9 (1119291)
Текст из файла
Содержание• Введение• Магнитное поле: источники и измерение• Моделирование магнитного поля• Поле ядра и его вариации•Элементы магнитного поля Земли• Палеомагнетизм•Содержание• Введение• Магнитное поле: источники и измерение• Моделирование магнитного поля• Поле ядра и его вариации•Элементы магнитного поля Земли• Палеомагнетизм•Спутники SwarmМир наших соседейИнформация о-Околоземном пространстве- Внутреннем строении ЗемлиБыстро меняетсяПоложение Северного магнитного полюсаСкорость Северного магнитного полюсаВлияние на нашу жизньПотеря связисо спутникамиTopex/PossidonDD= D(θ,φ)JDIID=0• 1667 – Обсерватория в Париже(Messieurs de l’Académie)• 1832 - Гаус (Gauss)Измерил Интенсивностьмагнитного поля Земли FFJDI• 1832 -К. Гаус (Gauss)ИзмерилИнтенсивностьмагнитногополя Земли FF• 1667 – Обсерватория в Париже (Messieurs del’Académie)• Измерения: СКЛОНЕНИЕ 1541 :7° НАКЛОНЕНИЕ 1660 : 70°Содержание• Введение• Магнитное поле: источники и измерение•••••Магнитное поле: источники и измерениеНаблюдаемое магнитное полеМагнитное поле: источники и измерениеИсточникиВнешнееядроГлавное магнитноеполе с источникомв области ядраЗемли -95%Магнитное поле: источники и измерениеИсточникиВнешнееядроАномальноемагнитное поле систочниками вобласти земнойкоры -4%ЗемнаякораМагнитное поле: источники и измерениеИсточникиВнешнееядроЭлектромагнитное полес источниками воколоземномпространстве -1%Земная Ионосфера,кора магнитосфераМагнитное поле: источники и измерениеИзменчивостьво времени ипространственазываетсявариациямимагнитного поля.Внешние источникиВнутренние источникиМагнитное поле: источники и измерениеСпособы изучения:Измерение на поверхностиЧисленное моделирование&Лабораторные эксперименты(Glatzmaier &Roberts, 1995)Магнитное поле: источники и измерениеПрямые измерения:Обсерватории ~ 100 летСклонения < 500 летНаклонение < 400 летИнтенсивность < 200летНаблюдение Косвенно:Остаточнаянамагниченность* археология* лава* Образцы излитосферыМагнитное поле: источники и измерениеMAGSAT (1979 - 1980)Ørsted (1999 - )CHAMP (2000 - 2010)Swarm (2013 - )SAC-C (2000 - 2013)21Магнитное поле: источники и измерениеКонструкция SwarmLong & slim body9m, 1m², 400kg +100kg fuelDC Mag Random Error atVFMS < 1.0 nTDC Mag RandomError at ASMS <0.3 nT23Содержание• Введение• Магнитное поле: источники и измерение• Моделирование магнитного поля• Поле ядра и его вариации•Элементы магнитного поля Земли• Палеомагнетизм•Моделирование магнитного поляНаблюдения замагнитным полемМоделирование потенциала:• Восстановление вида разложения потенциала• Подбор коэффициентов МНКМоделирование магнитного поляIGRF modelChaos-5 modelNGDC-720 modelМоделирование магнитного поляPaleo- and Archeomagnetic Data CALSK-x models- based on very few data, mainly in Northern HemisphereHistoric Data GUFM model- last 400 years- based on land observatory and ship navigation dataincreasing spatialresolution- cover the last (hundred) thousands of yearsN = 8-10N=14-absolute intensity data since 1832 (C.
F. Gauss)N=8Observatory Data IGRF model-Last hundred yearSatellite Data IGRF model, CHAOS-x, GRIMM-x-last 40+ years-nearly continuous satellite observations since 1999(Ørsted, CHAMP, SAC-C, Swarm satellites)29N ~ 130(N = 15-18 fortime changes)95%Рост пространственной вариабельности[R. Merrill et al., 1996]Моделирование магнитного поляИнтенсивность поля (B)32Вертикальная составляющая(-Br)Моделирование магнитного поляНаблюдения На поверхности ЗемлиМеханизм – Внутри земли33Моделирование магнитного поля34The magnetic field modellingVertical componenet @CMB - GRIMM-3 (2005.0, n = 13)35(Lesur et al., 2009)The magnetic field modelling36Secular variation of the vertical componenet @CMB GRIMM-3 (2005.0, n = 18)(Lesur et al., 2009)Содержание• Введение• Магнитное поле: источники и измерение• Моделирование магнитного поля• Поле ядра и его вариации•Элементы магнитного поля Земли• Палеомагнетизм•Поле ядра и его вариацииВозникновениемагнитного поля Землисвязано с турбулентнымдвижением токов вжидком ядре.Механизм Магнитноединамо действует нарасстоянии 2-3 радиусовЗемлиПоле ядра и его вариацииАппроксимация геомагнитного поля полем наклоненногоэксцентрического диполяПоле ядра и его вариацииНедипольное полеСферический гармонический анализ показал, что главное геомагнитноеполе состоит из дипольной части (>80 %) и недипольной части.Недипольное поле называют также остаточным полем.
