйықтықтардың қозғалысының үйлесімі сақталатын және үнемі жаңартылып отыратын магнит өрісін тудырады. Бұл механизм геодинамо деп аталады - Жер ядросындағы алып «табиғи динамоның» бір түрі.
Осы бастапқы көздерден басқа, Жер қыртысындағы тау жыныстарының магниттелуінен және ионосфера мен магнитосферадағы электр токтарының әсерінен шағын үлестер бар. Дегенмен, басым компонент геодинамика болып қала береді.
Геомагниттік өрістің құрылымы: магнитосфера
Жердің магнит өрісі атмосферада тоқтамайды. Ол ғарышқа дейін созылып, магнитосфера деп аталатын қорғаныс аймағын құрайды. Магнитосфера күн желімен, Күн шығаратын зарядталған бөлшектердің үздіксіз ағынымен әрекеттеседі.
Күн желінің қысымына байланысты магнитосфера асимметриялық болып келеді:
– Күнге қараған жағында магнитосфера Жерге жақынырақ «сығылады».
– Қарама-қарсы жақта (түнгі уақытта) магнитосфера «магниттік құйрықты» (магнитоқұйрықты) түзу үшін созылып жатыр.
Магнитосфера - Жердің Күн мен ғарыштан келетін жоғары энергиялы бөлшектерден қорғануының негізгі желісі.
Геомагниттік өрістің қасиеттері: әрқашан тұрақты емес
Геомагниттік өріс динамикалық. Ғылыми тұрғыдан маңызды бірнеше өзгерістер бар:
1. Тәуліктік вариация
Ионосферадағы күн радиациясының әсерінен өзгеретін электр токтарының әсерінен.
2. Геомагниттік дауылдар
Тәждік массаның лақтырылуы (ТМЛ) немесе күн желінің күшеюі орын алғанда, магнитосфера бұзылады, бұл жер бетіндегі геомагниттік өрістің ауытқуына әкеледі. Бұл полярлық сәулелерді тудыруы және технологиялық жүйелердің бұзылуына әкелуі мүмкін.
3. Ұзақ мерзімді өзгерістер (зайырлы вариация)
Ондаған жылдардан жүздеген жылдарға дейінгі масштабта магнит өрісінің күші мен бағыты Жер ядросының динамикасына байланысты өзгеруі мүмкін. Магнит полюстері тіпті уақыт өте келе «қозғалады».
4. Полюстің бұрылуы (геомагниттік бұрылу)
Мыңдаған және миллиондаған жылдар аралығында Жер магнит полюсінің өзгеруін бастан кешірді. Бұл магниттік солтүстік пен магниттік оңтүстіктің кері қарай жылжитынын білдіреді. Бұл процесс бірден жүрмейді; ол мыңдаған жылдарға созылуы мүмкін және жанартаулық және шөгінді жыныстарда тіркеледі (палеомагнетизм).
Геомагниттік өріс қалай өлшенеді?
Ғалымдар геомагниттік өрісті бірнеше жолмен өлшейді:
– Жер магнитометрлері: Күнделікті өзгерістерді, геомагниттік дауылдарды және ұзақ мерзімді үрдістерді бақылау үшін обсерваторияларда орнатылады.
– Аэромагниттік зерттеу: Жер қыртысындағы магниттік вариацияларды картаға түсіру үшін ұшақтарды пайдалану, геология және ресурстарды барлау үшін пайдалы.
– Жер серіктері: ESA Swarm сияқты миссиялар ядродан, жер қыртысынан, мұхиттан және ионосферадан үлестерді бөліп, жаһандық магнит өрісін дәл картаға түсіреді.
Содан кейін деректер навигация мен ғылыми модельдеуде жиі қолданылатын IGRF (Халықаралық геомагниттік анықтамалық өріс) сияқты жаһандық модельдерде жинақталады.
Жер және тіршілік үшін геомагниттік өрістің рөлі
1. Радиациядан және зиянды бөлшектерден қорғау
Геомагниттік өрістің ең маңызды функцияларының бірі - зарядталған бөлшектерді күн желінен ығыстыратын «қалқан» рөлін атқару. Атмосфера да маңызды қорғаныс рөлін атқарғанымен, магнитосфера жоғары энергиялы бөлшектердің атмосфералық эрозияны азайтуға көмектеседі және жер бетіндегі радиациялық әсерді азайтады.
Күшті магнитосфераның қорғанысынсыз атмосфера тезірек эрозияға ұшырауы мүмкін. Кейбір ғалымдар бұл жағдайды әлсіз ғаламдық магнит өрісі атмосферасын күн желінің өзара әрекеттесуіне осал ететін Марспен салыстырады.
