Геомагнитное поле

            Министерство образования Республики Беларусь

 УО «Белорусский  государственный педагогический  университет

                             имени Максима Танка»

                          Факультет естествознания 

                                                          

                                                                 Кафедра физической географии  
 
 
 
 
 
 

                    Курсовая работа

             Геомагнитное поле

                     По дисциплине «Общее землеведение» 
 
 
 
 

Специальность                                            студентки 201 группы

 ГЕОГРАФИЯ                                                    ЛИХТАРОВИЧ

                                                                  Татьяны  Анатольевны

                                                                _______________________

                                                                         (подпись) 
 
 
 
 

                                                                  Научный руководитель

                                                        Доцент, кандидат географических наук                                                                                        

                                                              ТАРАНЧУК Анна Валентиновна 

                                                                 _____________________

                                                                                                               (подпись) 
 
 
 
 

                                                          Минск 2009   
 

                                                   Оглавление 

 Введение  ----------------------------------------------------------------------------- 3

 Глава I Строение и характеристики геомагнитного поля Земли  ----  4

1. Магнитосфера  -----------------------------------------------------------   4
2. Элементы земного магнетизма  --------------------------------------    6
3. Параметры магнитного поля  ----------------------------------------    8
4. Составляющие геомагнитного поля Земли  ----------------------  10
5. Вариации геомагнитного поля --------------------------------------   13
6. Магнитные возмущения ----------------------------------------------- 14
7. Магнитные карты и магнитные измерения ----------------------   16
8. Инверсии магнитного поля -------------------------------------------  17

     Глава II Практические применения явлений Земного магнетизма  --   20 

     Глава III Палеомагнетизм --------------------------------------------------------- 21 

     Заключение   ------------------------------------------------------------------------- 22 

     Литература  -------------------------------------------------------------------------- 23

         
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  Введение

           Вы берёте в руки компас, оттягиваете на себя рычажок, чтобы магнитная стрелка опустилась на остриё иголки. Когда стрелка успокоится, попробуйте расположить её в ином направлении. У вас ничего не получиться. Сколько бы вы ни отклоняли стрелку от её первоначального положения, она, после того как успокоиться всегда одними концом будет показывать приблизительно с севера на юг.

     Какая же сила заставляет стрелку компаса  упрямо возвращаться в первоначальное положение? Каждый задает себе подобный вопрос, глядя на слегка колеблющуюся, будто живую, магнитную стрелку. Это ничто иное, как земной магнетизм – свойство  Земли, обусловливающее существование вокруг нее магнитного поля, вызываемого процессами, происходящими на границе ядро – мантия. 

     Изучение  магнитного поля Земли имеет чрезвычайно  важное практическое и научное  значение… 

          Знакомство человека с удивительными свойствами земного магнетизма состоялось еще на заре исторического времени. Уже в античную эпоху людям был известен магнитный железняк - магнетит. А вот кто и когда определил, что природные магниты всегда ориентируются одинаково в пространстве по отношению к географическим полюсам Земли, точно неизвестно. Возможно, китайцы были знакомы с ним уже в 1100, однако практическое использование этого явления началось лишь 200 лет спустя. В Западной Европе магнитный компас применяется в навигации с 1187.

          Основы науки о геомагнетизме были заложены в период между 13 и 16 столетиями. К середине 15 в. стало известно, что подвешенный магнит не всегда указывает точно на север. Первые сведения о наклонении направления земного магнитного поля относительно горизонтальной плоскости появились в середине 16 в. В 1600 У.Гильберт, придворный врач Елизаветы I, опубликовал знаменитый трактат «О магните, магнитных телах и о большом магните – Земле «De Magnete».. В котором описал свойства магнита и земного магнетизма. Он последовательно рассмотрел магнитные явления и отметил, что Земля, по-видимому, является огромным сферическим магнитом.

           Наблюдения английского астронома Генри Геллибранда показали, что геомагнитное поле не постоянно, а медленно изменяется. Вариации магнитного поля во времени были зафиксированы в 1635. В 1701 астроном Э.Галлей опубликовал первую карту геомагнитного поля. Карл Гаусс обобщил магнитные данные и математически доказал гипотезу Гильберта о том, что источник главного (основного) магнитного поля находится внутри Земли

  Глава I. Строение и характеристики геомагнитного поля Земли

Земной  магнетизм, геомагнетизм, магнитное поле Земли  и околоземного космического пространства; раздел геофизики, изучающий  распределение в  пространстве и изменения  во времени геомагнитного  поля, а также связанные  с ним геофизические  процессы в Земле  и верхней атмосфере.

            Большинство планет Солнечной системы в той или иной степени обладают магнитными полями. Земля обладает магнитным полем дипольного типа, как будто бы в ее центре расположен гигантский полосовой магнит. Общепризнанной теории происхождения магнитного поля Земли до сих пор нет. Среди имеющихся гипотез наиболее правдоподобны две: поле вызвано вращающимся железным ядром Земли или гигантским электрическим током, опоясывающим Землю на большом расстоянии от центра Земли. Основную часть геомагнитного поля Земли составляет – магнитосфера (внешнее поле) и некоторую ее часть магнетизм собственно самой Земли и ее недр.

