Нормальное магнитное поле Земли

Материал из Циклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Attention.pngЭта статья в настоящее время активно дополняется.
Не вносите сюда изменений до тех пор, пока это объявление не будет убрано.
Последняя правка сделана участником Мурад Зиналиев в 1:19, 19 июля 2025 года.

Нормальное магнитное поле Земли

Серия статей Теории растущей Земли
Анимация, иллюстрирующая процесс увеличения размеров Земли














Рис. 1. Модель компаса для геомантии времени династии Хань (206 г. до н. э. — 220 г. н. э.). Источник: Википедия.

История развития представлений об основном магнитном поле Земли[1] длится уже более двух веков, от первых упоминаний магнитных свойств материалов в древнем Китае до нашего времени.[2]

Вместе с развитием методов исследований, изобретением и совершенствованием измерительных приборов, был проделан путь от простой идеи нахождения в центре планеты постоянного магнита[3][2] к попыткам создать приемлемую модель магнитного динамо, сначала во внешнем[4][5][6][7], а затем во внутреннем ядре Земли[8][9][10] и, далее, к гипотезе о существовании источника магнитного поля в центре земного шара неустановленной природы[11].

Развитие взглядов на магнитные свойства планеты[править]

История развития представлений об основном магнитном поле Земли[1] длится уже более двух веков, от первых упоминаний магнитных свойств материалов в древнем Китае до нашего времени.[12] Вместе с развитием методов исследований, изобретением и совершенствованием измерительных приборов, был проделан путь от простой идеи нахождения в центре планеты постоянного магнита[3][12] к попыткам создать приемлемую модель магнитного динамо, сначала во внешнем[13][14][15][12], а затем во внутреннем ядре Земли[8][16][17] и, далее, к гипотезе о существовании источника магнитного поля в центре земного шара неустановленной природы[11].

Рис. 2. Иллюстрация магнитного наклонения из книги Георга Хартмана "The Newe Attractive", 1581 год.

О том, что компасная стрелка всегда занимает определенное положение в пространстве, известно еще с глубокой древности. Более чем, за 1000 лет до нашей эры Древнем Китае был создан первый компас[18]. Свойство притяжения магнита и янтаря были известны в Дрейней Греции. В Средние века компас использовался в Европе и Китае для нужд навигации.[3][2]

Однако, до плавания Колумба из Европы в Америку (1492 г.) особого внимания к исследованию такого явления никто не проявлял, так как ученые того времени полагали, что оно происходит в результате притяжения стрелки Полярной звездой. В Европе и омывающих ее морях компас в то время устанавливался почти по географическому меридиану. При пересечении же Атлантического океана Колумб заметил, что примерно на полпути между Европой и Америкой стрелка компаса отклонилась почти на 12° к западу. Этот факт сразу же породил сомнение в правильности прежней гипотезы о притяжении стрелки Полярной звездой, дал толчок к серьезному изучению вновь открытого явления. С этого момента, собственно говоря, и получила свое начало наука о земном магнетизме, начались повсеместные измерения магнитного склонения D — угла между географическим меридианом и осью магнитной стрелки, т. е. магнитным меридианом.[3][2]

Через 18 лет после этого, в 1510 г., часовых дел мастер Георг Гартман, занимавшийся в Нюрнберге изготовлением компасов, открыл новое явление. Он обнаружил, что магнитная стрелка не только отклоняется от географического меридиана, но, будучи подвешена за центр тяжести, стремится встать под некоторым углом к горизонтальной плоскости, названным магнитным наклонением J. Английский моряк, конструктор компаса и гидрограф Роберт Норман в 1571 году описал различие между магнитными наклонениями в Северном (конец стрелки отклоняется вниз) и в Южном полушариях (конец стрелки отклоняется вверх).[3][2]

Рис. 3. Уильям Гильберт демонстрирует магнит королеве Елизавете I в 1598 году. Картина Эрнеста Борда.

Исследование склонений и наклонений магнитной стрелки позволило придворному врачу английской королевы Елизаветы Уильяму Гильберту выдвинуть в 1600 г. гипотезу о том, что Земля представляет собой магнит, полюсы которого совпадают с географическими полюсами. Другими словами, Гильберт полагал, что поле Земли подобно полю намагниченной сферы. Хотя многие факты, установленные позднее, не совпадали с гипотезой Гильберта, она не теряет своего значения и до сих пор. Основная мысль Гильберта о том, что причину земного магнетизма следует искать внутри Земли.[3][2]

В 1634 году английский астроном Генри Геллибранд установил, что магнитное склонение в Лондоне меняется со временем. Это стало первым зафиксированным свидетельством вековых вариаций — регулярных (от года к году) изменений средних годовых значений компонентов геомагнитного поля.[3][2]

Рис. 4. Инклинатор (на столике) на портрете Джеймса Кларка Росса.

