Zemljino magnetno polje (geomagnetno): nastanek, pomen in spremembe

Zemljino magnetno polje: nastanek, vloga in spremembe — kako nastaja, ščiti Zemljo, vpliva na kompas in selitvene živali ter kaj pomeni za prihodnost.

Zemljino magnetno polje je magnetno polje, ki obdaja Zemljo. Včasih ga imenujemo geomagnetno polje. Nastaja predvsem zaradi gibanja prevodnega železno-nikljevega kovinskega zvrstja v zunanjem jedru in vpliva vrtenja planeta. To polje Zemljo ščiti pred škodljivimi delci v vesolju in je ključno za številne naravne procese ter človeške dejavnosti.

Nastanek in delovanje (geodinamika)

Glavni mehanizem nastanka Zemljinega magnetnega polja se imenuje geodinamo. V zunanjem, tekočem delu njenega jedra potekajo convectioni premiki vroče prevodne tekočine. Zaradi Coriolisove sile, ki nastane ob vrtenju Zemlje, se ti tokovi organizirajo v vzorce, ki skupaj z električnim prevajanjem ustvarijo in ohranjajo globalno magnetno polje. Notranje jedro je v večini trdno in se lahko vrti z rahlo drugačno hitrostjo kot zunanji sloj — to zapleteno gibanje prispeva k dinamiki polja.

Pomen za Zemljo in življenje

• Zaščita pred sončnim vetrom: Magnetno polje odbija večino nabitih delcev, ki jih oddaja Sonce, ter oblikuje magnetosfero in Van Allenove pasove, kar zmanjšuje neposredne škodljive učinke na atmosfero in življenje.
• Aurore: Trki nabitih delcev z atmosfero ob polarnih območjih povzročijo svetleče pojave, znane kot aurore (severni in južni sij).
• Navigacija: Kompas uporablja geomagnetno polje za določanje smeri — igla kompasa se zavrne proti magnetnim polomom. Mnoge selitvene živali se prav tako orientirajo z geomagnetnim poljem in ga uporabljajo pri selitvah ter iskanju poti.
• Vpliv na tehnologijo: Magnetne nevihte lahko motijo delovanje satelitov, radijskih komunikacij, navigacijskih sistemov in električnih omrežij.

Magnetni in geografski pol — gibanje in razlike

Magnetna pola niso povsem enaka geografskim polom. Magnetne pole se nahajajo blizu geografskih polov, vendar se znotraj časa premikajo (tako imenovano "wander"). Poleg tega zemeljska magnetna os ni povsem vzporedna z osi vrtenja Zemlje, zato kompasi v različnih krajih kažejo različno magnetno deviacijo ali deklinacijo (kot med geografskim severom in magnetnim severom). Magnetna polja imajo tudi naklon — inklinacijo — ki se spreminja z zemljepisno širino.

Spremembe v daljšem časovnem merilu

Magnetno polje Zemlje ni stalno: spreminja se na časovnih lestvicah od let do milijonov let. Obstajajo:

• Sekularne variacije: Postopne spremembe na letni do stoletni skali zaradi spreminjanja tokov v zunanjem jedru.
• Magnetni obrati (reversije): Polarnosti — severni in južni magnetni pol — se občasno zamenjajo. Ti obrati se zgodijo nepravilno; povprečna razdalja med obrati je zelo spremenljiva. Najbližji večji obratu, Brunhes–Matuyama, se je zgodil približno pred 780.000 leti. Obrati so običajno počasni (tisočletja), med prehodom pa se polje lahko znatno oslabi in postane bolj razdrobljeno.

Meri in spremljanje

Magnetno polje merimo z instrumenti, kot so magnetometri, na kopnem, ladjah, z letal in iz vesolja. Evropska vesoljska agencija (ESA) je na primer začela izstreljevati satelite Swarm (2013), katerih cilj je natančno meriti tri komponente magnetnega polja in njegove spremembe. Vrednosti magnetne jakosti na površju Zemlje se običajno gibljejo med približno 25 in 65 mikrotesli (0,25–0,65 gausa).

Praktične posledice in zanimivosti

• Za natančno navigacijo (letalstvo, pomorstvo, geodetske meritve) je treba upoštevati lokalno magnetno deklinacijo, ki se spreminja z letom.
• Med geološkimi preučevanji se magnetne reverzije uporabljajo kot vremenska oznaka (magnetostratigrafija) za datiranje kamnin in paleomagnetno rekonstruiranje premikov tektonskih plošč.
• Mnoge živali, na primer selivke (ptice), morski želvi in lososi, imajo sposobnost zaznavanja magnetnega polja (magnetorecepcija) in ga uporabljajo pri dolgih selitvah.
• Čeprav oslabitev polja v času prehoda ali ob obratih lahko poveča dozo kozmijskega sevanja na površju in moti tehnologijo, ni prepričljivih dokazov, da bi magnetni obrati neposredno povzročili množične izumrtne dogodke.

