अर्थ शील्ड: हमारे ग्रह का चुंबकीय क्षेत्र कहाँ है?

2024 लेखक: Seth Attwood | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2023-12-16 16:05

चुंबकीय क्षेत्र पृथ्वी की सतह को सौर हवा और हानिकारक ब्रह्मांडीय विकिरण से बचाता है। यह एक तरह की ढाल का काम करता है - इसके अस्तित्व के बिना वातावरण नष्ट हो जाएगा। हम आपको बताएंगे कि पृथ्वी का चुंबकीय क्षेत्र कैसे बना और बदल गया।

पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र की संरचना और विशेषताएं

पृथ्वी का चुंबकीय क्षेत्र, या भू-चुंबकीय क्षेत्र, अंतर-स्थलीय स्रोतों द्वारा उत्पन्न एक चुंबकीय क्षेत्र है। भू-चुंबकत्व के अध्ययन का विषय। 4, 2 अरब साल पहले दिखाई दिया।

पृथ्वी के अपने चुंबकीय क्षेत्र (भूचुंबकीय क्षेत्र) को निम्नलिखित मुख्य भागों में विभाजित किया जा सकता है:

• मुख्य क्षेत्र,
• विश्व विसंगतियों के क्षेत्र,
• बाहरी चुंबकीय क्षेत्र।

मुख्य क्षेत्र

इसका 90% से अधिक एक क्षेत्र है, जिसका स्रोत पृथ्वी के अंदर है, तरल बाहरी कोर में - इस भाग को मुख्य, मुख्य या सामान्य क्षेत्र कहा जाता है।

यह हार्मोनिक्स में एक श्रृंखला के रूप में अनुमानित है - एक गाऊसी श्रृंखला, और पृथ्वी की सतह के पास पहले सन्निकटन में (इसकी तीन त्रिज्या तक) यह चुंबकीय द्विध्रुवीय क्षेत्र के करीब है, अर्थात यह पृथ्वी जैसा दिखता है एक पट्टी चुंबक है जिसकी धुरी लगभग उत्तर से दक्षिण की ओर निर्देशित होती है।

विश्व विसंगतियों के क्षेत्र

पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र के बल की वास्तविक रेखाएं, हालांकि औसतन द्विध्रुवीय बल की रेखाओं के करीब होती हैं, सतह के करीब स्थित क्रस्ट में चुंबकीय चट्टानों की उपस्थिति से जुड़ी स्थानीय अनियमितताओं से उनसे भिन्न होती हैं।

इस वजह से, पृथ्वी की सतह पर कुछ स्थानों पर, क्षेत्र के पैरामीटर आस-पास के क्षेत्रों के मूल्यों से बहुत भिन्न होते हैं, जो तथाकथित चुंबकीय विसंगतियों का निर्माण करते हैं। वे एक दूसरे को ओवरलैप कर सकते हैं यदि चुंबकीय शरीर जो उन्हें अलग-अलग गहराई पर झूठ बोलते हैं।

बाहरी चुंबकीय क्षेत्र

यह पृथ्वी की सतह के बाहर, उसके वातावरण में स्थित वर्तमान प्रणालियों के रूप में स्रोतों द्वारा निर्धारित किया जाता है। वायुमंडल के ऊपरी भाग (100 किमी और ऊपर) में - आयनमंडल - इसके अणु आयनित होते हैं, एक घने ठंडे प्लाज्मा का निर्माण करते हैं जो ऊपर उठता है, इसलिए, आयनमंडल के ऊपर पृथ्वी के मैग्नेटोस्फीयर का एक हिस्सा, तीन तक की दूरी तक फैला हुआ है। इसकी त्रिज्या को प्लास्मास्फीयर कहा जाता है।

प्लाज्मा पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र द्वारा धारण किया जाता है, लेकिन इसकी स्थिति सौर हवा के साथ इसके संपर्क से निर्धारित होती है - सौर कोरोना का प्लाज्मा प्रवाह।