В 1759 году Ломоносов М. В. в Своём труде "Рассуждение о большой точности морского пути" предложил решение ряда вопросов, относящихся к земному магнетизму. В частности Ломоносов рекомендует устройство постоянных пунктов (обсерваторий) на суше и проведение систематических наблюдений в море на кораблях. Эта мысль Ломоносова была осуществлена лишь через 60 с лишним лет.[3][2]

В 1785—1789 гг. французским физиком Шарлем Кулоном был установлен закон, названный его именем, появилась возможность повсеместных наблюдений горизонтальной составляющей, представляющей из себя проекцию вектора напряжённости магнитного поля на горизонтальную плоскость (зная же склонение и наклонение, можно рассчитать и величину полного вектора напряжённости магнитного поля).[3][2]

В 1831 году Майкл Фарадей открывает явление, получившее название индукции - свойство магнитного поля генерировать электрический ток. В 1832-1833 годах Фарадей получил два анонимных письма, автор которых описал устройство магнитоэлектрической машины, а затем динамомашины, которые Фарадей немедленно опубликовал в "Philisophical Magasin".[3][2]

В 1831 году английским полярным исследователем Джоном Россом в Канадском архипелаге был открыт северный магнитный полюс — область, где магнитная стрелка занимает вертикальное положение, то есть наклонение равно 90°. А в 1841 г. Джеймс Росс (племянник Джона Росса) достиг другого магнитного полюса Земли, находящегося в Антарктиде. Начиная с этого года, последующие исследования магнитных полюсов дали информацию о скоростях и направлениях их дрейфа.[3][2]

В 1834 году математик Карл Гаусс подобрал математическое выражение для составляющих напряжённости, как функции координат, — широты и долготы места наблюдения. Пользуясь этим выражением, можно для каждой точки земной поверхности найти значения любой из составляющих, которые носят названия элементов земного магнетизма. Эта и другие работы Гаусса стали фундаментом, на котором построено здание современной науки о земном магнетизме. В частности, в 1839 году он доказал, что основная часть магнитного поля выходит из Земли, а причину небольших, коротких отклонений его значений необходимо искать во внешней среде.[3][2]

Середина, вторая половина XIX века и начало XX века являются временем бурного развития теории электромагнетизма, совершениствования существующих и создания новых инструментов для исследования свойств электрических и магнитных полей, исследования магнитного поля Европейской части России путём проведения магнитоной съемки с последующим созданием магнитной карты, учреждения первой международной геофизической организации "Магнитный союз", создание магнитных обсерваторий в различных уголках земного шара, исследования зависимости магнитных свойств диа-, пара- и ферромагнитных свойств веществ от температуры и др.[3][2]

В 1906 году геофизиком Бернаром Брюнесом при палеомагнитных исследованиях лав Центрального массива во Франции были впервые обнаружены образцы горных пород, содержащих информацию об инверсиях геомагнитного поля. С тех пор такого рода образц были найдены во всех частях света.[3][2]

В 1940-е годы Ханнесом Альфвеном заложены основы магнитной гидродинамики (за что он был удостоен Нобелевкой премии 1970 года) — доказал теорему, согласно которой в идеально проводящей жидкости (т. е. жидкости с коэффициентом электропроводности σ = ∞) магнитные силовые линии «скреплены» с веществом, и при движении жидкости вместе с ней переносятся и силовие линии магнитного поля, не проскльзывая относительно вещества.[19]

Рис. 3. Фотография Ерстед (Ørsted) — датского научного спутника, запущенного в 1999 году для изучения геомагнитного поля Земли. Основными научными задачами космического корабля являются проведение высокоточных и чувствительных измерений геомагнитного поля и осуществление глобального мониторинга среды заряженных частиц высокой энергии.[20]

В 1958 году Ханнес Альфвен открыл новый тип волнового движения проводящей среды в магнитном поле — магнитогидродинамические волны, названные впоследствии альфвеновскими волнами. [21]

Середина и вторая половина XX века ознаменована выходом в свет множества теорий и моделей земного магнетизма, в основе которых была залолжена идея геомагнитного динамо, предложенная в 1919 году Джозефом Лармором (несмотря на то, что эта теория была опровергнута в 1934 году Томасов Джоржем Каулингом): теория геомагнитного поля Я. И. Френкеля (1947 г.), теория земного магнетизма В. Эльзассера и Е. Булларда (1949 г.), модели генерации магнитного поля Земли Б. М. Яновского (1953 г.), Х. Геллмана (1954 г.), Е. Паркера (1955 г.), Т. Каулинга (1959 г.), С. И. Брагинского (1964 г.), М. Штеенбеком, Ф. Карузе и К. Редлером (1966 г.), Т. Рикитаке (1968 г.), Дж. Джекобса (1979 г.), У. Паркинсона (1986 г.) и др.[3][2]

Рис. 4. Художественное изображение космического аппарата германской миссии малых спутников для геонаучных и атмосферных исследований Challenging Minisatellite Payload (сокращенно CHAMP ), запущенного 15 июля 2000 года с космодрома Плесецк с помощью ракеты-носителя «Космос-3М». Благодаря высокоточным, многофункциональным и взаимодополняющим приборам (магнитометр, акселерометр, звездный датчик, GPS-приемник, лазерный ретрорефлектор, ионный дрейфовый измеритель) и орбитальным характеристикам (околополярная орбита, малая высота, большая продолжительность миссии) впервые одновременно и в течение более 10 лет были получены высокоточные гравиметрические и магнитные измерения поля. Регистрировались как пространственные, так и временные изменения обоих полей.[22]

