Загальне землезнавство - Олійник Я. Б. - 4.3. Земний магнетизм
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.
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 KE - 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.
4.3. 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.
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. 5). 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. 5. 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".
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. 6).
Рис. 6. 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. 7). 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 паралелями.
Рис. 7. 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.
Магнітне поле біля поверхні Землі характеризується також величиною напруги земного магнетизму. Вона визначається кількістю коливань магнітної стрілки за одиницю часу, або періодом її коливання, подібно до того, як сила тяжіння визначається періодом коливання маятника. Напруга магнетизму на полюсах більша, ніж на екваторі. Місця найбільшої напруги магнітного поля називаються полюсами напруги.
Як показують результати вимірювань, на поверхні планети часто спостерігаються магнітні аномалії. Вони проявляються у відхиленні значень елементів земного магнетизму від їх середніх величин для даного місця. Розрізняють регіональні і локальні магнітні аномалії. Регіональні охоплюють великі площі, вони викликані глибинними процесами. Прикладом регіональної аномалії є Східносибірська аномалія, де має місце західне схилення замість східного. Локальні магнітні аномалії пов'язані з місцевими особливостями будови земної кори (наприклад, з покладами залізних руд), як, наприклад, в Курську, Кривому Розі.
Магнітне поле зазнає періодичних і неперіодичних коливань. Найбільш сильні періодичні магнітні коливання одержали назву магнітних бур. Вони зумовлені змінами електричних токів в атмосфері під впливом сонячного вітру.
Магнетизм має велике практичне значення. За допомогою магнітної стрілки визначають напрями сторін горизонту. На встановленні зв'язків магнітних елементів з геологічними структурами базуються магнітометричні методи пошуків корисних копалин. Дослідження палеомагнетизму Землі дозволяє відтворити історію розвитку земної кори. Магнітосфера захищає географічну оболонку Землі від прямого впливу сонячного вітру, від проникнення в нижні шари атмосфери електронів і протонів високих енергій, а отже, змінює вплив космосу на живу природу.
Схожі статті
-
Загальне землезнавство - Олійник Я. Б. - 4.2. 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...
-
Загальне землезнавство - Олійник Я. Б. - 4.1. Форма і розміри планети
4.1. Форма і розміри планети Розуміння того, що Земля - куля, окремі вчені мали ще дві з половиною тисячі років тому. Так, Піфагор (VI ст. до н. е.)...
-
Загальне землезнавство - Олійник Я. Б. - Глава 4. ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО ЗЕМЛЮ
4.1. Форма і розміри планети Розуміння того, що Земля - куля, окремі вчені мали ще дві з половиною тисячі років тому. Так, Піфагор (VI ст. до н. е.)...
-
Загальне землезнавство - Олійник Я. Б. - 3.5. Поняття про географічний простір
Земля - не ізольована в космосі планета. Найбільше вона пов'язана з близько розташованими до неї тілами Сонячної системи - Сонцем і Місяцем. Гравітаційні...
-
Загальне землезнавство - Олійник Я. Б. - 1.3. Епоха Великих географічних відкриттів
У XV ст. вчені вже були переконані, що Земля - це куля, а деякі з них стверджували, що нема на ній такого місця, куди б не могла проникнути людина. На...
-
Загальне землезнавство - Олійник Я. Б. - 1.1. Зародження географії в давньому світі
1.1. Зародження географії в давньому світі Назва "географія" походить від грецьких слів ge - Земля і grapho - писати. Першим використав її в науковій...
-
Загальне землезнавство - Олійник Я. Б. - 1.5. Географія на сучасному етапі
Якісно новий етап у розвитку географії настав у другій половині XX ст. Уже на самому його початку, в 1953 p., альпіністи англійської експедиції здійснили...
-
Загальне землезнавство - Олійник Я. Б. - Глава 1. ІСТОРІЯ ГЕОГРАФІЧНИХ ВІДКРИТТІВ ТА ДОСЛІДЖЕНЬ
1.1. Зародження географії в давньому світі Назва "географія" походить від грецьких слів ge - Земля і grapho - писати. Першим використав її в науковій...
-
Загальне землезнавство - Олійник Я. Б. - 3.3. Характеристика планет Сонячної системи
Сонячна система має складну будову. До її складу входять вісім планет з їх супутниками, десятки тисяч астероїдів, комети, метеоритна речовина і єдина...
-
Загальне землезнавство - Олійник Я. Б. - 1.4. Формування галузей географічної науки
Знання про Землю стали значно поглиблюватися, коли до складу експедицій, які відправлялися в далекі землі, почали включати компетентних учених. Одним з...
-
Загальне землезнавство - Олійник Я. Б. - 2.2. Географічна оболонка Землі
Основним об'єктом вивчення сучасної фізичної географи є географічна оболонка Землі - комплексна природна система, в якій межують, стикаються, проникають...
