Paskaitos metmenys

1.1.Žemės forma ir pagrindiniai parametrai.

1.2. Žemės gravitacinis laukas.

1.3. Žemės terminis laukas.

1.4. Žemės magnetinis laukas.

Geologija, kaip mokslas, tiriantis visų pirma mūsų planetą ir jos viršutinį uolų apvalkalą, neignoruoja aplinkinio dumbluoto pasaulio – Visatos. Taip yra dėl to, kad Žemės sandara turi tam tikrų panašumų ir skirtumų su planetomis; kai kurie geologiniai procesai yra tiesiogiai susiję su kosminiais reiškiniais.

Žemė yra tipiška Saulės sistemos planeta, kuriai būdingi gerai išvystyti vidiniai ir išoriniai apvalkalai.

1.1. Žemės forma ir pagrindiniai parametrai

Žemės figūra arba forma suprantama kaip jos kieto kūno forma, suformuota iš žemynų paviršiaus ir jūrų bei vandenynų dugno. Planetos formą lemia jos sukimasis, traukos jėgų ir išcentrinės jėgos santykis, medžiagos tankis ir pasiskirstymas kūne

Geodeziniai matavimai parodė, kad supaprastintas Žemės skliautas artėja prie SUKIMOSI ELIPSOIDO (SFEROIDĖS). Poliarinis spindulys Rn 6356,8 km, pusiaujo - 6378,2 km, spindulių skirtumas 21,4 km.

Išsamūs matavimai parodė, kad Žemė turi sudėtingesnę formą. Ši figūra, būdinga tik Žemei, vadinama GEOID. Bet kuriame geoido taške gravitacijos vektorius yra statmenas jo paviršiui, kurį galima gauti išplėtus Pasaulio vandenyno paviršių po žemynais. Būtent geoido paviršius imamas kaip pagrindas skaičiuojant aukščius topografijoje, geodezijoje ir geodezijoje.

Geoidas ir sferoidas nesutampa, o neatitikimas tarp jų paviršių padėties siekia 160 km (100 m SSRS). Naujausiais tiksliausiais duomenimis nustatyta, kad Žemė turi kriaušės (t.y. širdies formos) triašį elipsoidą.

Žemės masė yra 5,977 10 21 tona, tūris 1,083 milijardo km 3, plotas 510 milijonų km 2. Vidutinis Žemės tankis yra 5,52 g/cm 3 . Nustatyta, kad išorinės, uolinės žemės plutos dalies vidutinis tankis yra 2,8 g/cm 3 . Taigi, kad bendras tankis būtų 5,52, Žemės vidus turi būti tankesnis nei išorė. Tankio padidėjimą gyliu galima paaiškinti sudėties skirtumais ir milžiniška jėga, kuria išorinės Žemės dalys spaudžia vidines. Daroma prielaida, kad vidinės šerdies tankis yra apie 13 g/cm 3, o tai, matyt, atitinka metalinės geležies būklę esant tokiam slėgiui.

1.2. Žemės gravitacinis laukas

Fizinius laukus, kuriuos sukuria visa planeta ir atskiri izoliuoti kūnai, lemia kiekvienam fiziniam objektui būdingų savybių rinkinys. Geofizinių laukų tyrimas svarbus tiriant uolienų fizines savybes pavyzdžiuose ir masyvuose. Savybių tyrimas ir gautų duomenų interpretavimas turėtų būti grindžiamas žiniomis apie bendruosius ir vietinius Žemės fizikinių laukų sandaros modelius.

Didžiulė Žemės masė yra jėgų egzistavimo priežastis

atrakcionai, kurie veikia kūną ir ant jo esančius objektus paviršiai. Erdvė, kurioje pasireiškia Žemės traukos jėgos, vadinama gravitacijos lauku arba gravitaciniu lauku (lot. „gravitas“ – gravitacija).Ji atspindi masių pasiskirstymo žarnyne prigimtį ir yra glaudžiai susijusi su Žemės figūra. Kiekvienas žemės paviršiaus taškas turi savo gravitacijos jėgą; Žemės centre gravitacijos jėga lygi nuliui.

Gravitacijos jėga yra skaitine prasme lygi traukos jėgai ir išcentrinei jėgai P, veikiančiai medžiagos masės vienetą

CGS sistemoje gravitacijos dydis išreiškiamas galais (cm/sek). Praktikoje dažnai naudojama viena tūkstantoji gal-miligalo. Gravitacijos jėga priklauso nuo ploto aukščio, nes tai keičia atstumą į

Žemės centras. Todėl gravitacijos matavimai paprastai sumažinami iki vieneto

lygis, pvz., geoidas arba elipsoidas. Gravitacijos vertė Žemės paviršiuje didėja nuo pusiaujo iki ašigalių nuo 978,049 iki 963,235 gal. Vidutinė gravitacija ant geoido paviršiaus yra 981 gal.

gravitacijos dydis priklauso ne tik nuo aukščio padėties, bet ir nuo vietovės geografinės platumos. Tam įtakos turi ir netolygus masių pasiskirstymas Žemės žarnyne. Dėl šios priežasties atsiranda vietinių gravitacijos verčių nukrypimų nuo teoriškai apskaičiuotų verčių. Tokie nukrypimai vadinami gravitacinėmis anomalijomis.

Yra teigiamų ir neigiamų gravitacinių anomalijų. Teigiami pastebėti, kai žemės plutos gelmėse glūdi tankios masės (geležies rūdos); neigiamus sukelia lengvų masių nuosėdos (gipsas, kalio druska) Gravitacijos anomalijos nustatomos naudojant gravimetrus ir švytuokles. Remiantis matavimų rezultatais, sudaromi gravimetriniai žemėlapiai, kuriuose naudojant izoliacijas parodomos miligalų gravitacijos anomalijos.

Gravitacijos pokyčius gali lemti tam tikri iš astronomijos žinomi reiškiniai, pavyzdžiui, sulėtėja ar pagreitėja Žemės sukimasis aplink savo ašį, keičiasi Žemės forma ir tankis.