В 1957-1958 годах, в рамках Первого Международного геофизического года был выполнен широкий спект геофизических работ единой направленности.[3][2]

В 1959 году, на основе данных, полученных первыми космическими аппаратами "Луна", группа советских учёных во главе с К. И. Грингаузом впервые экспериментально обнаружила солнечный ветер.[3][2]

В августе 1987 были созданы Исполнительный совет и Операционный комитетгода Международной сети магнитных обсерваторий в реальном времени. Программа INTERMAGNET направлена ​​на создание глобальной сети сотрудничающих цифровых магнитных обсерваторий, использующих современные стандартные спецификации для измерительного и регистрирующего оборудования, чтобы облегчить обмен данными и производство геомагнитных продуктов в режиме, близком к реальному времени.[23]

23 февраля 1999 года с космодрома на авиабазе Ванденберг был запущен с помощью ракеты-носителя Дельта-2 искусственный спутник Земли «Эрстед», произведённый в Дании. Основная задача аппарата — высокоточные измерения параметров магнитного поля Земли.[24][25]

15 июля 2000 года был запущен немецкий научный спутник CHAMP ( CHAllenging Minisatellite Payload ), целью которого является измерение с высокой точностью магнитного поля Земли , гравитационного поля Земли и проведение измерений характеристик атмосферы методом радиозатмения сигналов GPS . Спутник, выведенный на полярную орбиту ( наклонение 87,3°), почти круговую, высотой 454 км российской ракетой-носителем «Космос-3М» , запущенной с космодрома Плесецк. Спутник был уничтожен во время управляемого входа в атмосферу 19 сентября 2010 года.

Рис. 5. Художественное изображение орбитального движения трёх космических аппаратов миссии Swarm, запущенной в 2013 году ЕКА. Первоначально миссия Swarm от ЕКА представляла из себя три идентичных космических аппарата, летящих в строю для получения трехмерных карт изменений магнитного поля Земли: два спутника летают бок о бок на высоте 450 километров (280 миль), а третий — на высоте 530 километров (330 миль). Благодаря канадско-европейскому партнёрству в 2018 году набор инструментов e-POP на спутнике Канадского космического агентства CASSIOPE был официально интегрирован в качестве четвёртого спутника в созвездие Swarm, присоединившись к Alpha, Bravo и Charlie в качестве Echo.[26]

В декабре 2004 года была опубликована Мировая магнитная модель (WMM2005) — крупномасштабное пространственное представление магнитного поля Земли. Она была разработана совместно Национальным геофизическим центром данных США и Британской геологической службой. Данные и обновления выпускаются Национальным агентством геопространственной разведки США и Географическим центром обороны Великобритании каждые 5 лет. Данные, которые поступают в WMM, поступают из многих источников, в первую очередь спутниковых наблюдений и глобальной сети из 120 магнитных обсерваторий.[27]

В январе 2010 года вышло очередное регулярное обновление Мировой магнитная модель (WMM2010).[28]

22 ноября 2013 года с космодром Плесецк на борту ракеты «Рокот/Бриз-КМ» была успешно запущена спутниковая группировка Swarm — миссия Европейского космического агентства (ESA) по изучению магнитного поля Земли . Высокоточные и высокоразрешающие измерения силы, направления и вариаций магнитного поля Земли, дополненные точной навигацией, акселерометром и измерениями электрического поля, предоставят данные для моделирования геомагнитного поля и его взаимодействия с другими физическими аспектами земной системы. Результаты дают представление о внутренней части Земли из космоса, позволяя подробно изучать состав и процессы внутри нее и расширять наши знания об атмосферных процессах и моделях циркуляции океана, которые влияют на климат и погоду.[29]

15 декабря 2014 г. вышло очередное регулярное обновление Мировой магнитная модель (WMM2015). Однако из-за необычайно больших и нерегулярных движений северного магнитного полюса в феврале 2019 г. было выпущено внецикловое обновление (WMM2015v2).[30]

В декабре 2019 г. вышло очередное регулярное обновление Мировой магнитная модель (WMM2020).[31]

В декабре 2024 г. вышло очередное регулярное обновление Мировой магнитная модель (WMM2025).[32]

Развитие взглядов на земное ядро[править]

Параллельно расширению знаний в отношении свойств магнитного поля на поверхности планеты, возникли представления, вначале, о существовании земного ядра, а затем, о том что в нём генерируется магнитное поле планеты.

Небулярная гипотеза, объясняющая факт физико-химической дифференциации земных недр, является наиболее широко принятой эвристической моделью[33] в области космогонии для объяснения образования и эволюции Солнечной системы и других планетных систем. Теория была разработана Иммануилом Кантом и опубликована в его «Всеобщей естественной истории и теории неба» (1755), а затем изменена в 1796 году Пьером Лапласом.[34] По сути дела идея творения Земли в готовом виде была ими трансформирована в механический относительно быстрый процесс ее самообразования из газа и пыли, вращающихся вокруг Солнца, которые слиплись вместе, образовав планеты[35]. Творец был отстранен от работы по созданию Земли, но идеалистическая идея образования сложнейшей природной системы в готовом виде осталась и продолжает функционировать в естествознании[35].