-
Загальне землезнавство - Олійник Я. Б. - ВСТУП
Загальне землезнавство - одна з фундаментальних навчальних дисциплін у системі географічної освіти. Роль цього важливого географічного предмета невпинно...
-
Загальне землезнавство - Олійник Я. Б. - 2.1. Система географічної науки
2.1. Система географічної науки Географія - наука, що зародилася в сиву давнину. Уже багато століть вона описує природу, населення і господарство різних...
-
Загальне землезнавство - Олійник Я. Б. - Глава 2. ЩО І ЯК ВИВЧАЄ СУЧАСНА ФІЗИЧНА ГЕОГРАФІЯ
2.1. Система географічної науки Географія - наука, що зародилася в сиву давнину. Уже багато століть вона описує природу, населення і господарство різних...
-
Загальне землезнавство - Олійник Я. Б. - 3.1. Гіпотези про походження Землі
3.1. Гіпотези про походження Землі Одна з перших гіпотез про походження нашої планети і зовнішнього вигляду її поверхні була описана у двотомній праці...
-
Загальне землезнавство - Олійник Я. Б. - Глава 3. ЗЕМЛЯ В КОСМІЧНОМУ ПРОСТОРІ
3.1. Гіпотези про походження Землі Одна з перших гіпотез про походження нашої планети і зовнішнього вигляду її поверхні була описана у двотомній праці...
-
Загальне землезнавство - Олійник Я. Б. - 2.4. Завдання сучасної фізичної географії
Протягом багатьох століть географи займалися переважно описом природи нашої планети, її окремих регіонів. Поступово поряд з описом стали з'являтися...
-
Загальне землезнавство - Олійник Я. Б. - 2.3. Методи фізичної географії
Фізична географія використовує у своїх дослідженнях різноманітні методи: експедиційний, стаціонарний, порівняльно-описовий, експериментальний,...
-
Загальне землезнавство - Олійник Я. Б. - 1.2. Стан географії в середні віки
Здавалося б, що успішний розвиток географії в попередні "віки створив добрі передумови для її подальшого утвердження в суспільстві. Проте швидке...
-
Загальне землезнавство - Олійник Я. Б. - 3.4. Малі небесні тіла
На початку XIX ст. між орбітами Марса і Юпітера були виявлені космічні тіла діаметром до кількох десятків кілометрів, їх назвали астероїдами, що в...
-
Загальне землезнавство - Олійник Я. Б. - 3.2. Основні риси будови Всесвіту
Наша Земля є маленькою складовою частиною єдиного матеріального світу, який називається Всесвітом. Всесвіт охоплює весь безмежний космічний простір і...
-
Географія - Олійник Я. Б. - ГЕОГРАФІЧНИЙ ОГЛЯД ЗЕМНОЇ КУЛІ
1. ПЛАН МІСЦЕВОСТІ 1.1. Поняття про план місцевості План - зображення на горизонтальній площині у великому постійному масштабі невеликої частини земної...
-
Географія - Олійник Я. Б. - 1.1. Поняття про план місцевості
1. ПЛАН МІСЦЕВОСТІ 1.1. Поняття про план місцевості План - зображення на горизонтальній площині у великому постійному масштабі невеликої частини земної...
-
Географія - Олійник Я. Б. - 1. ПЛАН МІСЦЕВОСТІ
1. ПЛАН МІСЦЕВОСТІ 1.1. Поняття про план місцевості План - зображення на горизонтальній площині у великому постійному масштабі невеликої частини земної...
-
Географія - Олійник Я. Б. - 2.2. Типи карт
2.1. Поняття про географічну карту. Основні відмінності географічної карти від плану місцевості Географічна карта - зменшене зображення всієї земної...
-
2.1. Поняття про географічну карту. Основні відмінності географічної карти від плану місцевості Географічна карта - зменшене зображення всієї земної...
-
Географія - Олійник Я. Б. - 2. ГЕОГРАФІЧНА КАРТА
2.1. Поняття про географічну карту. Основні відмінності географічної карти від плану місцевості Географічна карта - зменшене зображення всієї земної...
-
Географія - Олійник Я. Б. - 1.3. Способи орієнтування на місцевості. Вміння користуватися компасом
1. ПЛАН МІСЦЕВОСТІ 1.1. Поняття про план місцевості План - зображення на горизонтальній площині у великому постійному масштабі невеликої частини земної...
-
Географія - Олійник Я. Б. - 1.2. Горизонт. Сторони горизонту
1. ПЛАН МІСЦЕВОСТІ 1.1. Поняття про план місцевості План - зображення на горизонтальній площині у великому постійному масштабі невеликої частини земної...
-
Географія - Олійник Я. Б. - 4.3. Типи земної кори
4.1. Внутрішня будова Землі Земля має складну внутрішню будову. Про будову Землі дізнаються переважно на основі сейсмічних даних - за швидкістю хвиль,...
Загальне землезнавство - Олійник Я. Б. - 4.3. Земний магнетизм