1.3. Žemės terminis laukas

Žemės šiluminis laukas susidaro dėl išorinių ir vidinių šaltinių. Pagrindinis išorinės energijos šaltinis yra saulės spinduliuotė. Saulės spinduliavimo energija, kurią per metus gauna žemės paviršius, yra 5,44 * 10 J. Apie 55 % jį sugeria atmosfera, augmenija ir dirvožemis. Likusi energijos dalis atsispindi erdvėje.

Žemės vidinės šilumos šaltiniai yra šie: radioaktyvus elementų skilimas; gravitacinio materijos diferenciacijos energija; liekamoji šiluma ir kt.

Gauta saulės šiluma tiesiogiai šildo uolienas ir prasiskverbia tik į nedidelį gylį. Sluoksnių paviršiaus temperatūra kinta visą dieną, sezoną ir metus. Didėjant gyliui, temperatūrų svyravimų amplitudė mažėja: pirmiausia išnyksta paros oro temperatūros svyravimų įtaka, vėliau sezoninių ir galiausiai metinių. Tam tikrame gylyje uolienų temperatūra metų metus išlieka pastovi – pastovios temperatūros zona. Virš jo – ilgalaikių, sezoninių ir kasdienių svyravimų klodai.

Pastovios temperatūros juostos gylis kinta priklausomai nuo vietovės platumos ir uolienų termofizinių savybių pokyčių. Pusiaujo regionuose pastovios temperatūros juosta sieks 1-2 m, vidutinėse platumose 20-30 m (Maskvoje - 20 m).

Šios zonos pastovi temperatūra yra apytiksliai lygi tam tikros srities žemės sluoksnio vidutinei metinei temperatūrai (Maskvai +4,2 ° C, Paryžiuje + I8). Jei vietovės vidutinė metinė temperatūra yra žemesnė nei 0, tada krituliai ir požeminis vanduo virsta ledu. Tai yra pagrindinė „amžinojo įšalo“ susidarymo sąlyga.

Pradedant nuo pastovių temperatūrų zonos, nuolat didėja uolienų temperatūra su gyliu, kuriai būdingas geoterminis laiptelis ir geoterminis gradientas. GEOTHERMINĖ STAPIJA – skaitiniu būdu lygus metrų skaičiui, iki kurio reikia gilintis, kad uolienų temperatūra pakiltų 1, ir turi matmenis m/laipsnis. GEOTHERMINIS GRADIENTAS yra atvirkštinė vertė ir yra skaitinė lygi laipsnių skaičiui, kuriuo uolienų temperatūra pakyla gilinant 100 m (m/laipsnis).

Vidutinė geoterminė stadija laikoma 33 m/deš., tačiau jos vertė skirtinguose taškuose labai svyruoja nuo 2 iki 250 m/deg. Dažnai geoterminės pakopos vertė labai nukrypsta skirtinguose to paties taško gyliuose. Tai priklauso: nuo skirtingo šilumos laidumo ir uolienų atsiradimo sąlygų, gruntinio vandens, atstumo nuo jūrų ir vandenynų, reljefo, geocheminių sąlygų.

Aukščiausia uolienų temperatūra požeminėse kasyklose yra lygi C ir buvo stebima Magnos (JAV) vario kasyklose 1200 m gylyje. Uolienų temperatūra Donbaso kasyklose 800-1000 gylyje viršija , ir 1545 m gylyje siekia 56,3. Norint sukurti mineralų telkinius, esančius dideliame gylyje ir amžinojo įšalo zonoje, būtina reguliuoti giluminių kasyklų ir kasyklų šiluminį režimą.

1.4. Žemės magnetinis laukas

Aplink Žemės rutulį ir jo viduje yra magnetiniai laukai. Remiantis kosmoso tyrimais, jis tęsiasi už planetos iki atstumo, viršijančio dešimt kartų Žemės spindulį, sudarydamas magnetosferą. Nustatyta sudėtinga asimetrinė išorinė magnetosferos forma, kuri nuolat kinta savo forma ir stiprumu. Saulės apšviestoje Žemės pusėje magnetosfera yra gerokai suspausta, o priešingoje pusėje pailgėja susidarius magnetiniam plunksnui.

Magnetosferos asimetrija atsiranda dėl saulės vėjo (kosminės spinduliuotės) įtakos.

1960 m. duomenimis, magnetizmo riba yra 93 tūkstančių km aukštyje. Žemės magnetinio lauko dydis proporcingai atstumo kubui sumažėja iki maždaug 43 tūkstančių km aukščio. Netoli Žemės esančioje erdvėje, už žemės magnetizmo ribų, yra tarpplanetinės erdvės magnetinis laukas. Žemės magnetinio lauko prigimtis šiuo metu nėra visiškai suprantama. Yra žinoma, kad aukštuose atmosferos sluoksniuose vykstančių procesų įtaka jai yra nedidelė ir neviršija 6 %. Tuo remiantis manoma, kad magnetinis laukas yra susijęs su procesais, vykstančiais giliame Žemės viduje. Magnetinis laukas veikia feromagnetinių mineralų (magnetito, ilmenito, hematito) orientaciją uolienose. Stipriausiai į magnetinį lauką reaguoja ultrabaziniai ir baziniai magminiai smėliai (bazaltai, gabrai) ir raudonos spalvos smėlis. Nuosėdinė genezė.

Žemės magnetinio lauko poliai nesutampa su geografiniais poliais.

Pagrindinės magnetinio lauko charakteristikos yra šios:

MAGNETINĖ DEKLINACIJA – kampas tarp magnetinės adatos ašies, magnetinių meridianų ir geografinio dienovidinio.

MAGNETINIS POVEIKIS – magnetinės adatos polinkio į horizontą kampas.