2. Адамдардың навигациясына көмектесу
Компас геомагниттік өрісті магниттік солтүстікті көрсету үшін пайдаланады. Ғасырлар бойы компас навигация мен зерттеу үшін маңызды навигациялық құрал болып келді. Дәл сол қағидалар бүгін де қолданылады, дегенмен олар көбінесе GPS және заманауи навигациялық жүйелермен біріктіріледі.
Іс жүзінде навигатор мыналарды ескеруі керек:
– магниттік ауытқу: географиялық солтүстік пен магниттік солтүстік арасындағы айырмашылық,
– магниттік көлбеулік: магнит өрісі сызықтарының ендікке қарай өзгеретін тікке көлбеуі.
3. Жануарларды бақылау (магниторецепция)
Көптеген жануарлардың алыс қашықтыққа навигация үшін Жердің магнит өрісін, яғни магниторецепцияны анықтау қабілеті бар деп есептеледі. Мысал ретінде қоныс аударатын құстар, теңіз тасбақалары, албырт және кейбір жәндіктерді айтуға болады. Олар геомагниттік өрісті белгілі бір жерлерге бағыттау үшін табиғи «карта» және «компас» ретінде пайдаланады деп есептеледі.
Биологиялық механизмдер әлі де зерттеліп жатқанымен, эксперименттік дәлелдер магнит өрісінің бұзылуы кейбір түрлердің бағдарлану мінез-құлқына әсер етуі мүмкін екенін көрсетеді.
4. Заманауи технологияға әсері
Геомагниттік өрістер, әсіресе геомагниттік дауылдар кезіндегі олардың бұзылуы, технологияға айтарлықтай әсер етуі мүмкін, соның ішінде:
– Электр желісі: Геомагниттік индукциялық токтар трансформатордың істен шығуына және электр қуатының үзілуіне әкелуі мүмкін.
– Радиобайланыс: Ионосферадағы өзгерістер радиотолқындардың, әсіресе жоғары жиіліктердің (ЖЖ) таралуына әсер етеді.
– Жер серіктері және GPS: Радиацияның жоғарылауы жер серігінің компоненттерін зақымдауы, төмен орбитадағы атмосфералық кедергіні арттыруы және GPS орналасу дәлдігіне кедергі келтіруі мүмкін.
– Рейстер: Полюстерге жақын бағыттар байланыс үзілістеріне және экипаж бен жолаушылар үшін радиациялық әсердің жоғарылауына көбірек ұшырайды.
Бұл инфрақұрылымға төнетін қауіптерді азайту үшін күн белсенділігі мен магнитосфералық реакцияларды бақылайтын ғарыштық ауа райы саласының пайда болуына әкелді.
5. Жердің ішкі құрылысын және геологиялық тарихын түсінудің кілті
Геомагниттік өріс Жердің ішкі қабатына терезе ашады. Оның ұзақ мерзімді өзгерістері сыртқы ядроның динамикасына түсінік береді. Сонымен қатар, тау жыныстарындағы палеомагниттік жазбалар ғалымдарға көмектеседі:
– полюстердің кері бұрылу тарихын бақылау,
– тау жыныстарының салыстырмалы жасын анықтау;
– уақыт өте келе тектоникалық плиталардың қозғалысын (континенттік дрейф) қалпына келтіру.
Басқаша айтқанда, геомагнетизм геофизика мен геологияда маңызды құрал болып табылады.
Жабу
Геомагниттік өріс тек қызықты физикалық құбылыс қана емес, сонымен қатар Жердегі тіршілік пен өркениетті қолдайтын негізгі компонент. Сыртқы ядродағы геодинамо қозғалтқышынан бастау алып, планетаны зиянды бөлшектерден қорғайтын, адамдар мен жануарлардың навигациясына көмектесетін және ғарыштық ауа райының бұзылуы кезінде заманауи технологияларға әсер ететін магнитосфераны құрайды. Сонымен қатар, геомагниттік өріс Жердің ішкі бөлігі және оның геологиялық тарихы туралы құнды ақпаратты сақтайды. Геомагниттік өрісті түсіну дегеніміз - планетамыздағы тіршіліктің сақталуын анықтайтын қорғаныс жүйелерінің бірін түсіну.
Қаласаңыз, мен полярлық шұғыла, тарихтағы ірі геомагниттік дауылдар немесе IGRF деректерін навигацияда қолдану мысалдары туралы арнайы бөлімдерді қоса аламын.