Zaključek

Zemljino magnetno polje je dinamičen in pomemben pojav, ki izhaja iz gibanja živega, prevodnega jedra ter vrtenja planeta. Ščiti življenje na Zemlji, vpliva na podnebne in vesoljske razmere, omogoča navigacijo in je predmet intenzivnega spremljanja z modernimi instrumenti. Razumevanje njegovega delovanja in sprememb pomaga pri zaščiti tehnologije in pri raziskovanju geološke zgodovine našega planeta.

Značilnosti

Zemljino geomagnetno polje je posledica dveh dejavnikov. Za nastanek magnetnega polja so pomembna konvektivna gibanja v tekočem prevodnem jedru v središču Zemlje. Ko se konvektivna gibanja pojavijo skupaj z električnimi tokovi okoli Zemlje, nastane magnetno polje. Zemljino vrtenje vzdržuje magnetno polje. Medsebojno delovanje konvektivnih gibanj in električnih tokov ustvarja učinek dinama.

Intenzivnost magnetnega polja je največja v bližini magnetnih polov, kjer je magnetno polje navpično. Intenzivnost magnetnega polja je najšibkejša v bližini ekvatorja, kjer je vodoravno. Intenzivnost magnetnega polja se meri v gausih.

Magnetno polje se je v zadnjih letih zmanjšalo. V zadnjih dvaindvajsetih letih se je moč magnetnega polja v povprečju zmanjšala za 1,7 %. Na nekaterih območjih polja se je moč zmanjšala za 10 %. Hitro zmanjševanje moči polja je znak, da se magnetno polje morda obrača. Obrat se lahko zgodi v naslednjih nekaj tisoč letih. Pokazalo se je, da je premikanje magnetnih polov povezano z zmanjševanjem moči magnetnega polja.

Geomagnetni obrat je, ko se severni in južni magnetni pol zamenjata. To se je v zgodovini Zemlje zgodilo že nekajkrat. Magnetni preobrat se zgodi, ko moč magnetnega polja doseže ničlo. Ko se moč spet začne povečevati, se poveča v nasprotni smeri, kar povzroči zamenjavo magnetnih polov. Čas, v katerem pride do preobrata magnetnega polja, ni znan, lahko pa traja tudi do deset tisoč let. Zemljini magnetni preobrati so zabeleženi v kamninah, zlasti v bazaltu. Znanstveniki menijo, da se je zadnji geomagnetni preobrat zgodil pred 780.000 leti.

Magnetosfera

Magnetosfero ustvarja magnetno polje. To je območje okoli Zemlje, ki deluje kot ščit pred škodljivimi delci sončnega vetra. Magnetosfera ima veliko različnih plasti in struktur, sončni veter pa oblikuje vsako od teh plasti. Medsebojno delovanje sončnega vetra in magnetosfere povzroča tudi pojav severnega in južnega sija. Magnetosfera je zelo pomembna pri zaščiti Zemlje pred sončnimi nevihtami, ki povečajo aktivnost sončnega vetra. Sončne nevihte lahko povzročijo geomagnetne nevihte, ki imajo včasih resne posledice za Zemljo.

Območja med severnim in južnim magnetnim polom so črte magnetnega polja. Te črte zapuščajo Zemljo iz navpične točke na jugu in se vračajo skozi navpično točko na severu. Ti dve navpični točki se imenujeta magnetna pola. Magnetna pola se običajno imenujeta magnetna pola. Magnetna pola se stikata z Zemljo v dveh točkah. Severni magnetni pol seka Zemljo na 78,3 severne zemljepisne širine in 100 zahodne zemljepisne dolžine. Severni magnetni pol se nahaja v polarnem krogu. Južni magnetni pol seka Zemljo na 78,3 J zemljepisne širine in 142 V zemljepisne dolžine. Južni magnetni pol se nahaja na Antarktiki. Na magnetnih polih so tudi najmočnejša magnetna polja.

Slika prikazuje magnetosfero, ki blokira sončni veter, ki ga povzroča Sonce.


Gibanje severnega magnetnega pola. Pričakuje se, da bo prešel blizu severnega geografskega pola in nadaljeval pot proti Sibiriji.

Vprašanja in odgovori

V: Kakšno je Zemljino magnetno polje?

V: Kaj ustvarja Zemljino magnetno polje?

V: Kakšna je funkcija Zemljinega magnetnega polja?

V: Kako stabilno je Zemljino magnetno polje?

V: Kako nastaja Zemljino magnetno polje?

V: Kaj ustvarjajo magnetni poli?

V: Kako se uporablja Zemljino magnetno polje?

Išči po črki