Генри Кавендишем в 1798 году на основе его экспериментов по измерению плотности Земли, установил, что внутренняя часть Земли должна состоять из материалов, значительно более плотных, чем те, что находятся на поверхности. Однако он не предполагал явно наличие железного ядра.[36].

Идея Кавендиша получила дальнейшее развитие в XIX веке. Уильям Томсон (лорд Кельвин) внёс понимание в вопрос о внутренней структуре Земли и теплового потока от её центра к земной поверхности В статье «О вековом охлаждении Земли» (1862 г.) Кельвин обратился к истории охлаждения Земли и утверждал, что внутренняя часть Земли является твердой, основываясь на принципах теплопроводности. Хотя эта работа напрямую не предполагает железного ядра, она внесла вклад в дискуссии о внутреннем составе Земли, проложив путь для более поздних теорий.[37]

Гипотеза железного ядра, как мы понимаем ее сегодня, была более точно сформулирована позднее Эмилем Вихертом в 1896 году в статье «О распределении масс внутри Земли». В этой работе Вихерт предложил слоистую структуру Земли, предположив, что она состоит из плотного, богатого железом ядра, окруженного силикатной мантией. Он использовал геофизические данные, включая плотность Земли и поведение сейсмических волн, для подтверждения этой гипотезы. Модель Вихерта стала важной вехой в понимании внутреннего строения Земли и заложила основу для современной геофизики.[38] В этой работе Вихерт предложил слоистую структуру Земли, предположив, что она состоит из плотного, богатого железом ядра, окруженного силикатной мантией. Он использовал геофизические данные, включая плотность Земли и поведение сейсмических волн, для подтверждения этой гипотезы. Модель Вихерта стала важной вехой в понимании внутреннего строения Земли и заложила основу для современной геофизики.

Менее чем через десятилетие английский сейсмолог Ричард Диксон Олдхэм, открыл ядро ​​Земли [39]. В 1906 году, исследуя скорость сейсмических волн в зависимости от их глубины в Земле, Олдхэм обнаружил, что скорость сейсмических волн увеличивается с большей глубиной проникновения в Землю, но только до определенной глубины. Ниже этой глубины сейсмические волны внезапно распространяются намного медленнее, что указывает на совершенно иной материал. Ричард Олдхэм обнаружил, что у Земли на самом деле есть ядро, как и предполагал Эмиль Вихерт.

Опираясь на эти данные, Джозеф Лармор предложил в 1919 году концепцию геодинамо — первое динамическое решение проблемы формирования нормального магнитного поля Земли, в соответствии с которой поддержание магнитного поля небесного тела происходит под действием гидродинамического движения электропроводящей среды — циркуляции жидкого металла на границе ядра и мантии, вызванные вращением ядра[40], задав таким образом научный тренд по поиску решения проблемы формирования нормального магнитного поля планеты путём моделирования процессов в ядре планеты.

Однако в 1934 году Томас Каулинг доказал теорему о невозможности реализации самоподдерживающегося механизма генерации осесимметричного магнитного поля посредством гидродинамического динамо-механизма Лармора — такая система не обеспечивает собственной устойчивости (затухает).[41]

диаметр области, занимаемой источником энергии-вещества в центре земного эллипсоида не превышает диаметры поперечного сечения потоков векторов магнитной индукции в географических координатах Южного и Северного магнитных полюсов.

Очевидными недостатками гипотезы Лармора также являются:

  • полное несоответствие геометрии потока векторов магнитной индукции, генерируемым земным ядром (широкий конус, поперечное сечение которого на поверхности планеты немногим меньше её диаметра), геометрии потоков векторов магнитной индукции Южного и Северного магнитных полюсов (географические точки на поверхности земного шара), открытых более чем сто лет до гипотезы Лармора,
  • несостоятельность идеи вращения внутреннего твёрдого ядра относительно внешней жидкой её части — для инициирования этого процесса необходима таинственная точка опоры, к которой могла бы быть приложена ещё более загадочная грандиозная сила, которая прокручивает внутреннюю твёрдую часть ядра относительно жидкой внешней его части, преодолева невообразимо громадную силу трения.[11]

В 1936 году Инге Леманн показала, что жидкое ядро ​​должно содержать твердое зародышевое ядро , чтобы объяснить появление определенных фаз на сейсмограммах . Её работа позволила определить общий размер ядра, а также границы между внешним жидким ядром и твердым внутренним ядром [42] — слой, впоследствии названный разрывом Лемана .

В 2015 году стало известно, что в жидкой части ядра есть третий слой. Анализ сейсмических волн позволил группе геологов под руководством профессора Сяодуна Суна (Xiaodong Song) из университета Иллинойса сделать вывод, что ядро у Земли не двухслойное, а трёхслойное[43][44].

Новое исследование, изначально опубликованное в «Physics of the Earth and Planetary Interiors», предполагает, что состояние внутреннего ядра нашей планеты варьируется от твердого до полумягкого и даже жидкого.

