بستن
.0 / 5

مروری بر میدان مغناطیسی زمین

308

میدان مغناطیسی زمین (ژئومغناطیس) معمولاً به‌عنوان میدان مغناطیسی تولیدشده در داخل یا بیرون زمین صلب تا مگنتوپاز، مرز محصورکننده میدان مغناطیسی زمین، تعریف می­ شود. آن‌سوی این مرز ناحیه میدان مغناطیسی بین سیاره­ای (IMF)  توسط خورشید تولیدشده و به‌وسیله یک پلاسما معروف به باد خورشیدی انتقال می­یابد. ترم میدان مغناطیسی زمین، تنها میدان مغناطیسی تولیدشده توسط پدیده­های طبیعی از محدوده فرکانسی صفرتا چند هرتز را در برمی‌گیرد. این محدودیت قراردادی باعث به شمار نیامدن پدیده­هایی مانند امواج الکترومغناطیسی (و بسیاری از پدیده­ های با فرکانس بالا که می­توانند با دستگاه­های مناسب مشاهده شوند) می­ شود و عمدتاً توسط پهنای باند مغناطیس ­سنج­ هایی که به‌طور سنتی برای بررسی مؤلفه‌های دائمی و با تغییرات کم میدان مغناطیسی زمین استفاده می­شدند، تحمیل می­شود.

با این تعریف در ذهن، منابع میدان مغناطیسی زمین به دودسته اصلی تقسیم می­شود: رساناهای مغناطیسی و جریان­های الکتریکی به‌طور آشکار، منابع مغناطیسی را می­توان تنها در درون زمین صلب یافت. که در شکل سنگ­ها که درگذشته مغناطیسی شده­اند، اتفاق می­افتد (مغناطیدگی دائمی)، اما این هم یک مغناطیدگی اضافی متناسب با میدان مغناطیسی محیط حاضر تحمل می­کند (مغناطیدگی القایی). هم­چنین واضح است، چنین سنگ­هایی تنها در ناحیه صلب زمین یافت می­شوند که درجه حرارت کمتر از دمای کوری مواد معدنی است که نهایتاً مغناطیده می­شوند. این سنگ­های مغناطیسی شده را به‌قرار گرفتن در بالاترین لایه زمین محدود می­کند. کل منابع دیگر میدان مغناطیسی زمین جریان­های الکتریکی هستند. آن­ها در بیشتر ناحیه­ های زمین یافت می­شود: درون هسته­ی فلزی، در جبه و پوسته، در اقیانوس­ها، و نهایتاً در بالای جو طبیعی در یونسفر و مگنتوسفر.

geomagnetism

بدین ترتیب منابع میدان مغناطیسی زمین در طبیعت و موقعیت متفاوت هستند. میدانی که آن­ها تولید می­کنند نیز به‌طور گسترده در شدت و رفتارهای مکانی و زمانی متفاوت است. میدان (nT 30000 در استوا و nT 60000 در قطب­ها) در داخل هسته توسط یک فرآیند دینامیکی خود محرک تولیدشده است. این میدان به میدان اصلی معروف است که در مقیاس زمانی دائمی تغییر می­کند و مشتقات زمانی­اش را تغییرات دائمی اطلاق می­کنند.

این میدان اساساً دوقطبی است، اما ترم­های چندقطبی قابل‌توجهی دارد. کاهش شدت میدان نیز در درجات بالا (و بنابراین کوچک شدن مقیاس مکانی) مطرح است. میدان پوسته­ای تولیدشده توسط سنگ­های مغناطیسی شده (که اساساً، نه منحصراً، در پوسته قرار دارند) معمولاً ضعیف­تر است. درواقع اما به­ عنوان تابعی از موقعیت، از کسری از نانو تسلا تا هزاران نانو تسلا در سطح زمین می­ تواند تغییر کند. این تغییرپذیری مکانی قوی در میدان پوسته­ ای تاریخچه­ ی پیچیده منابع مغناطیسی شده ­اش و توانایی مختلف سنگ­ ها به مغناطیدگی را، نتیجه می­ دهد. مجموع میدان اصلی و میدان پوسته­ ای میدان داخلی نامیده می­شود. چراکه هردو منابع شان را در داخل زمین صلب دارند. میدان داخلی توسط میدان اصلی در مقیاس­ های بزرگ و توسط میدان پوسته­ ای زمانی که مقیاس ­ها در مرتبه ­ای معمولاً کمتر از ۲۰۰۰ کیلومتر در سطح زمین در نظر گرفته می­شوند.