Описаниеглавного поля с помощью сферического анализа будет тем точнее, чембольше мультиполей, расположенных в центре Земли, болеевысокого порядка будет учтено, то есть чем больше взято членовразложения.Недипольная составляющая может быть определена вычитаниемдипольного поля из наблюдённого геомагнитного. Недипольноегеомагнитное поле для эпохи 1945 г. представлено на рис.Недипольное геомагнитное поле для эпохи 1945 г. (т.н.
«лицо клоуна»). Стрелки — горизонтальная компонента недипольного поля. Контурысоединяют точки с одинаковой величиной вертикальной компоненты недипольного поля, жирные линии — 0, тонкие черные линии —положительные значения (направление вниз), серые — отрицательные (направление вверх), линии проведены через 0.02 Э, по (Bullard etal, 1950).Поле ядра и его вариацииХарактерную особенность имеет недипольнаячасть главного поля: она дрейфует с течениемвремени на запад.
Это явление, называемоезападным дрейфом МП, было замечено ещё в XVIIв., однако только в середине XX в. удалосьустановить скорость западного дрейфа — онасоставляет около 0.2º/год.Предполагается, что физическим механизмомзападного дрейфа является более высокаяскорость вращения мантии Земли по сравнению свнешним ядром.Поле ядра и его вариацииВременныевариации-ОбращениеЭкскурсии~106 лет- Вековыевариации ~ 102лет- Быстрыевариации /geomagnetic jerks~10 летПоле ядра и его вариацииЗатухание диполяDipole Moment (1022 Am2)8.6IGRF8.4GUFM8.28.07.8184018801920Year19602000Дипольное поле затухает на 5 - 6% за столетиеПоле ядра и его вариации40(Finlay et al., , 2015)Поле ядра и его вариацииМагнитные полюсадрейфуют42http://wdc.kugi.kyotou.ac.jp/poles/polesexp.htmlПоле ядра и его вариацииСкоростьдвижениямагнитныхполюсов(Thebault … et al., incl Mandea., 2015)43Поле ядра и его вариации44(Mandea et al., 2009)Поле ядра и его вариацииResults of the SVD for magnetic and gravity time-series:Left panel - temporal pattern (60nT/yr2 and 900 nGal)Right panels - spatial pattern for the magnetic (upper) and gravity (bottom) dataWHICH MECHANISM?47(Mandea et al, 2012, 2015)Поле ядра и его вариации• Наиболее подходящей по свойствам оболочкой для ГМД является внешнеежидкое ядро: оно является жидкостью с малой вязкостью и большойэлектропроводностью.• Исходя из распространенности элементов в Солнечной системе и возможногомеханизма аккреции Земли как планеты, полагают, что внешнее и внутреннееядро состоят из железа с незначительной примесью элемента (или элементов,таких как Si, O, S, H), понижающего температуру плавления и плотность железапри давлениях в этом интервале глубин.
Формирование железного ядрапроизошло на ранних стадиях процесса дифференцирования веществаЗемли — в течение первых 500 миллионов лет ее истории.• Граница между внешним и внутренним ядром, скорее всего, являетсяфазовой — во внешнем ядре железо находится в расплавленном жидкомсостоянии, во внутреннем ядре — в твердом состоянии.Поле ядра и его вариации• 1964 г. С.И. Брагинский Источник энергии ГМД - тепло, выделяющееся прикристаллизации внутреннего ядра на его границе с внешним, так что внутреннееядро увеличивается в размере.