इस प्रकार, पृथ्वी की सतह से अधिक दूरी पर, चुंबकीय क्षेत्र असममित है, क्योंकि यह सौर हवा की क्रिया के तहत विकृत होता है: सूर्य से यह सिकुड़ता है, और सूर्य से दिशा में यह एक "निशान" प्राप्त करता है जो फैली हुई है सैकड़ों हजारों किलोमीटर के लिए, चंद्रमा की कक्षा से परे जा रहा है।

यह अजीबोगरीब "पूंछ" रूप तब उत्पन्न होता है जब सौर हवा और सौर कणिका धाराओं का प्लाज्मा पृथ्वी के मैग्नेटोस्फीयर के चारों ओर बहता हुआ प्रतीत होता है - निकट-पृथ्वी अंतरिक्ष का क्षेत्र, जो अभी भी पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र द्वारा नियंत्रित है, न कि सूर्य और अन्य अंतरग्रहीय स्रोत।

इसे मैग्नेटोपॉज़ द्वारा इंटरप्लानेटरी स्पेस से अलग किया जाता है, जहां सौर हवा का गतिशील दबाव अपने स्वयं के चुंबकीय क्षेत्र के दबाव से संतुलित होता है।

फ़ील्ड पैरामीटर

पृथ्वी के क्षेत्र के चुंबकीय प्रेरण की रेखाओं की स्थिति का एक दृश्य प्रतिनिधित्व एक चुंबकीय सुई द्वारा प्रदान किया जाता है, जिसे इस तरह से तय किया जाता है कि यह लंबवत और क्षैतिज अक्ष के चारों ओर स्वतंत्र रूप से घूम सके (उदाहरण के लिए, एक जिम्बल में), - पृथ्वी की सतह के निकट प्रत्येक बिंदु पर इन रेखाओं के साथ एक निश्चित तरीके से स्थापित होता है।

चूंकि चुंबकीय और भौगोलिक ध्रुव मेल नहीं खाते हैं, चुंबकीय सुई केवल एक अनुमानित उत्तर-दक्षिण दिशा दिखाती है।

जिस ऊर्ध्वाधर तल में चुंबकीय सुई लगाई जाती है, उसे दिए गए स्थान के चुंबकीय मध्याह्न रेखा का तल कहा जाता है, और जिस रेखा के साथ यह विमान पृथ्वी की सतह को काटता है उसे चुंबकीय मध्याह्न रेखा कहा जाता है।

इस प्रकार, चुंबकीय मेरिडियन पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र के बल की रेखाओं का इसकी सतह पर प्रक्षेपण हैं, जो उत्तर और दक्षिण चुंबकीय ध्रुवों पर अभिसरण करते हैं। चुंबकीय और भौगोलिक मेरिडियन की दिशाओं के बीच के कोण को चुंबकीय झुकाव कहा जाता है।

यह पश्चिमी हो सकता है (अक्सर "-" चिह्न द्वारा इंगित किया जाता है) या पूर्वी (एक "+" चिह्न), इस पर निर्भर करता है कि चुंबकीय सुई का उत्तरी ध्रुव भौगोलिक मेरिडियन के ऊर्ध्वाधर विमान से पश्चिम या पूर्व में विचलित होता है या नहीं।

इसके अलावा, पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र की रेखाएं, सामान्यतया, इसकी सतह के समानांतर नहीं हैं। इसका अर्थ है कि पृथ्वी के क्षेत्र का चुंबकीय प्रेरण किसी स्थान के क्षितिज के तल में नहीं होता है, बल्कि इस तल के साथ एक निश्चित कोण बनाता है - इसे चुंबकीय झुकाव कहा जाता है। यह केवल चुंबकीय भूमध्य रेखा के बिंदुओं पर शून्य के करीब है - एक विमान में एक महान वृत्त की परिधि जो चुंबकीय अक्ष के लंबवत है।

पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र के संख्यात्मक मॉडलिंग के परिणाम: बाईं ओर - सामान्य, दाईं ओर - उलटा होने पर

पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र की प्रकृति

1919 में जे. लार्मर ने पहली बार पृथ्वी और सूर्य के चुंबकीय क्षेत्रों के अस्तित्व को समझाने की कोशिश की, जिसमें एक डायनेमो की अवधारणा का प्रस्ताव रखा गया, जिसके अनुसार एक खगोलीय पिंड के चुंबकीय क्षेत्र का रखरखाव क्रिया के तहत होता है। विद्युत प्रवाहकीय माध्यम की हाइड्रोडायनामिक गति।