Žemės magnetinio lauko STIPRIMAS išreiškiamas vektoriniu dydžiu – MAGNETINĖ ĮTAMPA. Magnetinio intensyvumo matavimo vienetas yra šimta tūkstantoji oersted, vadinama gama ().

Žemės magnetinio lauko elementų nukrypimai vadinami magnetinėmis anomalijomis. Jas sukelia arba dėl didelių magnetinių masių (geležies rūdos) atsiradimo, arba dėl geologinės struktūros vienalytiškumo sutrikimų.

Didžiausia magnetinė anomalija pasaulyje, kurią sukelia didelių magnetinių masių atsiradimas, yra KMA.

Žemės magnetinio lauko tyrimas plačiai naudojamas ieškant naudingųjų iškasenų telkinių, įskaitant naftą ir dujas.

Žemės gravitacinį lauką labai tiksliai apibūdina Niutono visuotinės gravitacijos dėsnis. Gravitacijos pagreitį virš Žemės paviršiaus lemia ir gravitacinės, ir išcentrinės jėgos, atsirandančios dėl Žemės sukimosi.

Magnetinis laukas virš Žemės paviršiaus susideda iš pastovios (arba gana lėtai besikeičiančios) „pagrindinės“ ir kintamos dalių; pastarasis dažniausiai priskiriamas magnetinio lauko kitimams. Pagrindinis magnetinis laukas turi struktūrą, artimą dipoliui.

Žemės magnetinis laukas tęsiasi iki trijų Žemės spindulių atstumų. Jis maždaug atitinka vienodai įmagnetinto rutulio, kurio lauko stiprumas yra 55,7 A/m (0,70 Oe) lauko magnetiniuose Žemės poliuose ir 33,4 A/m (0,42 Oe) ties magnetiniu pusiauju, lauką. Žemės žiedinė erdvė, kurios fizines savybes lemia jos magnetinis laukas ir sąveika su kosminės kilmės įkrautų dalelių srautais, tai yra su saulės vėju, vadinama magnetosfera. Dieninėje pusėje tęsiasi per 8-14 spindulių, naktinėje – per kelis šimtus spindulių, suformuojant vadinamąjį. Žemės magnetinė uodega. Magnetosferoje yra spinduliuotės juostos. [Jupiteris ir Saturnas turi išplėstas magnetosferas. Merkurijaus, Veneros ir Marso magnetosferos nėra aiškiai išreikštos.]

Magnetiniai poliai yra žemės paviršiaus taškai, kuriuose magnetinė adata yra vertikaliai, t. y. kur magnetinis kompasas netinka orientuotis į pagrindinius taškus. Jų padėtis erdvėje nuolat kinta. Šiuo metu jie nesutampa su geografiniais: pietinis magnetinis polius yra Antarktidoje, prie Ramiojo vandenyno pakrantės, o šiaurinis – Kanadoje, Kanados Arkties salyne. Geologiniais laikotarpiais, remiantis paleomagnetiniais duomenimis, aptinkamos net magnetinės inversijos, tai yra poliškumo pasikeitimai. Magnetiniuose poliuose susilieja magnetiniai meridianai – geomagnetinio lauko linijos projekcijos į Žemės paviršių.

Žemės magnetinis laukas rodo pasaulietinius, kasdienius ir nereguliarus pokyčius (variacijas), įskaitant magnetines audras. Tai stiprūs magnetinio lauko trikdžiai, kurie gali trukti kelias dienas ir atsirandantys dėl sustiprėjusių saulės plazmos (saulės vėjo) srautų įtakos Žemės magnetosferai.

Virš Žemės paviršiaus esantis elektrinis laukas turi vidutinį stiprumą apie 100 V/m ir yra nukreiptas vertikaliai žemyn – tai vadinamasis „giedrų orų laukas“, tačiau šis laukas patiria reikšmingų (tiek periodinių, tiek netaisyklingų) svyravimų.

Žemės sandara turi nemažai geografinių pasekmių

• vidiniai procesai, vykstantys Žemės žarnyne, yra vienas iš svarbių energijos šaltinių, patenkančių į geografinį apvalkalą;
• Žemės tankis lemia gravitacijos jėgą, kuri užtikrina vandens ir oro korpusų saugumą;
• Žemės kriauklių sąveika paskatino sudėtingo geografinio apvalkalo, turinčio tokį svarbų komponentą kaip gyvoji medžiaga, atsiradimą;
• sferinė kriauklių forma lemia erdvės begalybę ir vienybę.

Žemės magnetinis laukas. Kas naudojo kompasą, žino, kad ir kiek laisvai kabanti rodyklė būtų nukrypusi nuo pradinės krypties, ji visada į ją grįš. Tai reiškia, kad geografiniame apvalkale ir artimoje žemei erdvėje yra magnetinis laukas, kurio kiekviename taške kompaso adata bus lygiagrečiai magnetinėms jėgos linijoms. Šiuo atveju vienas rodyklės galas nukreiptas į šiaurinį magnetinį polių, o kitas į pietus.

Žemė yra didelis magnetas, aplink kurį yra magnetinis laukas. Žemei artimos erdvės sritis, kurios fizines savybes lemia Žemės magnetinis laukas ir jo sąveika su kosminių dalelių srautais, vadinama magnetosfera. Jo išorinė riba - magnetopauzė (apie 200 km pločio) dieninėje pusėje yra 10-14 Žemės spindulių aukštyje (magnetosfera yra suspausta veikiant saulės vėjui), o naktinėje pusėje tęsiasi iki 900–1000 Žemės spindulių aukštis (magnetosfera yra pailgėjusi, formuojanti „uodegą“). Nutolus nuo Žemės paviršiaus, magnetosferos nevienalytiškumas išsilygina, silpsta jos įtampa, o už magnetopauzės ribų Žemės magnetinis laukas praranda gebėjimą užfiksuoti įkrautas daleles. Dėl magnetosferos egzistavimo magnetinio kompaso adata yra nustatyta magnetinių jėgos linijų kryptimi. Didysis apskritimas, kurio plokštumoje yra magnetinio kompaso adata, vadinamas magnetinis meridianasšį tašką. Magnetiniai meridianai nesudaro taisyklingos tinklelio žemės paviršiuje ir susilieja dviejuose taškuose, vadinamuose magnetiniai poliai. Jie nesutampa su geografiniais ašigaliais ir lėtai keičia savo vietą, „driftuodami“ 7 - 8 km/metu greičiu. Taigi 1950 m. šiaurinio magnetinio poliaus koordinatės buvo 72° šiaurės platumos. platuma, 96° vakarų ilguma. ilgio, o pietinė - 70° pietų platumos. platuma, 150° v. d.; 1970 m. atitinkamai 75 ° 42 "šiaurės platumos, 101 ° 30" vakarų ilgumos. ir 65°30" pietų platumos, 140°18" vakarų ilgumos, 1985 m. – 77 o 36/Š. ir 102 o 48 / V, o pietinė - 65 o 06 / S. ir 139 o.e.