Существуют оценки, что за 4 миллиарда лет егорадиус вырос на величину порядка 200 км.• Создание теории генерации магнитного поля Земли известно как проблемагеомагнитногодинамо:необходимопонять,какиедвиженияэлектропроводящей жидкости могут создать необходимые токи и, следовательно,магнитные поля, поддерживающие себя и вдобавок допускать изменениямагнитного поля типа инверсий, и убедиться, что такие движения могутсуществовать в Земле.• Методами сейсмической томографии было установлено (1995—1996 гг.), чтовнутреннее ядро обладает сильной анизотропией (скорости распространениясейсмических волн зависят от направления), причем ось анизотропии отклоненаот оси вращения Земли примерно на 11о.
Анизотропия, возможно, возникает прикристаллизации внутреннего ядра. Кроме того, установлено, что внутреннее ядровращается относительно неподвижной мантии со скоростью 1о в год.Поле ядра и его вариацииДвижение проводящей жидкости во внешнем ядре• Поскольку нижняя граница внешнего ядра имеет более высокую температуру, чемверхняя, то создаются условия для возникновения тепловой конвекции. Условиевозникновения конвекции: число Релея должно превышать критическое значениеRac.
Число Рэлея для жидкого ядра Земли оценивается Ra = 109, что существеннопревышает пороговое значение числа Рэлея для турбулентной конвекции Raтб. Этодает основание полагать, что во внешнем ядре возможна турбулентная тепловаяконвекция.• Само по себе движение проводящей жидкости не приводит к появлению магнитногополя. Чтобы в движущейся проводящей жидкости возник ток, необходимо внешнеемагнитное поле. Тогда при определенных конфигурациях движений и соотношенияхскорости и потерь, выделяющихся в виде тепла (омические потери), возможносамоподдерживающее динамо.• Характерным временем этого процесса является время магнитной диффузии —время распада токовой системы за счет диффузии: td = 13000 лет. Поэтомупроблема динамо заключается в том, чтобы найти такие движения вжидком ядре Земли, которые непрерывно поддерживали бымагнитное поле.Поле ядра и его вариацииВ качестве слабого начального магнитного поля, необходимого для начала генерации, можетбыть межпланетное магнитное поле Солнца, величина которого на расстоянии земной орбиты(150 млн км) равно примерно 6 нТл (6 γ).
Вращение электропроводной жидкости внешнего ядраприводит к вытягиванию линий первоначального поля, оно деформируется в тороидальноеполе (рис а). Это поле не выходит за пределы ядра.Деформации линий магнитного поля в модели геодинамо. По (Levy, 1976, 1979Содержание• Введение• Магнитное поле: источники и измерение• Моделирование магнитного поля• Поле ядра и его вариации•Элементы магнитного поля Земли• Палеомагнетизм•Силовые:Изолинии - изодины1. Напряженность – H (A/m),2. Магнитная индукция –B (Т,тесла),3.
Намагниченность – I (A/m),4. Магнитный момент – M(A*m2) и др.1 эрстед = 79,6 А/м;1 тесла = 1кг/А*с2Соотношения между элементамигеомагнитного поля222HxH= H + H + H =;xyzcosDcosJHytgD= ;ВертикальнаяHxсоставляющая силовойtgJ =HzH +H2x2yкомпоненты поля считаетсяположительной, если еевектор в северномполушарии направлен вниз.Выражение компонент вектора магнитнойиндукции через значения геопотенциала.∂UBθ = −r∂θ∂UBλ = −r sinθ∂λ∂UBz = −∂rВ декартовой системе координат:B x = − BθB y = BλBz = − BrКоэффициенты ГауссаMzg = 3 cos θ 0 ;RMx1g1 =3 sin θ 0 cos λ0;RMy1h1 = 3 sinθ0 sin λ0R01θ0 , λ0 −координатымагнитногополюсаСодержание• Введение• Магнитное поле: источники и измерение• Моделирование магнитного поля• Поле ядра и его вариации• Элементы магнитного поля Земли• Палеомагнетизм•Палеомагнетизм• Литосферный или коровый магнетизм – магнитное поле от изверженныхферромагнитных горных пород (напр., базальты), охлажденных ниже точки Кюри• Нагрев материалов выше точки Кюри приводит к потере намагниченности• Глубины образования: ~30 км в континентальных зонах, 6-7 км от дна океана• Магнитная восприимчивость χ – способность породы намагничиваться поддействием внешнего магнитного поляПалеомагнетизм• При охлаждении под воздействием внешнегополя атомные моменты ферромагнитныхвеществ выстраиваются по направлениюполя• Древнее поле оказывается "запомненным" вкуске породы на тот момент, когдатемпература материала опустилась нижеточки КюриПолная напряженность главного поля помодели IGRF (2010 г.), масштаб 1 : 120 000 000[А.А.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