हालांकि, 1934 में, टी। काउलिंग ने हाइड्रोडायनामिक डायनेमो तंत्र के माध्यम से एक अक्षीय चुंबकीय क्षेत्र को बनाए रखने की असंभवता पर प्रमेय को साबित कर दिया।

और चूंकि अधिकांश अध्ययन किए गए खगोलीय पिंडों (और इससे भी अधिक पृथ्वी) को अक्षीय रूप से सममित माना जाता था, इसके आधार पर यह धारणा बनाना संभव था कि उनका क्षेत्र भी अक्षीय रूप से सममित होगा, और फिर इस सिद्धांत के अनुसार इसकी पीढ़ी इस प्रमेय के अनुसार असंभव होगा।

यहां तक कि अल्बर्ट आइंस्टीन भी सरल (सममित) समाधानों के अस्तित्व की असंभवता को देखते हुए इस तरह के डायनेमो की व्यवहार्यता के बारे में उलझन में थे। केवल बहुत बाद में यह दिखाया गया कि चुंबकीय क्षेत्र निर्माण की प्रक्रिया का वर्णन करने वाले अक्षीय समरूपता वाले सभी समीकरणों का अक्षीय रूप से सममित समाधान नहीं होगा, यहां तक कि 1950 के दशक में भी। विषम समाधान खोजे गए हैं।

तब से, डायनेमो सिद्धांत सफलतापूर्वक विकसित हो रहा है, और आज पृथ्वी और अन्य ग्रहों के चुंबकीय क्षेत्र की उत्पत्ति के लिए आम तौर पर स्वीकृत सबसे संभावित स्पष्टीकरण एक कंडक्टर में विद्युत प्रवाह की पीढ़ी के आधार पर एक स्व-उत्तेजित डायनेमो तंत्र है। जब यह इन धाराओं द्वारा स्वयं उत्पन्न और प्रवर्धित चुंबकीय क्षेत्र में गति करता है।

पृथ्वी के मूल में आवश्यक स्थितियां बनाई जाती हैं: तरल बाहरी कोर में, लगभग 4-6 हजार केल्विन के तापमान पर मुख्य रूप से लोहे से युक्त, जो पूरी तरह से वर्तमान का संचालन करता है, संवहन प्रवाह बनाए जाते हैं जो ठोस आंतरिक कोर से गर्मी को दूर करते हैं। (रेडियोधर्मी तत्वों के क्षय या ग्रह के धीरे-धीरे ठंडा होने पर आंतरिक और बाहरी कोर के बीच की सीमा पर पदार्थ के जमने के दौरान अव्यक्त गर्मी की रिहाई के कारण उत्पन्न)।

कोरिओलिस बल इन धाराओं को विशिष्ट सर्पिलों में घुमाते हैं जो तथाकथित टेलर स्तंभ बनाते हैं। परतों के घर्षण के कारण, वे एक विद्युत आवेश प्राप्त कर लेते हैं, जिससे लूप धाराएँ बनती हैं। इस प्रकार, धाराओं की एक प्रणाली बनाई जाती है जो एक फैराडे डिस्क की तरह एक (शुरुआत में मौजूद, हालांकि बहुत कमजोर) चुंबकीय क्षेत्र में चलने वाले कंडक्टरों में एक प्रवाहकीय सर्किट के साथ घूमती है।

यह एक चुंबकीय क्षेत्र बनाता है, जो प्रवाह की एक अनुकूल ज्यामिति के साथ, प्रारंभिक क्षेत्र को बढ़ाता है, और यह बदले में, वर्तमान को बढ़ाता है, और प्रवर्धन प्रक्रिया तब तक जारी रहती है जब तक जूल गर्मी को नुकसान नहीं होता है, वर्तमान में वृद्धि के साथ बढ़ रहा है, संतुलन को संतुलित करता है। हाइड्रोडायनामिक आंदोलनों के कारण ऊर्जा प्रवाह।