همان‌طور که بیان شد، میدان مغناطیسی زمین هم­چنین منابعی بر روی جو طبیعی زمین دارد. (بعضی جریان­ های الکتریکی در جو طبیعی یافت می­شوند اما خیلی ضعیف‌اند، به­جز در مواقع طوفان­ های تندری، اثر مغناطیسی که در مغناطیس زمین در نظر گرفته نمی ­شود) میدان تولیدشده توسط چنان منابع خارجی به میدان خارجی معروف است. این میدان تولیدشده توسط سیستم­ های جریان الکتریکی در یونسفر و مگنتوسفر، مبدأ فیزیکی که می­ تواند برحسب جریان­ های رانده‌شده توسط فرآیند دینامیکی در پلاسمای یونسفر توصیف شود، که درون میدان اصلی حرکت می­ کنند و جریان­ های تولیدشده توسط حرکت ذرات باردار در درون مگنتوسفر در حال گذرند. دو سیستم جریان در طبیعت فیزیکی، بسیار متفاوت هستند اما زوج یکدیگر هستند. میدان تولیدشده توسط جریان­های یونسفری به میدان یونسفری معروف است و میدان­های تولیدشده توسط جریان­ های مگنتوسفری، میدان مگنتوسفری نام دارد. شدت شان می­ تواند بازمان قویاً تغییر کند. یک میدان مگنتوسفری بزرگ‌مقیاس ضعیف در مرتبه ۲۰ nT در سطح زمین در هرزمانی یافت می­شود. در دوره­های آرام مغناطیسی، یک میدان یونسفری ضعیف می­توان یافت، که بازمان محلی تغییر می­کند. شدتش در شب کمترین است، و حداکثرش در طول روز، و در مرتبه چند ده نانو تسلا در سطح زمین. اما در زمان­های دیگر، معروف به زمان­های مغناطیسی اغتشاشی، هردو میدان مگنتوسفری و یونسفری می­تواند بیشتر فعال شوند. با نتیجه ­گیری از میدان خارجی می­توان گه گاه به شدتی در مرتبه هزار نانو تسلا رسید، و در مقیاس زمانی از کسری از ثانیه تا چند روز تغییر می­ کند.

جریان­های الکتریکی را نیز می­ توان در پوسته و جبه زمین یافت. آن­ها به وجود می­آیند چراکه قابلیت رسانایی ضعیف سنگ­ها، به تغییرات زمانی میدان­ های اصلی و خارجی توصیف‌شده در بالا واکنش نشان می ­دهند. درنتیجه جریان­های القایی از میدان­های القایی، تولید می­شوند. جریان­های القایی توسط میدان اصلی به‌سختی قابل ارزیابی مستقیم هستند، و گمان می­شود که مربوط به سیگنال­های با فرکانس بالا تولیدشده توسط هسته، هستند. در مقایسه، جریان­های القایی که توسط میدان خارجی تولیدشده‌اند میدان القایی خارجی نام دارد که به­ آسانی می­توان مشاهده شود (و شدتش به کسری از میدان القایی خارجی می­رسد). مشابه با جریان­های القایی البته هم­چنین (به دلیل رسانایی) در آب­های شور اقیانوس­ها یافت می­شوند. هرچند، جریان­های اضافی که توسط فرآیندهای دینامیکی دیگر مرتبط با جریان­ های اقیانوسی و جزر و مدی آب­ های اقیانوس ­ها در درون میدان اصلی نیز می­ توان یافت. به­ هرحال آن­ها میدان­ های بسیار ضعیف، در مرتبه چند نانو تسلا در سطح زمین تولید می­ کنند.

پس میدان مغناطیسی زمین ناشی از انطباق تعدادی میدان­های تولیدشده توسط منابع مختلف است. متأسفانه مغناطیس­ سنج­ ها تنها نتایج میدان را می­ توانند اندازه­ گیری کنند و با یک اندازه ­گیری منفرد نمی­ تواند سهم هر منبع را تمییز داد. بنابراین اندازه­ گیری ­های کافی به‌دست‌آمده و پردازش­ شده در روش­ های مناسب، تفکیکی از سهم هر یک از انواع میدان می ­توان دست­ یافت و مدل­ های جهانی میدان مغناطیسی زمین ‌ساخته می­ شود.

منبع: M. Kono and G. Schubert, Geomagnetism: Elsevier, 2009.

برای خواندن مقالات بیشتر در مورد میدان مغناطیسی زمین و مدل آن اینجا کلیک کنید.

در دنیای ژئوماتیک غرق شوید

پست های مشابه

خاصیت آهنربایی

خاصیت آهنربایی زمین یکی از ویژگی های مهم کره زمین وجود

میدان مغناطیسی زمین, ژئومغناطیس

ماهیت میدان مغناطیسی زمین در دهه ۸۰ میلادی رسانه های گ

نقش ميدان مغناطيسي در حفاظت از كره زمين,میدان مغناطیسی زمین,مدل میدان مغناطیسی زمین,ژئومغناطیس,Magnetism

میدان مغناطیسی زمین همانند پوست پیاز کره خاکی ما را در

میدان مغناطیسی زمین,ژئومغناطیس,IGRF,مدل میدان مغناطیسی زمین,زاویه میل مغناطیسی

مطالعه مغناطیسی زمین نشان می دهد که خط های میدان مغناطی

میدان مغناطیسی زمین, چرا ميدان مغناطيسي زمين عوض مي شود؟

میدان مغناطیسی یا آهنربایی کره زمین در حال ضعیف شدن است

دیدگاهی بگذارید