Состав и характеристики нормального магнитного поля Земли[править]

Инверсии магнитного поля Земли[править]

Смещение магнитных полюсов Земли[править]

Современные гипотезы и теории[править]

Жидкая внешняя часть ядра Земли, как источник нормального магнитного поля планеты[править]

Рис. 6. Схема внутреннеого строения Земли

Доминирующее представление о магнитном поле Земли основано на эмпирических данных, свидетельствующих о том, что более чем на 90 % оно состоит из поля, источник которого находится глубоко в недрах планеты, и эта часть магнитного поля планеты называется главным, основным или нормальным магнитным полем. В то же время, теория геомагнетизма содержит в своей основе идею циркуляции материи в жидком внешнем ядре, как генераторе потока векторов магнитной индукции магнитного поля земного шара. [45][46][47][48][49].

Очевидность бесперспективности разработки теорий нормального магнитного поля[1] во внешней жидкой части ядра планеты (см. рис. 4) заключается в том, что генерируемый таким образом поток векторов магнитной индукции Южного и Северного магнитных полюсов соизмеримо с диаметром Земли и не соответствует географическими точками Северного и Южного магнитных полюсов[50][51] (см. рис. 5, 6), которые были открыти ещё в 1831 г. и в 1841 г. английскими полярными исследователями Джоном и Джеймсом Росс.[11]

Решающим фактором несостоятельности современной теории геомагнетизма, основанной на концепции генерации нормального магнитного поля во внешней жидкой части земного ядра, является её неспособность дать удовлетворительное объяснение механизма формирования практически всех свойств нормального магнитного поля планеты.[11]

Рис. 7. Схематическое изображение геометрии потока векторов магнитной индукции, сгенерированного внешней жидкой частью земного ядра.
Рис. 8. Схематическое изображение геометрии потока векторов магнитной индукции нормального магнитного поля Земли[1]. Источник: ЕКА
Рис. 9. Карта реальной геометрии силовых линий нормального магнитного поля Земли[1] (2019 год).

Численное моделирование нормального магнитного поля Земли[править]

Ввод в эксплуатацию, во второй половины прошлого века, сверхмощных компьютеров позволил приступить к численному моделированию нормального магнитного поля Земли[1].

Численное моделирование основано на решении дифференциальных уравнений в частных производных. Ввиду сложности их решения математическими методами, применяют численные методы. Задача численного моделирования — выяснить, описывает ли решение наблюдаемую динамику геомагнитного поля[52]. Получаемое в результате решения магнитное поле должно быть способно возбуждать токи, порождающие магнитное поле, магнитное поле должно порождать электрические токи и т. д. Сложность состоит в недостаточности информации о внутреннем ядре, в частности, об источниках тепла, вызывающих конвекцию[53]. Большие трудности вызывает описание мелкомасштабных структур и расчёт характеристик для них, как например, Слой Экмана толщиной 10 см (пусть даже 10 м) на поверхности ядра радиусом 3500 км[52]. Исключительная малость безразмерных параметров Ek [54] и Prm[55] и, наоборот, большое значение Rem[56] до сих пор являются недостижимыми при численном моделировании[57].

Так, называемый, прорыв в этом отношении был достигнут в 1995 году в работах групп из Японии[58] и Соединённых Штатов[59][60]. Начиная с этого момента, результаты ряда работ численного моделирования, по мнению специалистов, удовлетворительно воспроизводило качественные характеристики геомагнитного поля в динамике, в том числе инверсии[61][62]. Эталонной моделью считались совокупные результаты работы шести научных групп в конце 90-х годах[63], где ключевые безразмерные параметры полагались равными Ra = 105[64], Ek = 10−3[65], Pr = 1[66], Prm = 5[67] — параметры численного моделирования, которые могли бы запустить процесс конвекции, но очень далёкие от реальных значений физических параметров вещества во внешней жидкой части земного ядра. В рамках этих искусственно подобранных параметров существовало стабильное решение, и они широко использовались для оценки точности методов численного моделирования[68].

Ниже представлены наиболее известные численные модели нормального магнитного поля планеты.

Гипотеза Уолтера Эльзассера обратного механизма[править]

Уолтер М. Эльзассер, считающийся «отцом» когда-то популярной теории динамо, в качестве объяснения магнетизма Земли, предположил, что нормальное магнитное поле[1] возникает в результате электрических токов, индуцированных самоподдерживающемся динамо во внешнем жидком ядре Земли. Его динамо приводилось в действие конвекцией в жидком внешнем ядре при помощи механизма обратной связи между потоками, имеющими две разные геометрии, тороидальную и полоидальную.[69]

Эта гипотеза считалась революционной, поскольку отпадала необходимость поддерживать вращение внутреннего твёрдого ядра за счёт энергии геодинамо.

Рис. 10. Диаграмма с изображением полоидального (θ) направления (обозначенное красной стрелкой) и тороидальное (ζ или же φ) направление (обозначенное синей стрелкой).

