Вплив геомагнітного поля Землі на клімат

Міністерство  науки та освіти, молоді та спорту України

ДВНЗ «Криворізький  національний університет»

Кафедра екології

Курсова робота

з дисципліни: «Метеорологія та кіматологія»

за темою: «Вплив геомагнітного поля Землі

на клімат»

                                                                                                              Виконала:

                                                                                                                      ст. гр. ЕО-10

                                                                                                                          Левицька О. С.

                                                                                                                 Прийняла:

                                                                                                                          доцент кафедри

                                                                                                                       Панова С. М.

м. Кривий Ріг

2012 р.

Зміст

Вступ..................................................................................................................................3

1. Характеристика геомагнітного  поля Землі.................................................................4

     1.1. Гравітаційне поле землі........................................................................................4

     1.2. Земний магнетизм.................................................................................................5

     2. Структура магнітного поля Землі..............................................................................11

          2.1. Нормальне магнітне поле...................................................................................11

          2.2. Материкове магнітне поле.................................................................................16

          2.3. Магнітні аномалії та їх геологічні причини.....................................................17

    3.  Вплив магнітного поля на клімат..............................................................................23

          3.1. Дослідження та висовки вчених........................................................................23

                 3.1.1. Основоположна теорія Генріка Свенсмарка..........................................23

                 3.1.2. Дослідження датських вчених                                                                 26

          3.2. Власні дослідження залежності клімату

                 від геомагнітного поля Землі.............................................................................27

    4. Вплив магнітного  поля на живі організми.................................................................29

          4.1. Магнітні поля та їх взаємодія з живими організмами.....................................29

          4.2. Геомагнітні бурі..................................................................................................31

Висновок..........................................................................................................................36

Література........................................................................................................................37

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВСТУП

Гравітація або тяжіння — властивість тіл із масою притягуватись одне до одного. Гравітаційна взаємодія найслабша із фундаментальних взаємодій, однак її характерною особливістю є те, що тіла, які мають масу, завжди притягаються одне до одного. Притягання дуже великих мас в астрономічних масштабах створює значні сили, завдяки яким світ є таким, яким людина його знає. Зокрема, гравітація є причиною земного тяжіння, внаслідок якого предмети падають додолу. Законами гравітації визначається рух Місяця навколо Землі і Землі та інших планет навколо Сонця.

Гравітаційне поле Землі  – фізичне поле, зумовлене тяжінням маси Землі і відцентровою силою, яка виникає внаслідок добового обертання Землі. Незначною мірою  залежить також від тяжіння Місяця і Сонця й інших небесних тіл  та маси земної атмосфери. Гравітаційне поле Землі характеризується силою тяжіння, потенціалом сили тяжіння і різними його похідними.

Гравітаційне поле Землі  є однією з причин кругообігів  у літосфері, атмосфері та гідросфері.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Характеристика геомагнітного поля Землі

1.1. Гравітаційне поле Землі

Навколо Землі існує  поле тяжіння, зумовлене її масою. Це поле називається гравітаційним. Сила тяжіння притаманна як малим, так  і великим тілам. Чим більша маса тіла, тим потужніше його гравітаційне поле. Біля поверхні Землі його середнє значення становить близько 9,8 м/с². З висотою напруженість поля зменшується. Теоретично гравітаційне поле Землі поширюється до безкінечності. Ближче до поверхні Землі сила тяжіння набуває дещо іншого характеру. Тут проявляються сили, які не тільки притягують, а і відштовхують тіла, що знаходяться на поверхні Землі. Відштовхуюча сила зумовлена обертанням Землі навколо своєї осі і називається відцентровою. Рівнодіюча двох сил — гравітаційної та відцентрової — називається силою тяжіння. Визначається сила тяжіння масою тіл. Маса, власне, і є сила, з якою тіла притягаються в напрямі до центра Землі. Сила тяжіння утримує тіла і предмети на поверхні Землі, а гравітаційне поле утримує на відстані супутник Землі Місяць.

