Магнітосфера та радіаційний пояс Землі

Великий інформаційний архів

Земля має магнітне поле, що наочно проявляється у впливі на магнітну стрілку. Вільно підвішена магнітна стрілка встановлюється у напрямку магнітних силових ліній, що сходяться на магнітних полюсах. Останні не збігаються з географічними полюсами та повільно змінюють своє становище. У 1960 р. магнітні полюси мали такі географічні координати: у північній півкулі 74 °, 9 с. ш. та 101°,0 з. д., у південній півкулі 67°,2 пд. ш. та 142,0° ст. д. Силові лінії, що йдуть від одного магнітного полюса до іншого, називаються магнітними меридіанами; вони збігаються з географічними меридіанами. Кут між магнітним і географічним меридіаном називаєтьсямагнітним відмінюванням.Воно буває східним і західним. Лінії, що з'єднують точки з однаковим відмінюванням, називаютьсяізогонами.Вільно підвішена магнітна стрілка зберігає горизонтальне положення тільки на лінії магнітного екватора, що не збігається з географічним. На північ і південь від магнітного екватора кінець магнітної стрілки опускається, причому тим більше, що менше відстань до магнітного полюса. На магнітному полюсі стрілка стає вертикально. Кут, утворений магнітною стрілкою з горизонтальною площиною, називається магнітним нахилом. Відмінювання і спосіб характеризують напрямок магнітних силових ліній.

Сила магнітного поля характеризується його напруженістю. За одиницю напруженості приймають напруженість такого магнітного поля, в якому сила, що діє на одиницю магнітної маси, дорівнює одній діні. Вона називається ерстед. Напруженість магнітного поля Землі невелика: на магнітному екваторі 0,3-0,5ена магнітному полюсі 0,6-0,7е.

Розрізняютьпостійне та змінне магнітні поля Землі. Постійне магнітне поле обумовлено магнетизмом планети. У розподілі елементів земного магнетизму поверхнею Землі спостерігаються відхилення їх середнього значення — магнітні аномалії. Магнітні аномалії, що охоплюють величезні площі, називають регіональними. Прикладом може бути Східно-Сибірська аномалія, де спостерігається західне відмінювання замість східного. Магнітне поле цієї аномалії дуже повільно згасає з висотою. Це означає, що регіональні аномалії викликані процесами, які відбуваються глибоко Землі. Магнітні аномалії, що займають площу від кількох десятків до кількох десятків тисяч квадратних кілометрів, називають локальними. Прикладом локальної є Курська магнітна аномалія, що створює напругу магнітного поля в 5 разів більше середньої напруги магнітного поля Землі і проявляється у змінах відмінювання від 0 до 180 ° і способу від 40 до 80 °. Локальні аномалії викликаються присутністю у верхніх шарах земної кори покладів магнітних порід. З висотою магнітне поле таких аномалій порівняно швидко згасає.

Змінне магнітне поле становить лише 6% загальної напруженості магнітного поля Землі. Воно викликається сонячним вітром, накладається на постійне магнітне поле і зазнає коливань — варіацій. Існують варіації з річним періодом, що викликаються сезонними рухами земної атмосфери, добові варіації, пов'язані зі зміною дня і ночі, місячні варіації, що є результатом припливів в атмосфері, 11-річні варіації, пов'язані з періодичною зміною сонячної активності, та ін. поля, що виявляються у швидкому відхиленні магнітної стрілки від нормального становища, називаються магнітними бурями. Вони викликаються поривами сонячного.вітру. Швидкість частинок у таких поривах може сягати 1500 км/сек, а щільність може збільшуватися на два-три порядки.

Магнітне поле Землі простягається вгору до висоти 90 000км.До висоти 44 000кмвеличина магнітного поля зменшується поступово. У шарі від 44 000 до 80 000 км магнітне поле нестійке. Вище 80 000кмінтенсивність магнітного поля швидко падає, приймаючи значення міжпланетного простору. З відривом 90 000кмвід Землі магнітне поле втрачає здатність захоплювати заряджені частки. Цей кордон приймають за верхню межу атмосфери.

Магнітне поле Землі або відхиляє, або захоплює заряджені частинки, що летять від Сонця або утворюються при дії космічних променів на атоми та молекули повітря. Захоплення частинок відбувається головним чином під час магнітної бурі. Заряджені частинки, що потрапили в магнітне поле Землі, утворюють радіаційний пояс. Вся область навколоземного простору, в якій знаходяться заряджені частинки, захоплені магнітним полем Землі, називається магнітносферою.

Рух зарядженої частинки, що потрапила в магнітосферу, триває доти, доки вона не втратить заряд від зіткнення з молекулами повітря. На близьку відстань до Землі проникають лише частинки високих енергій, які створюють полярні сяйва. Вони частіше виникають у зоні, що оперізує Землю приблизно на відстані 23 ° від магнітних полюсів і зазвичай супроводжуються магнітними бурями.

Радіаційний пояс має розміри, що постійно змінюються, і розподіл протонів і електронів. У свій час вважалося, що існують незалежні один від одного внутрішній і зовнішній радіаційні пояси Землі. Надалі з'ясувалося, що радіаційний пояс Землі є єдиною освітою.Внутрішня межа його в екваторіальній площині проходить на висоті близько 600 км2 у західній і близько 1600 км3 у східній півкулі. Зі збільшенням широти ця межа знижується і на широтах ±65° досягає висоти близько 100км. , а на нічній стороні — на відстані приблизно 50 000 км.Різниця у висоті внутрішнього кордону радіаційного поясу в західній та східній півкулях пов'язана з неоднорідною намагніченістю земної кулі, через яку центр магнітного диполя зміщений щодо центру Землі бік східної півкулі на 440 км. Різниця в екваторіальних відстанях зовнішнього кордону на денній та нічній сторонах Землі пояснюється складнішими не цілком ясними причинами.

Магнітосфера впливає всі процеси, які у географічної оболонці. Велике захисне значення магнітосфери. Вона оберігає географічну оболонку від прямого удару сонячного вітру, від проникнення в нижні шари атмосфери електронів та протонів високих енергій, від короткохвильового випромінювання Сонця. Зокрема, оберігає органічний світ від згубного ультрафіолетового випромінювання.

Варіації геомагнітного поля відбиваються на процесах у географічній оболонці. Помічено, що кількість холодних зим та сильних посух у європейській частині СРСР збільшується при високих геомагнітних збуреннях. Після них посилюється змінність погоди. З 11-річним циклом варіації геомагнітного поля пов'язане коливання клімату, стоку річок та рівня озер.

Напруга магнітного поля Землі протягом геологічної історії змінювалося і, можливо, тимчасово зникало. Як наслідок цього космічне випромінювання наближалося до Землі тамогло досягати її поверхні, що суттєво відбивалося на процесах, що відбуваються в географічній оболонці, особливо в живій речовині. Могли змінюватися клімат, форми та життєдіяльність рослин та тварин тощо.