Magnetiniai poliai nėra antipodiniai taškai. Pirmasis iš jų juda Šiaurės ašigalio link, antrasis – Australijos link. Tikimasi, kad apie 2185 metus magnetiniai ir geografiniai poliai šiauriniame pusrutulyje bus tame pačiame taške.

Žemės magnetiniam laukui būdingi trys antžeminio magnetizmo elementai: magnetinė deklinacija, magnetinis polinkis ir stiprumas.

Magnetinė deklinacija– kampas tarp tikrosios krypties į šiaurę, t. y. geografinio dienovidinio, ir magnetinės adatos šiaurinio galo krypties. Magnetinė deklinacija yra rytinė arba vakarinė. Kai šiaurinis (mėlynas) magnetinio kompaso adatos galas nukrypsta į rytus nuo geografinio dienovidinio, deklinacija vadinama rytų ir turi pliuso ženklą (teigiamas), kai nukrypsta į vakarus - Vakarų ir turi minuso ženklą (neigiamą). Visuose topografiniuose žemėlapiuose turi būti nurodyta magnetinė deklinacija. Pavyzdžiui, Maskvos magnetinė deklinacija yra apie +8°. Norint sužinoti geografinio dienovidinio kryptį, reikia skaičiuoti 8° į vakarus (prieš laikrodžio rodyklę) nuo magnetinio kompaso adatos šiaurinio galo krypties. Šiuo atveju mėlynas kompaso rodyklės galas parodys kryptį į šiaurę. Vadinamos vienodo magnetinio deklinacijos tiesės izogonai. Jų vertė svyruoja nuo 0° iki ±180°. Nulinis izogonis vadinamas agonijos linija. Jis atskiria rytų ir vakarų deklinacijos regionus, einančius per geografinius ir abu magnetinius polius. Ant jo kompaso rodyklės nurodo geografinius polius, nes geografiniai ir magnetiniai dienovidiniai sutampa.

Magnetinis polinkis- kampas tarp horizontalios plokštumos ir ant horizontalios ašies laisvai pakabintos magnetinės adatos. Šiauriniame geomagnetiniame pusrutulyje jis teigiamas, o pietiniame – neigiamas. Magnetinis pokrypis svyruoja nuo 0° iki ±90°. Ties magnetiniais poliais jis lygus + 90° ir -90°, todėl magnetinio kompaso rodyklė užima vertikalią padėtį: šiauriniame pusrutulyje mėlynas rodyklės galas nukreiptas žemyn (+90°), pietų pusrutulyje raudonas galas (-90°). Magnetiniai poliai apibrėžiami kaip taškai, kurių pokrypis yra ±90°. Vadinamos linijos, jungiančios taškus, turinčius vienodą magnetinį polinkį izoklinos. Nulinė izoklinija - magnetinis ekvatorius- eina maždaug išilgai geografinio pusiaujo: šiek tiek į pietus - vakarų pusrutulyje, šiek tiek į šiaurę - rytų pusrutulyje. Jis padalija Žemę į du geomagnetinius pusrutulius.

Magnetinio lauko stiprumui būdingas įtampa. Jo dydis didėja nuo magnetinio pusiaujo iki ašigalių. Šiauriniame pusrutulyje jis didesnis nei pietiniame, ir apskritai magnetosferos energijos atsargos yra milžiniškos. Kai kuriose Žemės vietose tikrojo magnetinio lauko stiprumas dėl Žemės vidinės sandaros nevienalytiškumo skiriasi nuo normalaus (teorinio) lauko, t. y. to, kurį Žemė turėtų, jei ji būtų vienoda. įmagnetintas rutulys. Šie nukrypimai vadinami magnetinės anomalijos. Didelės pasaulinės anomalijos stebimos Rytų Sibire, Sundos salų srityje ir kt.; regioninės yra Kurskas, Krivorožskaja ir kt., ir yra daug vietinių.

Žemės magnetinis laukas susideda iš dviejų skirtingos kilmės magnetinių laukų – pastovaus ir kintamo. Pagrindinis komponentas yra pastovus laukas (99 % dydžio). Jo susidarymą lemia dinamiški procesai Žemės šerdyje. Nuolatinis laukas yra daugiau ar mažiau stabilus ir turi reguliarius svyravimus – kasdienius, metinius, pasaulietinius. Kintamasis laukas(1 % dydžio) sukelia išorinės priežastys – saulės vėjo ir su tuo susijusių elektros srovių magnetosferoje ir viršutinėje atmosferoje įtaka. Jos sukelia, kaip taisyklė, neperiodinius aštrius visų antžeminio magnetizmo elementų trikdžius, t.y. magnetinės audros, kurias lydi pašvaistė, trumpųjų bangų radijo ryšio pablogėjimas, radijo trukdžiai, žmonių savijautos pablogėjimas ir kt.. Nepaisant tam tikro sutrikimo, magnetinės audros stiprėja pavasarį ir rudenį, silpnėja vasarą ir žiemą.