Розподіл величини сили тяжіння на поверхні Землі залежить від географічної широти: зі збільшенням широти вона зростає. Зменшення сили тяжіння в напрямі до екватора пояснюється двома причинами: збільшенням у цьому напрямку відцентрової сили і збільшенням відстані від центра планети, а також особливостями її внутрішньої будови. Якби Земля була правильною нерухомою кулею, за складом однорідною від поверхні до центру, то її сила тяжіння скрізь була б однаковою і направленою до центру планети.

На полюсах, де відцентрова сила практично відсутня, а відстань до центру Землі найменша, сила тяжіння найбільша і становить 9,83 м/с². На екваторі відцентрова сила і відстань найбільші, тому сила тяжіння найменша — 9,78 м/с².

Вплив гравітаційного поля на розвиток планети та її географічну оболонку величезний. Сила тяжіння визначає справжню форму земної поверхні — геоїд, зумовлює рухи земної кори. Під її впливом відбувається переміщення пухких гірських порід, мас води, льоду, повітря. Гравітаційне поле Землі є однією з причин кругообігів у літосфері, атмосфері і гідросфері.[1]

Саме ж гравітаційне поле зумовлене, як уже було зазначено, масою Землі. Підраховано, що повна маса Землі (F) становить 5,976 · 10²⁷ г. Безпосередньо цю масу виміряти неможливо, але розрахувати її порівняно просто за формулою гравітаційного тяжіння:

де k_e — гравітаційна стала, яка дорівнює 6,67 · 10⁸; m₁, m₂ — маси тіл, що притягаються, г; d — відстань між центрами тіл, см.

Об'єм сферичної Землі також легко приблизно підрахувати, оскільки з вимірювань дуг її кола відомий радіус. Знайдений таким чином об'єм нашої планети становить 1,083 · 10²⁷ см³.

Знаючи масу і об'єм Землі, можна  знайти її середню густину. Вона становить 5,52 г/см³, тобто вдвічі більша за щільність граніту"

Встановлено, що земна кора має  середню густину 2,7 г/см³. Таким чином, щоб середня густина Землі дорівнювала 5,52 г/см³, внутрішня частина Землі повинна бути щільніша, ніж зовнішня. Збільшення густини з глибиною можна пояснити відмінностями в хімічному складі і тією величезною силою, з якою зовнішні частини Землі тиснуть на внутрішні. Передбачається, що внутрішнє ядро має густину близько 13 г/см³.[4]

 

1.2. Земний магнетизм

Земля — це величезний сферичний магніт. Хоча про наявність у планети магнетизму людям стало відомо давно, а вивченням його властивостей займаються вчені різних країн світу, в природі її магнітного поля багато ще залишається нез'ясованим. Відомо, що серед металів тільки залізо і нікель можуть бути постійними магнітами. Ці матеріали називаються феромагнітними. Але феромагнітні речовини перестають бути магнітом, якщо їх нагріти вище точки Кюрі (770 °С для заліза і 358 °С для нікелю). Оскільки температура в надрах Землі значно вища за ці величини, то земне ядро, яке складається головним чином із заліза і нікеля, не може бути феромагнітним через відсутність для цього відповідних умов.

З багатьох теорій, які були висунені для пояснення походження магнітного поля Землі, найбільш популярною нині є теорія динамо. Згідно з нею Земля є скоріше електромагнітом, ніж постійним магнітом: електричний струм, що якимось чином генерується внаслідок турбулентної конвекції в рідкому ядрі, утворює навколо себе поле однорідного намагнічування, або постійне поле. Нез'ясованим залишається питання про джерело енергії, яке викликає конвекцію в земному ядрі, де дуже мало або зовсім немає радіоактивних елементів. Допускають три варіанти: 1) на межі між внутрішнім і зовнішнім ядром відбувається поступова кристалізація заліза з виділенням тепла; 2) внаслідок опускання заліза з мантії вниз вивільняється гравітаційна енергія; 3) тепло виділяється при фазових змінах речовин, що відбуваються внаслідок гіпотетичного розширення Землі.