1.1. Магнитосфера (рис.1) – область околоземного космического пространства, заполненная заряженными частицами и контролируемая магнитным полем Земли. Магнитосфера формируется в результате взаимодействия солнечного ветра с плазмой верхних слоев атмосферы и магнитным полем Земли. По форме магнитосфера представляет собой каверну и длинный хвост, которые повторяют форму магнитных силовых линий. Магнитосфера отделена от межпланетного пространства магнитопаузой.

       

        Рис.1 Магнитосфера

  

Магнитопауза – внешняя граница магнитосферы Земли (или планеты), на которой динамическое давление солнечного ветра уравновешивается давлением собственного магнитного поля. Из-за воздействия солнечных корпускулярных потоков размеры и форма магнитосферы постоянно меняются, и возникает переменное магнитное поле, определяемое внешними источниками. Его переменность обязана своим происхождением токовым системам, развивающимся на различных высотах от нижних слоев ионосферы до магнитопаузы. При типичных параметрах солнечного ветра подсолнечная точка удалена от центра Земли на 9–11 земных радиусов. В период магнитных возмущений на Земле магнитопауза может приближаться на 6,6 радиусов Земли. При слабом солнечном ветре подсолнечная точка находится на расстоянии 15–20 радиусов Земли.  

Хвост магнитосферы образован силовыми линиями магнитного поля Земли, выходящими из полярных областей и вытянутых под действием солнечного ветра на сотни земных радиусов от Солнца в ночную сторону Земли. В итоге плазма солнечного ветра и солнечных корпускулярных потоков как бы обтекают земную магнитосферу, придавая ей своеобразную хвостатую форму. В хвосте магнитосферы, на больших расстояниях от Земли, напряженность магнитного поля Земли, а следовательно и их защитные свойства, ослабляются, и некоторые частицы солнечной плазмы получают возможность проникнуть и попасть во внутрь земной магнитосферы и магнитных ловушек. Эти зоны получили название радиационных поясов, или поясов Ван Аллена. 

Радиационные  пояса Земли – две области ближайшего околоземного космического пространства, которые в виде замкнутых магнитных ловушек окружают Землю (рис.2). В них сосредоточены огромные потоки протонов и электронов, захваченных дипольным магнитным полем Земли. В радиационных поясах частицы под действием магнитного поля движутся по сложным траекториям из Северного полушария в Южное и обратно. У Земли обычно выделяют внутренний и внешний радиационные пояса. Первый пояс простирается от 960 до 8000 км над земной поверхностью; второй – от 16 000 до    64 000 км.  

               

               Рис.2  Радиационные пояса Земли                                         

Что же такое РПЗ? Качественно это можно  объяснить следующим образом. Дипольное  магнитное поле Земли - это набор  вложенных друг в друга магнитных  оболочек. Его структура напоминает луковицу или кочан капусты. Магнитную  оболочку можно определить как замкнутую  поверхность, сотканную из магнитных  силовых линий. Чем ближе оболочка к центру диполя, тем больше напряженность  магнитного поля и импульс, необходимый  заряженной частице, чтобы проникнуть извне к этой оболочке. Таким образом, N-я оболочка характеризуется импульсом частицы P_N . Если же начальный импульс частицы меньше, чем P_N , то магнитное поле ее отразит и частица вернется в космическое пространство. Если же эта частица каким-то образом окажется на N-й оболочке, то покинуть ее она уже не сможет. Такая захваченная частица останется в ловушке, пока не рассеется или не потеряет энергию при столкновении с остаточной атмосферой.

 

1.2 Элементы земного магнетизма.

На расстояниях  менее 6-7 радиусов Земли магнитное  поле можно считать почти дипольным, сферически симметричным и не зависящим  от долготы. Положение любой точки  в магнитосфере Земли может быть обозначено как трехмерными географическими  координатами, так и магнитной  системой координат.

В каждой точке пространства геомагнитное поле характеризуется вектором напряжённости Т, величина и направление которого определяются 3 составляющими X, Y, Z (северной, восточной и вертикальной) в прямоугольной системе координат (рис. 3) или 3 элементами земного магнетизма: горизонтальной составляющей напряжённости Н, склонением магнитным D (угол между Н и плоскостью географического меридиана) и наклонением магнитным I (угол между Т и плоскостью горизонта).

                                

                                     Рис.3. Элементы магнитного поля 

          Магнитное поле характеризуется тремя величинами: магнитным склонением D, магнитным наклонением I и напряженностью магнитного поля H. Магнитное склонение — угол между географическим и магнитным меридианами в точке земной поверхности. Магнитное склонение считается положительным, если северный конец магнитной стрелки отклонен к востоку от географического меридиана, и отрицательным — если к западу. Значение магнитного склонения указывается на магнитных картах и используется для определения истинного меридиана по показанию магнитного компаса.