Magnetosferos svarba yra nepaprastai didelė. Jis atlieka korpuskulinės saulės spinduliuotės izoliacinį vaidmenį; aplink jį teka saulės vėjas. Taigi magnetosfera yra pagrindinė nematoma planetos „šarvo užtvara“. Tačiau nedideliais kiekiais saulės plazma iš dienos pusės poliariniuose regionuose nuteka į magnetosferą, o vėliau į viršutinius atmosferos sluoksnius – vadinamuosius. jonosfera iki 80-100 km aukščio. Visoms nutekėjusioms įkrautoms dalelėms magnetosfera pasirodo esanti savotiška spąstai. Patekusios į vidų, įkrautos dalelės juda uždaromis trajektorijomis išilgai magnetinio lauko linijų ir susidaro spinduliavimo diržai: vidinis (protonas), kurio didžiausia dalelių koncentracija yra 3–4 tūkstančių km aukštyje virš pusiaujo, o išorinė (elektroninė) - apie 22 tūkstančių km aukštyje. Taigi magnetosfera yra mūsų „magnetinis skėtis“. Persiųsdama į Žemę elektromagnetinio pobūdžio Saulės spinduliuojamą energiją, ji atitolina korpuskulinę spinduliuotę, apsaugodama nuo mirties geografinį gaubtą ir visą gyvą būtybę.

Medicininė ir biologinė statistinė medžiaga (žmonių širdies ir kraujagyslių priepuolių dažnis, infekcinių ligų plitimas, traumos darbo vietoje, nelaimingi atsitikimai keliuose ir kt.) rodo ryšį tarp išvardytų reiškinių ir Žemės magnetinio lauko pokyčių.

Tiriant natūralius magnetinius laukus, nereikėtų pamiršti ir dirbtinių elektromagnetinių laukų, kuriuos sukuria pramoniniai įrenginiai, televizijos centrai, elektros linijos ir kt. Magnetinių laukų veikimo mechanizmas biologiniuose objektuose yra labai sudėtingas reiškinys, kurį reikia iššifruoti. ateitis. Magnetinės audros veikia ir technines sistemas – energetiką, vamzdynus ir kt., kuriose susidaro perkrovos.

Žemės magnetinis laukas padeda tyrinėjimams, laivams, povandeniniams laivams, lėktuvams ir turistams naršyti erdvėje. Naudojant kompasą horizonto kraštams nustatyti, būtina ištaisyti magnetinę deklinaciją. Dabar laivuose naudojami girokompasai, kurie iš karto parodo geografinio dienovidinio kryptį. Remiantis kai kuriais magnetinio lauko pokyčiais, galima iš anksto numatyti magnetinės audros artėjimą, o tai svarbu signalininkams, laivų kapitonams ir kitiems specialistams, su kuriais vykdomi vietos nustatymo ryšiai, taip pat gydytojams. Vietinės magnetinės anomalijos rodo geležies rūdos mineralų telkinius, todėl jų paieškai plačiai taikomi magnetometriniai tyrimo metodai.

Žemės magnetinio lauko struktūra skiriasi priklausomai nuo platumos. Kiekviename pusrutulyje yra trys platumos zonos.

1. Pusiaujo zona (25° Š - 25° P), kuriai būdingas mažas didelės energijos protonų skverbimasis į Žemės atmosferą. Kliūtį jiems sukuria magnetinės jėgos linijos, kurios čia eina beveik lygiagrečiai žemės paviršiui ir tampa nepralaidžios Kosmoso dalelėms.

2. Vidutinių platumų zona (30° šiaurės platumos ir 55° pietų platumos), kuriai būdingas padidėjęs srautų intensyvumas. Link polių didėja magnetinio lauko pralaidumas.

3. Zona virš poliarinių Žemės sričių. Čia magnetinio lauko linijos yra daugiau ar mažiau statmenos žemės paviršiui ir sudaro piltuvo formos konfigūraciją. Per juos dalis saulės vėjo iš dienos pusės prasiskverbia į magnetosferą, o paskui į viršutinius atmosferos sluoksnius. Magnetinių audrų metu dalelės iš magnetosferos uodegos čia skuba ir pasiekia viršutinių atmosferos sluoksnių ribas didelėse šiaurinio ir pietų pusrutulių platumose. Būtent šios įkrautos dalelės sukelia auroras čia.

Magnetinis laukas tampa pagrindine kliūtimi Saulės korpuskulinei spinduliuotei, kuri žalinga gyvajai medžiagai, prasiskverbti į geografinį apvalkalą. Tuo pačiu metu magnetosfera perduoda rentgeno ir ultravioletinius spindulius, radijo bangas ir spinduliavimo energiją į planetos paviršių, kuri yra pagrindinis šilumos šaltinis ir energijos bazė procesams, vykstantiems geografiniame apvalkale. Eksperimentiškai įrodyta įvairių augalų ir gyvūnų funkcijų sąsajos, priklausomai nuo jų orientacijos magnetiniame lauke. Pakartotiniai eksperimentai su kultūriniais ir laukiniais augalais parodė, kad ypatinga sėklos embriono padėtis geomagnetinio lauko krypties atžvilgiu turi įtakos augimo greičiui ir šaknų orientacijai ateityje. Šis reiškinys organiniame Žemės pasaulyje vadinamas magnetotropizmu. Įvairios augalų grupės nevienodai reaguoja į geomagnetinio lauko stiprumo pokyčius. Kai kurios sėklos, dirbtinai apsaugotos nuo jos, suformuoja daugiau augimo pumpurų šaknų, o kitose, pavyzdžiui, spygliuočių, tokiu atveju pailgėja ramybės laikotarpis, sumažėja daigumas, sumažėja deguonies pasisavinimas ir sausųjų medžiagų kiekis sumažėja vidutiniškai 30 %. Sukaupta daug patikimų faktų apie didelį vabzdžių, paukščių, žuvų, moliuskų, kirminų ir net dumblių jautrumą magnetiniams laukams.