Магнітне поле Землі досягає  висоти 80—90 тис. км від її поверхні. До висоти 44 тис. км магнітне поле постійне, його величина зменшується з віддаленням від земної поверхні поступово. На висоті від 44 до 90 тис. км магнітне поле змінне, залежно від знаку воно захоплює і утримує електрони або протони. Сфера навколоземного простору, в якому знаходяться заряджені частини, захоплені магнітним полем Землі, має назву магнітосфери.[6]

Будова магнітосфери Землі, тобто  навколишнього простору, фізичні  властивості якого визначаються магнітним полем Землі та його взаємодією з потоком заряджених частинок сонячного вітру, в минулому уявлялася досить простою. Вважалося, що магнітосфера утворює симетричний диполь. Але вже перші прямі вимірювання магнітних полів, які були зроблені безпосередньо у космосі, не підтвердили цю гіпотезу. Виявилося, що магнітосфера Землі вкрай асиметрична: з боку Сонця магнітне поле сильно стиснуте, а з протилежного боку — навпаки, дуже витягнуте і утворює довгий, до 1 млн км, магнітосферний хвіст (рис. 1). Це є наслідком обтікання магнітосфери сонячним вітром. При цьому тут, в залежності від тиску сонячного вітру, границя магнітосфери з боку Сонця — магнітопауза — то наближається до Землі (при зростанні тиску), то віддаляється (при його послаблені). Плазма сонячного вітру обтікає магнітосферу Землі з надзвуковою швидкістю, внаслідок чого перед магнітосферою утворюється ударна хвиля, яка відокремлена від магнітопаузи перехідною областю.

Рис. 1. Схема магнітосфери

 

Силові лінії геомагнітного  поля, що відходять назад під дією сонячного вітру, утворюють хвіст, або "шлейф" магнітосфери. Він розділений магнітно-нейтральним шаром на два сектори — північний і південний. Магнітні силові лінії секторів зв'язані з полярними областями Землі. В магнітно-нейтральному шарі концентрується щільна і гаряча плазма з температурою близько мільйона градусів, яка своїм тиском перешкоджає анігіляції силових ліній протилежних напрямів у секторах "шлейфу".[2]

Всередині магнітосфери розташовані радіаційні пояси. Вони складаються із заряджених частинок протонів і електронів, захоплених магнітними полем Землі з потоку сонячного вітру. Радіаційні пояси утворюють в атмосфері шар іоносфери і вважаються областю захопленої радіації, вони є мовби магнітними пастками для заряджених частинок космосу.

Магнітне поле наочно проявляється при роботі з компасом: магнітна стрілка в будь-якій точці  земної поверхні встановлюється в певному  напрямі. Кут, який утворюють магнітний  і географічний меридіани, називається магнітним схиленням. Воно обчислюється за північним кінцем стрілки компаса і може бути західним або східним (рис. 2).

Рис. 2. Магнітне схилення

 

Лінії, що з'єднують точки з однаковим схиленням, називаються ізогонами. Нульова ізогона — це лінія, яка з'єднує точки, в яких стрілка компаса спрямована одночасно на магнітний і географічний полюси. Вона ділить земну кулю на дві частини. Зараз лінія нульового схилення проходить через середні частини Північної та Південної Америки, а в Євразії робить дуже звивистий шлях зі Скандинавії через Центральну Європу до Єгипту, далі до Сомалі і через Гімалаї виходить в море Лаптєвих, звідки знову повертає на південь (див. рис. 3). З метою характеристики земного магнетизму визначають також магнітне нахилення, тобто кут, утворений магнітною стрілкою і горизонтальною площиною. Вільно підвішена магнітна стрілка зберігає горизонтальне положення тільки на лінії магнітного екватора, який не збігається з географічним. На північ і на південь від магнітного екватора стрілка нахиляється до земної поверхні, причому тим більше, чим вища широта. Лінії, що з'єднують точки з однаковим нахиленням, називаються ізоклінами. Оскільки магнітні полюси не збігаються з географічними, ізокліни також не збігаються з параллелями.

Рис. 3. Карта магнітного схилення

 

Магнітні полюси змінюють своє положення з року в рік. Зараз північний магнітний полюс знаходиться серед островів Канади і має координати 77° пн. ш. і 102е зх. д., а південний магнітний полюс розташовується в Антарктиді близько 65° пд. ш. і 139° сх. д. Вважається доведеним, що 300 млн років тому магнітні полюси знаходилися в сучасній екваторіальній області.