यह सुझाव दिया गया था कि डायनेमो को पूर्वाभास या ज्वारीय बलों के कारण उत्तेजित किया जा सकता है, अर्थात ऊर्जा का स्रोत पृथ्वी का घूमना है, हालांकि, सबसे व्यापक और विकसित परिकल्पना यह है कि यह ठीक थर्मोकेमिकल संवहन है।

पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र में परिवर्तन

चुंबकीय क्षेत्र व्युत्क्रम ग्रह के भूवैज्ञानिक इतिहास में पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र की दिशा में परिवर्तन है (पैलियोमैग्नेटिक विधि द्वारा निर्धारित)।

एक व्युत्क्रम में, चुंबकीय उत्तर और चुंबकीय दक्षिण को उलट दिया जाता है और कम्पास सुई विपरीत दिशा में इंगित करना शुरू कर देती है। उलटा एक अपेक्षाकृत दुर्लभ घटना है जो होमो सेपियंस के अस्तित्व के दौरान कभी नहीं हुई है। संभवत: यह आखिरी बार लगभग 780 हजार साल पहले हुआ था।

चुंबकीय क्षेत्र के उत्क्रमण समय के अंतराल पर दसियों हज़ार वर्षों से लेकर दसियों लाख वर्षों के शांत चुंबकीय क्षेत्र के विशाल अंतराल तक हुए, जब उत्क्रमण नहीं हुआ।

इस प्रकार, ध्रुव उत्क्रमण में कोई आवधिकता नहीं पाई गई, और इस प्रक्रिया को स्टोकेस्टिक माना जाता है। एक शांत चुंबकीय क्षेत्र की लंबी अवधि के बाद विभिन्न अवधियों के साथ कई उत्क्रमण की अवधि हो सकती है और इसके विपरीत। अध्ययनों से पता चलता है कि चुंबकीय ध्रुवों में परिवर्तन कई सौ से लेकर कई सौ हजार वर्षों तक रह सकता है।

जॉन्स हॉपकिन्स यूनिवर्सिटी (यूएसए) के विशेषज्ञों का सुझाव है कि उलटफेर के दौरान, पृथ्वी का मैग्नेटोस्फीयर इतना कमजोर हो गया कि ब्रह्मांडीय विकिरण पृथ्वी की सतह तक पहुंच सकता है, इसलिए यह घटना ग्रह पर रहने वाले जीवों को नुकसान पहुंचा सकती है, और ध्रुवों के अगले परिवर्तन से और भी अधिक हो सकता है। वैश्विक तबाही तक मानवता के लिए गंभीर परिणाम।

हाल के वर्षों में वैज्ञानिक कार्य ने (प्रयोग सहित) एक स्थिर अशांत डायनेमो में चुंबकीय क्षेत्र ("कूद") की दिशा में यादृच्छिक परिवर्तन की संभावना को दिखाया है। पृथ्वी के भौतिकी संस्थान, व्लादिमीर पावलोव में भू-चुंबकत्व की प्रयोगशाला के प्रमुख के अनुसार, उलटा मानव मानकों द्वारा एक लंबी प्रक्रिया है।

लीड्स योन माउंड और फिल लिवरमोर विश्वविद्यालय के भूभौतिकीविद् मानते हैं कि कुछ हज़ार वर्षों में पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र का उलटा होगा।

पृथ्वी के चुंबकीय ध्रुवों का विस्थापन

पहली बार, उत्तरी गोलार्ध में चुंबकीय ध्रुव के निर्देशांक 1831 में, फिर से - 1904 में, फिर 1948 और 1962 में, 1973, 1984, 1994 में निर्धारित किए गए थे; दक्षिणी गोलार्ध में - 1841 में, फिर से - 1908 में। चुंबकीय ध्रुवों का विस्थापन 1885 से दर्ज किया गया है। पिछले 100 वर्षों में, दक्षिणी गोलार्ध में चुंबकीय ध्रुव लगभग 900 किमी चला गया है और दक्षिणी महासागर में प्रवेश कर गया है।