Žemės gravitacinis laukas- tai gravitacijos laukas. Gravitacijos jėga veikia visur Žemėje ir yra nukreipta išilgai svambalo linijos į geoido paviršių, mažėjant nuo ašigalių iki pusiaujo. Žemė turėtų normalus gravitacinis laukas su sąlyga, kad jis turi sukimosi elipsoido formą ir tolygų masių pasiskirstymą jame. Tačiau Žemė nėra toks kūnas. Skirtumas tarp tikrojo gravitacinio lauko ir teorinio (normalaus) lauko intensyvumo vadinamas gravitacijos anomalija.Šias anomalijas lemia ir skirtinga medžiagų sudėtis bei uolienų tankis, ir matomi žemės paviršiaus nelygumai. Tačiau kalnai ne visada sukelia gravitacijos padidėjimą (teigiama anomalija), o vandenynų įdubos ne visada sukelia gravitacijos trūkumą (neigiama anomalija). Ši situacija paaiškinama izostazė(iš graikų kalbos izostazijos- vienodo svorio) - kieto ir santykinai lengvo viršutinio Žemės horizonto balansavimas ant sunkesnės viršutinės mantijos, kuri sluoksnyje yra plastinės būsenos. astenosfera. Remiantis šiuolaikinėmis geofizinėmis koncepcijomis, Žemės viduje tam tikrame gylyje (kompensaciniame gylyje) vyksta horizontalus subrutalinių medžiagų masių plitimas iš jų pertekliaus vietų paviršiuje (kalnų pavidalu ir kt.) periferija ir viršutinių sluoksnių slėgio išlyginimas. Astenosferos srovių egzistavimas yra būtina sąlyga izostatinei žemės plutos pusiausvyrai.

Kai senovinių ir šiuolaikinių ledynų vietose atsiranda arba išnyksta ledynų apkrova, taip pat sutrinka izostatinė pusiausvyra. Didėjant dengiamųjų ledynų ledo masei, žemės pluta smunka, o ledui tirpstant – kyla aukštyn. Tokie vertikalūs žemės plutos judesiai vadinami glacioizostazė(iš lat. ledynai- ledas). Glacioizostatinis nuslūgimas ryškiausias po centrinėmis šiuolaikinių ledo sluoksnių dalimis – Antarktida ir Grenlandija, kur ledynų vaga vietomis lenkiasi žemiau jūros lygio. Pakilimai ypač intensyvūs neseniai nuo žemyninio ledo atsilaisvinusiose vietovėse (pavyzdžiui, Skandinavijoje, Kanadoje), kur jų bendros vertės poledynmečiu siekia kelias dešimtis metrų. Šiuolaikiniai pakilimo tempai pagal instrumentinius matavimus kai kur siekia 1 m per šimtmetį, pavyzdžiui, Švedijos Botnijos įlankos pakrantėje.

Gravitacijos jėga yra nepaprastai galinga. Jis nustato tikrąją Žemės figūrą – geoidą. Subkrustiniai srautai astenosferoje sukelia tektonines deformacijas ir litosferos plokščių judėjimą, sukurdami dideles Žemės paviršiaus formas. Gravitacijos jėga lemia gravitacinius reljefo formavimo procesus: eroziją, nuošliaužas, slenksčius, nuošliaužas, purvo sroves, ledynų judėjimą kalnuose ir kt.. Gravitacijos jėga lemia maksimalų kalnų aukštį Žemėje. Jis palaiko atmosferą ir hidrosferą, kontroliuoja oro ir vandens masių judėjimą. Gravitacija padeda žmonėms ir daugeliui gyvūnų išlikti vertikaliai. Geotropizmas- augalų organų augimo judesiai veikiami gravitacijos - nustato vertikalią stiebų ir pirminių šaknų kryptį. Ne veltui gravitacinė biologija, atsiradusi epochoje, kai žmogus pradėjo gyventi pasaulyje be gravitacijos – Erdvėje, tarp eksperimentinių objektų įtraukia ir augalus. Svarstant pažodžiui visus procesus geografiniame apvalkale, reikia atsižvelgti į gravitaciją. Neatsižvelgiant į gravitaciją, neįmanoma apskaičiuoti pradinių raketų ir erdvėlaivių paleidimo duomenų, o rūdos mineralų ir naftos bei dujų struktūrų gravimetrinis tyrimas yra neįmanomas.

Aplink Žemę dėl jos masės yra gravitacinis laukas. Šis laukas vadinamas gravitaciniu. Traukos jėga būdinga tiek mažiems, tiek dideliems kūnams. Kuo didesnė kūno masė, tuo galingesnis jo gravitacinis laukas. Žemės paviršiuje jo vidutinė vertė apie 9,8 m/s2. Lauko stiprumas mažėja didėjant aukščiui. Teoriškai Žemės gravitacinis laukas tęsiasi iki begalybės. Arčiau Žemės paviršiaus gravitacijos jėga įgauna kiek kitokį pobūdį. Čia atsiranda jėgos, kurios ne tik pritraukia, bet ir atstumia kūnus, esančius Žemės paviršiuje. Atstūmimo jėgą sukelia Žemės sukimasis aplink savo ašį ir ji vadinama išcentrine. Dviejų jėgų – gravitacinės ir išcentrinės – rezultatas vadinamas gravitacija. Traukos jėgą lemia kūnų masė. Tiesą sakant, masė yra jėga, kuria kūnai traukiami į Žemės centrą. Gravitacijos jėga laiko kūnus ir objektus Žemės paviršiuje, o gravitacinis laukas išlaiko Žemės palydovą Mėnulį per atstumą.

Gravitacijos pasiskirstymas Žemės paviršiuje priklauso nuo geografinės platumos: didėjant platumai, ji didėja. Gravitacijos sumažėjimas pusiaujo kryptimi paaiškinamas dviem priežastimis: išcentrinės jėgos padidėjimu šia kryptimi ir atstumo nuo planetos centro padidėjimu bei jos vidinės sandaros ypatumais. Jei Žemė būtų taisyklinga stacionari kulka, vienalytės sudėties nuo paviršiaus iki centro, tada jos traukos jėga būtų visur vienoda ir nukreipta į planetos centrą.