Чтобы удерживать магнитное поле от омического (электрического сопротивления) затухания, которое произойдёт практически мгновенно в геологическом масштабе времени для дипольного поля (примерно через 20 000 лет), внешнее ядро ​​должно быть конвективным. Конвекция, в этом случае, представляет из себя сочетание тепловой (только за счёт тепла) и композиционной (за счёт тепла, кориолисовой силы и др.) циркуляции. Мантия контролирует скорость, с которой тепло исходит из ядра.[69]

Источники тепла включают гравитационную энергию, выделяемую при сжатии ядра, гравитационную энергию, выделяемую отторжением лёгких элементов (вероятно, серы, кислорода или кремния) на внутренней границе ядра по мере его роста, скрытую теплоту кристаллизации на внутренней границе ядра, и радиоактивность калия, урана и тория.[69]

Недостатками этой модели являются искусственно подобранные параметры численного моделирования, которые могли бы запустить процесс конвекции, но абсолютно не соответствующим реальным значениям физических параметров вещества во внешней жидкой части земного ядра[69], а также несоответсвие геометрии потока векторов магнитной индукции (шрокий конус), генерируемого этим торроидом, свойствам нормального магнитного поля планеты[11] (географическим координатам магнитных, географических полюсов и мировых магнитных аномалий, биполярности Южных и Северных магнитных полюсов, геомагнитным вековым вариациям и др.)

Динамо-механизм конвекционных ячеек[править]

Рис. 11. Схематическое изображение магнитного динамо-механизма конвекционных ячеек во внешней жидкой части земного ядра

Одной из упомянутых выше моделей является динамо-механизм при помощи конвекционных потоков (рис. 7) расплавленного металла во внешнем жидком ядре. Предполагается, что циркулирующие по замкнутому контуру токи генерируют магнитное поле. Из-за вращения твёрдого ядра согласно теореме Тейлора-Праудмена скорость потоков постоянна вдоль вертикальной оси образующихся таким образом столбов Тейлора, заключённых внутри цилиндров, ограниченных твёрдым внутренним ядром и мантией, и закрученным подобно циклонам и антициклонам в атмосфере Земли. Первичные (по/против часовой стрелки) и вторичные (вертикальные сходящиеся/расходящиеся на экваторе) потоки вытягивают и поворачивают линии магнитного поля, превращая азимутальную компоненту в меридиональную и затем обратно.[70][52][71][53]

На рисунке 8 допущена ошибка: вектора магнитной индукции, генерируемые конвекционными потоками (завихрения) расплавленного металла, размещённые в нижней части изображения земного ядра, должны быть направлены по правилу буравчика вверх — в противоположном направлении относительно магнитных силовых линий, которые генерируются конвекционными потоками (завихрениями) в верхней части изображения ядра.

Нежизнеспособность этой модели заключается в искусственно подобранных параметрах численного моделирования, которые могли бы запустить процесс конвекции, но абсолютно не соответствующим реальным значениям физических параметров вещества во внешней жидкой части земного ядра[69], а также в несоответсвии геометрии потока векторов магнитной индукции (ансабль парных осесимметричных конусов, а значит, магнитных полюсов, в количестве, соответствующем количеству конвекционных ячеек) свойствам нормального магнитного поля планеты[11] (географическим координатам магнитных, географических полюсов и мировых магнитных аномалий, биполярности Южных и Северных магнитных полюсов, геомагнитным вековым вариациям и др.)

Самоподдерживающееся сверхкритическое динамо[править]

Рис. 12. Трехмерная, самосогласованная численная модель геодинамо, которая поддерживает нормальное магнитное поле более 40 000 лет. Модель, которая включает в себя конечно проводящее внутреннее ядро, претерпевает несколько смен полярности, а затем, ближе к концу моделирования, успешно проходит фазу изменения дипольного момента нормального магнитного поля. Изображение предоставлено: G. Glatzmaier и П. Х. Робертс.

В 1995 году Г. А. Глатцмайер и П. Х. Робертс предложили решение, которое служит грубым аналогом геодинамо и представляет из себя самоподдерживающееся сверхкритическое динамо: первое трёхмерное (3D), зависящее от времени, самосогласованное численное решение магнитогидродинамических (МГД) уравнений, которые описывают тепловую конвекцию и генерацию магнитного поля в быстро вращающейся сферической жидкой оболочке с твёрдым проводящим внутренним ядром.[59]

На рисунке 9, слева — нормальное дипольное магнитное поле, типичное для долгих лет между сменами полярности, справа — сложное магнитное поле Земли во время переворота в обратном направлении. Эта модель поддерживает магнитное поле в течение трёх периодов магнитной диффузии, примерно 40 000 лет. Скорость жидкости во внешнем ядре достигает максимум 0,4 см/с, а иногда магнитное поле может достигать 560 Гс.[46] Магнитная энергия обычно примерно в 4000 раз превышает кинетическую энергию конвекции, которая её поддерживает. Вязкая и магнитная связь как с внутренним ядром внизу, так и с верхней мантией вызывает зависящие от времени изменения в их соответствующих скоростях вращения.[59]

Внутреннее ядро ​​обычно вращается быстрее мантии, и декадные вариации аналогичны тем, которые наблюдаются для Земли. Картина и амплитуда радиального магнитного поля на границе ядро-мантия (ЯМГ) и его вековая вариация также аналогичны наблюдаемым на поверхности планеты.[59]