आर्कटिक चुंबकीय ध्रुव की स्थिति (आर्कटिक महासागर के पार पूर्वी साइबेरियाई विश्व चुंबकीय विसंगति की ओर बढ़ते हुए) के नवीनतम आंकड़ों से पता चला है कि 1973 से 1984 तक इसका माइलेज 120 किमी, 1984 से 1994 तक - 150 किमी से अधिक था। हालांकि इन आंकड़ों की गणना की जाती है, लेकिन इनकी पुष्टि उत्तरी चुंबकीय ध्रुव के मापन से होती है।

1831 के बाद, जब पहली बार पोल की स्थिति तय की गई, 2019 तक ध्रुव पहले ही 2,300 किमी से अधिक साइबेरिया की ओर स्थानांतरित हो चुका था और त्वरण के साथ आगे बढ़ना जारी रखता है।

इसकी यात्रा की गति 2000 में प्रति वर्ष 15 किमी से बढ़कर 2019 में 55 किमी प्रति वर्ष हो गई। यह तेजी से बहाव नेविगेशन सिस्टम में अधिक लगातार समायोजन की आवश्यकता है जो पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र का उपयोग करते हैं, जैसे स्मार्टफोन में कंपास या जहाजों और विमानों के लिए बैकअप नेविगेशन सिस्टम।

पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र की ताकत गिरती है, और असमान रूप से। पिछले 22 वर्षों में, इसमें औसतन 1.7% और दक्षिण अटलांटिक महासागर जैसे कुछ क्षेत्रों में 10% की कमी आई है। कुछ स्थानों पर, सामान्य प्रवृत्ति के विपरीत, चुंबकीय क्षेत्र की ताकत भी बढ़ गई।

ध्रुवों की गति का त्वरण (औसतन 3 किमी / वर्ष) और चुंबकीय ध्रुव व्युत्क्रम के गलियारों के साथ उनका आंदोलन (इन गलियारों ने 400 से अधिक पैलियोइनवर्जन को प्रकट करना संभव बना दिया) से पता चलता है कि ध्रुवों के इस आंदोलन में एक भ्रमण नहीं देखना चाहिए, बल्कि पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र का एक और उलटा होना चाहिए।

पृथ्वी का चुंबकीय क्षेत्र कैसे आया?

स्क्रिप्स इंस्टीट्यूट ऑफ ओशनोग्राफी और कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय के विशेषज्ञों ने सुझाव दिया है कि ग्रह के चुंबकीय क्षेत्र का निर्माण मेंटल द्वारा किया गया था।अमेरिकी वैज्ञानिकों ने 13 साल पहले फ्रांस के शोधकर्ताओं के एक समूह द्वारा प्रस्तावित एक परिकल्पना विकसित की है।

यह ज्ञात है कि लंबे समय तक, पेशेवरों ने तर्क दिया कि यह पृथ्वी का बाहरी कोर था जिसने अपना चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न किया था। लेकिन तब फ्रांस के विशेषज्ञों ने सुझाव दिया कि ग्रह का आवरण हमेशा ठोस (उसके जन्म के क्षण से) था।

इस निष्कर्ष ने वैज्ञानिकों को यह सोचने पर मजबूर कर दिया कि यह कोर नहीं था जो चुंबकीय क्षेत्र का निर्माण कर सकता था, बल्कि निचले मेंटल का तरल हिस्सा था। मेंटल की संरचना एक सिलिकेट सामग्री है जिसे एक खराब कंडक्टर माना जाता है।

लेकिन चूंकि निचले मेंटल को अरबों वर्षों तक तरल रहना पड़ता था, इसके अंदर तरल की गति से विद्युत प्रवाह नहीं होता था, और वास्तव में एक चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करना आवश्यक था।

पेशेवर आज मानते हैं कि मेंटल पहले की सोच से कहीं अधिक शक्तिशाली नाली हो सकती थी। विशेषज्ञों का यह निष्कर्ष प्रारंभिक पृथ्वी की स्थिति को पूरी तरह से सही ठहराता है। एक सिलिकेट डायनेमो तभी संभव है जब उसके तरल भाग की विद्युत चालकता बहुत अधिक हो और उसका दबाव और तापमान कम हो।