Ties ašigaliais, kur išcentrinės jėgos praktiškai nėra ir atstumas iki Žemės centro yra mažiausias, traukos jėga yra didžiausia ir siekia 9,83 m/s2. Prie pusiaujo išcentrinė jėga ir atstumas yra didžiausi , todėl traukos jėga yra mažiausia – 9,78 m/s2.

Gravitacinio lauko įtaka planetos ir jos geografinio apvalkalo vystymuisi yra didžiulė. Gravitacijos jėga lemia tikrąją žemės paviršiaus – geoido – formą ir lemia žemės plutos judesius. Jo įtakoje juda laisvos uolienos, vandens, ledo ir oro masės. Žemės gravitacinis laukas yra viena iš cirkuliacijos litosferoje, atmosferoje ir hidrosferoje priežasčių.

Kaip jau minėta, patį gravitacinį lauką lemia Žemės masė. Apskaičiuota, kad bendra Žemės masė (F) yra 5,976 dešimt dvidešimt septyni g. Šios masės tiesiogiai išmatuoti neįmanoma, tačiau palyginti paprasta apskaičiuoti naudojant gravitacinės traukos formulę:

Kur k e- gravitacinė konstanta lygi 6,67 +10 +8; m 1, m 2- pritrauktų kūnų masė, g d- atstumas tarp kūnų centrų, cm.

Sferinės Žemės tūrį taip pat lengva apytiksliai apskaičiuoti, nes žinomas jos apskritimo lankų spindulys. Tokiu būdu rastos mūsų planetos tūris yra 1,083 dešimt du +7 cm 3.

Žinodami Žemės masę ir tūrį, galite rasti vidutinį jos tankį. Tai yra 5,52 g / cm 3, tai yra dvigubai didesnis už granito tankį.

Nustatyta, kad žemės plutos vidutinis tankis yra 2,7 g/cm3. Taigi, kad vidutinis Žemės tankis būtų 5,52 g/cm3, Žemės vidus turi būti tankesnis už išorę. Tankio padidėjimą gyliu galima paaiškinti cheminės sudėties skirtumais ir milžiniška jėga, kuria išorinės Žemės dalys spaudžia vidines. Manoma, kad vidinės šerdies tankis yra apie 13 g/cm3.

Žemės magnetizmas

Žemė yra didžiulis sferinis magnetas. Nors apie magnetizmo buvimą planetoje žmonės žinojo jau seniai, o mokslininkai iš įvairių pasaulio šalių tiria jo savybes, daug kas apie jo magnetinio lauko prigimtį vis dar lieka neaišku. Yra žinoma, kad iš metalų nuolatiniais magnetais gali būti tik geležis ir nikelis. Šios medžiagos vadinamos feromagnetinėmis. Tačiau feromagnetinės medžiagos nustoja būti magnetu, jei jos įkaista virš Curie taško (770 ° C geležies ir 358 ° C nikelio). Kadangi temperatūra Žemės viduje yra daug aukštesnė už šias vertes, žemės šerdis, kurią daugiausia sudaro geležis ir nikelis, negali būti feromagnetinė, nes nėra tam tinkamų sąlygų.

Iš daugelio teorijų, kurios buvo pateiktos siekiant paaiškinti Žemės magnetinio lauko kilmę, šiuo metu populiariausia yra dinamo teorija. Pagal ją Žemė yra elektromagnetas, o ne nuolatinis magnetas: elektros srovė, varoma turbulentinės konvekcijos skystoje šerdyje, aplink save suformuoja vienodo įmagnetinimo lauką arba nuolatinį lauką. Lieka neaiškus klausimas dėl energijos šaltinio, sukeliančio konvekciją žemės šerdyje, kur radioaktyviųjų elementų yra labai mažai arba visai nėra. Leidžiami trys variantai: 1) ties riba tarp vidinės ir išorinės šerdies vyksta laipsniška geležies kristalizacija, išsiskiriant šilumai; 2) dėl geležies skęstimo iš mantijos išsiskiria gravitacinė energija; 3) šiluma išsiskiria vykstant medžiagų fazių pokyčiams, kurie atsiranda dėl hipotetinio Žemės plėtimosi.

Žemės magnetinis laukas siekia 80-90 tūkstančių km aukštį nuo jos paviršiaus. Iki 44 tūkstančių km aukščio magnetinis laukas yra pastovus, jo vertė palaipsniui mažėja tolstant nuo žemės paviršiaus. 44–90 tūkstančių km aukštyje magnetinis laukas yra kintamas, priklausomai nuo ženklo, kurį jis fiksuoja ir laiko elektronus ar protonus. Artimos Žemės erdvės sfera, kurioje yra įkrautos Žemės magnetinio lauko užfiksuotos dalys, vadinama magnetosfera.

Žemės magnetosferos, tai yra supančios erdvės sandara, kurios fizines savybes lemia Žemės magnetinis laukas ir jo sąveika su įkrautų saulės vėjo dalelių srautu, anksčiau atrodė gana paprasta. Buvo manoma, kad magnetosfera sudaro simetrišką dipolį. Tačiau net pirmieji tiesioginiai magnetinių laukų matavimai, atlikti tiesiogiai erdvėje, šios hipotezės nepatvirtino. Paaiškėjo, kad Žemės magnetosfera yra itin asimetriška: Saulės pusėje magnetinis laukas yra labai suspaustas, o priešingoje – labai ištįsęs ir sudaro ilgą, iki 1 mln. magnetosferinė uodega (5 pav.). Tai saulės vėjo, tekančio aplink magnetosferą, pasekmė. Be to, čia, priklausomai nuo saulės vėjo slėgio, magnetosferos riba Saulės pusėje – magnetopauzė – arba artėja prie Žemės (slėgiui didėjant), arba tolsta (silpnėja). Saulės vėjo plazma teka aplink Žemės magnetosferą viršgarsiniu greičiu, todėl priešais magnetosferą susidaro smūginė banga, kurią nuo magnetopauzės skiria pereinamoji sritis.