Абсурдность этой модели заключается в искусственно подобранных параметрах численного моделирования, которые могли бы запустить процесс конвекции, но абсолютно не соответствующим реальным значениям физических параметров вещества во внешней жидкой части земного ядра[69], а также в несоответсвии геометрии потока векторов магнитной индукции (шрокий конус), генерируемого конвекционными ячейками, свойствам нормального магнитного поля планеты[11] (географическим координатам магнитных, географических полюсов и мировых магнитных аномалий, биполярности Южных и Северных магнитных полюсов, геомагнитным вековым вариациям и др.) Критически неосуществимым параметром этой модели является фантазия вращения внутреннего твёрдого ядра относительно внешней жидкой её части — для реализации этого процесса необходима таинственная точка опоры, к которой могла бы быть приложена ещё более загадочная грандиозная сила, которая прокручивает внутреннюю твёрдую часть ядра относительно внешнеё его части, преодолева невообразимо громадную силу трения.

Моделирование магнитных рывков[править]

Рис. 13. На представленном рисунке изображён процесс генерации геомагнитных рывков в жидкой части ядра Земли, полученный при помощи численного моделирования.

В геофизике геомагнитный рывок или вековой геомагнитный вариационный импульс — это относительно внезапное изменение второй производной магнитного поля Земли по времени.[72]

Космическая миссия ЕКА Swarm запущена 22 ноября 2013 г. Представляет из себя группировку из трёх спутников для сбора данных в отношении основного магнитного поля Земли[1], целью которого является изучение геомагнитных рывков.[73]

По мнению команды исследователей геомагнитные рывки являются следствием гидромагнитных волн, излучаемых внутри ядра. Когда расплавленное вещество поднимается вверх, чтобы достичь внешней поверхности ядра Земли, оно производит мощные волны вдоль силовых линий магнитного поля вблизи ядра. Это приводит к резким изменениям потока жидкости под магнитным полем. [74]

Рывки возникают из поднимающихся сгустков металла, которые образуются на поверхности внутреннего твёрдого ядра за 25 лет до того, как произойдёт соответствующий толчок.Текст сноски, который многократно используется.[74]

Линии Нормального магнитного поля[1] (оранжевые) растягиваются, скручиваются и складываются турбулентной конвекцией, приводящей к сдвигу электропроводящей жидкости (красные и синие линии). Гидромагнитные волны запускаются, когда сдвиг смещается относительно силовых линий, и распространяются вдоль этих линий к поверхности ядра, где они могут фокусироваться и вызывать геомагнитные рывки. [75]

Нереализуемость предложенного сюжета процесса генерации геомагнитных рывков заключается в искусственно подобранных параметрах численного моделирования, которые могли бы обеспечить ход процесса распространения гидромагнитных волн, но абсолютно не соответствующим реальным значениям физических параметров вещества во внешней жидкой части земного ядра[69]. Кроме того, гипотетические гидромагнитные волны должны нарушать процесс гипотетической меридианной (гипотеза Уолтера Эльзассера обратного механизма), ячеечной (динамо-механизм конвекционных ячеек), тепловой (самоподдерживающееся сверхкритическое динамо) конвекции, гипотетически формирующих поток векторов магнитной индукции магнитных полюсов и мировых магнитных аномалий, а также иметь центрально симметричный отклик (дипольный характер магнитного поля) на противоположной стороне земного шара, что не соответствует монополюсному локальному характеру геомагнитных рывков.

Теоретическое доказательство несостоятельности процесса геодинамо во внейшней жидкой части её ядра[править]

Общепринятая теория магнитного поля нашей планеты на основе гипотезы генерации нормального магнитного поля планеты во внешнем слое земного ядра была опровергнута теоретически в 2012 году британским профессором Дарио Альфе и его командой, которым впервые удалось подсчитать теплопроводность Земли с использованием теории функционала плотности (ТФП). Их результаты показали, что тепловая конвекция, существующая во внешнем слое ядра Земли, не может служить источником её магнитных полей.[76] Авторам ТФП в 1998 году была присуждена Нобелевская премия.

В 2015 группа другая международная коллаборация, куда входила лаборатории НИТУ «МИСиС» «Моделирование и разработка новых материалов» под руководством Игоря Абрикосова, провела независимую проверку результатов этого исследования с использованием более точного (по сравнению с ТФП) метода исследования на основе теории динамического среднего поля (ТДСП) и окончательно подтвердила безосновательность идеи генерации нормального магнитного поля Земли во внейшней жидкой части её ядра.[8][77][78] Однако авторы этой революционной работы не смогли предоставить приемлемую альтернативу старой теории[79], вследствии чего международное научное сообщество проигнорировало результаты этого научного открытия.