Ryžiai. 5.

Geomagnetinio lauko linijos, veikiamos saulės vėjo, juda atgal, sudarydamos magnetosferos uodegą arba „plunksną“. Jį magnetiškai neutralus sluoksnis padalija į du sektorius – šiaurinį ir pietinį. Sektorių, susijusių su Žemės poliariniais regionais, magnetinio lauko linijos. Magnetiškai neutraliame sluoksnyje koncentruojasi tanki ir karšta apie milijono laipsnių temperatūros plazma, kuri savo slėgiu neleidžia sunaikinti priešingų krypčių lauko linijoms „takų“ sektoriuose.

Magnetosferos viduje yra spinduliavimo diržai. Jie susideda iš įkrautų dalelių, protonų ir elektronų, kuriuos Žemės magnetinis laukas užfiksuoja nuo saulės vėjo. Radiacinės juostos atmosferoje sudaro jonosferos sluoksnį ir laikomos sulaikytos spinduliuotės sritimi; tai būtų magnetiniai spąstai įkrautoms erdvės dalelėms.

Magnetinis laukas aiškiai pasireiškia dirbant su kompasu: magnetinė adata bet kuriame žemės paviršiaus taške yra nustatyta tam tikra kryptimi. Kampas, kurį sudaro magnetiniai ir geografiniai dienovidiniai, vadinamas magnetine deklinacija. Jis apskaičiuojamas pagal šiaurinį kompaso rodyklės galą ir gali būti vakarinis arba rytinis (6 pav.).

Ryžiai. 6.

Tiesės, jungiančios taškus su ta pačia deklinacija, vadinamos izogonėmis. Nulinis izogonas yra linija, jungianti taškus, į kuriuos vienu metu rodo kompaso adata, su magnetiniais ir geografiniais poliais. Jis padalina Žemės rutulį į dvi dalis. Dabar nulinės deklinacijos linija eina per vidurines Šiaurės ir Pietų Amerikos dalis, o Eurazijoje ji daro labai vingiuotą kelią iš Skandinavijos per Vidurio Europą į Egiptą, tada į Somalį ir per Himalajus į Laptevų jūrą, iš kur pasuka. vėl į pietus (žr. 7 pav.). Norint apibūdinti žemės magnetizmą, taip pat nustatomas magnetinis pokrypis, tai yra kampas, kurį sudaro magnetinė adata ir horizontali plokštuma. Laisvai pakabinta magnetinė adata išlaiko horizontalią padėtį tik magnetinio pusiaujo tiesėje, kuri nesutampa su geografine. Į šiaurę ir pietus nuo magnetinio pusiaujo adata pakrypsta į žemės paviršių, ir kuo platuma aukštesnė, tuo daugiau. Linijos, jungiančios taškus su tuo pačiu polinkiu, vadinamos izoklinomis. Kadangi magnetiniai poliai nesutampa su geografiniais poliais, izoklinos taip pat nesutampa su paralelėmis.

Ryžiai. 7.

Magnetiniai poliai kasmet keičia savo padėtį. Dabar šiaurinis magnetinis polius yra tarp Kanados salų ir jo koordinatės yra 77 ° šiaurės platumos. w. ir šimtas antras zap. o pietinis magnetinis polius yra Antarktidoje apie 65° pietų platumos. w. ir 139° rytų. d) Manoma, kad įrodyta, kad prieš 300 milijonų metų magnetiniai poliai buvo šiuolaikiniame pusiaujo regione.

Magnetiniam laukui Žemės paviršiuje taip pat būdingas žemės magnetizmo įtampos dydis. Jis nustatomas pagal magnetinės adatos virpesių skaičių per laiko vienetą arba jos svyravimo periodą, kaip ir gravitacijos jėgą lemia švytuoklės svyravimo periodas. Magnetinė įtampa ties ašigaliais yra didesnė nei ties pusiauju. Didžiausios magnetinio lauko įtampos vietos vadinamos įtampos poliais.

Kaip rodo matavimų rezultatai, planetos paviršiuje dažnai stebimos magnetinės anomalijos. Jie pasireiškia antžeminio magnetizmo elementų verčių nukrypimu nuo jų vidutinių verčių tam tikroje vietoje. Yra regioninių ir vietinių magnetinių anomalijų. Regioniniai apima didelius plotus ir atsiranda dėl giluminių procesų. Regioninės anomalijos pavyzdys yra Rytų Sibiro anomalija, kur yra vakarinė, o ne rytinė deklinacija. Vietinės magnetinės anomalijos yra susijusios su vietinėmis žemės plutos struktūrinėmis savybėmis (pavyzdžiui, su geležies rūdos telkiniais), kaip, pavyzdžiui, Kurske ir Charkove.

Magnetinis laukas patiria periodinius ir neperiodinius svyravimus. Stipriausi periodiniai magnetiniai virpesiai vadinami magnetinėmis audrom. Juos sukelia elektros srovių pokyčiai atmosferoje veikiant saulės vėjui.

Magnetizmas turi didelę praktinę reikšmę. Naudojant magnetinę adatą, nustatomos horizonto kraštų kryptys. Magnetometriniai mineralų paieškos metodai yra pagrįsti ryšių tarp magnetinių elementų ir geologinių struktūrų nustatymu. Žemės paleomagnetizmo tyrimas leidžia atkurti žemės plutos vystymosi istoriją. Magnetosfera saugo geografinį Žemės gaubtą nuo tiesioginės saulės vėjo įtakos, nuo didelės energijos elektronų ir protonų prasiskverbimo į apatinius atmosferos sluoksnius, todėl keičia erdvės įtaką gyvajai gamtai.