Гипотеза источника нормального магнитного поля планеты в центре земного эллипсоида[править]

Новые исследования привели к гипотезе о существовании во внутренней твёрдой части железного ядра особого состояния вещества — Ферми-жидкости Ландау, которая генерирует нормальное магнитное поле нашей планеты.[80]

Существенными недостатками этой гипотезы являются следующие её параметры:

  1. для источника магнитного поля размером с твёрдую часть ядра Земли, площадь поперечного сечения потоков векторов магнитной индукции на повехности планеты будет охватывать площадь немногим меньше площади поперечного сечения планеты в Южном и Северном полушарии, в то время как Южный и Северный полюс представляют из себя географические точки на поверхности земного шара[50][51]
  2. время работы такого магнитного динамо ограничено сроком в 1 млрд лет, в то время, как геологические данные указывают на существование нормального магнитного поля Земли[1], примерно, 4,2 млрд лет назад;
  3. нет никаких объяснений в отношении механизма формирования Ферми-жидкости Ландау 1 млрд лет назад.[11]

Дальнейшие шаги в формировании новых представлений об источнике основного магнитного поля были проделаны сторонниками теории растущей Земли, которые считают что наша планета в ходе своего геологического развития претерпела увеличение своего диаметра и массы. Ими были выдвинуты следующеие гипотезы:

  1. Вселенная является открытой физической системой[81], в которую извне проникает энергия,
  2. все небесные тела, обладающие внутренней активностью содержат в своих недрах неизвестный современной науке кварк-глюонный[82] источник энергии,
  3. кварк-глюонное вещество формирует в центре этих небесных тел Ферми-жидкость Ландау[83], которая ответственна за всё многообразие наблюдаемых на поверхности планеты магнитных эффектов,
  4. в процессе охлаждения кварк-глюонного вещества происходит синтез барионной материи, вплоть до ядер химических элементов,
  5. диаметр области, занимаемой источником энергии-вещества в центре земного эллипсоида не превышает диаметры поперечного сечения потоков векторов магнитной индукции в географических координатах Южного и Северного магнитных полюсов.[11]

По мнению сторонников теории растущей Земли, идея нахождения в центре планеты неизвестного источника энергии-вещества поддаётся экспериментальной проверке, путём исследования природы такого рода источника в кометах со слабой кометной активностью, орбита которых проходит вблизи земной орбиты.[11]

См. также[править]

Примечания[править]

  1. ↑ 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 Главным, основным или нормальным магнитным полем называется так часть магнитного поля планеты, которая генерируется глубоко в недрах Земли, и в количественном соотношении составляет, по разным оценкам, 90-95% от от величины индукции, наблюдаемую на поверхности земного шара
  2. ↑ 2,00 2,01 2,02 2,03 2,04 2,05 2,06 2,07 2,08 2,09 2,10 2,11 2,12 2,13 2,14 2,15 2,16 Викулин. А. В. VII. Геомагнитное поле и электромагнетизм Земли // Введение в физику Земли. — Камчатский государственный педагогический университет, 2004. — 240 с. — ISBN 5-7968-0166-X.
  3. ↑ 3,00 3,01 3,02 3,03 3,04 3,05 3,06 3,07 3,08 3,09 3,10 3,11 3,12 3,13 3,14 3,15 3,16 Яновский Б. М. Земной магнетизм. — Ленинград: Ленинградский университет, 1978. — С. 9-19
  4. ↑ Эдвард Кононович. Магнитное поле Земли. http://www.krugosvet.ru/. Энциклопедия Кругосвет: Универсальная научно-популярная онлайн-энциклопедия. Дата обращения: 26 апреля 2017. Архивировано 21 марта 2009 года.
  5. ↑ Geomagnetism Frequently Asked Questions (англ.). https://www.ngdc.noaa.gov/ngdc.html. National Centers for Environmental Information (NCEI). Дата обращения: 23 апреля 2017. Архивировано 2 апреля 2019 года.
  6. ↑ А. И. Дьяченко. Магнитные полюса Земли. — Москва: Издательство Московского центра непрерывного математического образования, 2003. — 48 с. — ISBN 5-94057-080-1.
  7. ↑ А. В. Викулин. VII. Геомагнитное поле и электромагнетизм Земли // Введение в физику Земли. Учебное пособие для геофизических специальностей вузов. — Издательство Камчатского государственного педагогического университета, 2004. — 240 с. — ISBN 5-7968-0166-X.
  8. ↑ 8,0 8,1 8,2 Юшков К. Ученые НИТУ «МИСиС» доказали несостоятельность классической теории строения Земли // Блог компании Университета МИСИС. 2016.
  9. ↑ Zhang P., Cohen R., Haule K. Effects of electron correlations on transport properties of iron at Earth’s core conditions // Nature. — 2015. — № 517. — С. 605–607. https://doi.org/10.1038/nature14090
  10. ↑ Zhang, P., Cohen, R. & Haule, K. Retraction Note: Effects of electron correlations on transport properties of iron at Earth’s core conditions // Nature. — 2016. — № 536. — С. 112 . https://doi.org/10.1038/nature17648
  11. ↑ 11,00 11,01 11,02 11,03 11,04 11,05 11,06 11,07 11,08 11,09 11,10 Зиналиев М. Теория растущей Земли. К решению проблемы источника энергии и вещества // Уральский геологический журнал. — 2025. — № 1 (163). — С. 3—63
  12. ↑ 12,0 12,1 12,2 Викулин А. В. 7. Геомагнитное поле и электромагнетизм Земли // Физика Земли и геодинамика. Учебное пособие для геофизических специальностей вузов. — КамГУ им. Витуса Беринга, 2008. — 463 с. — ISBN 5-7968-0358-1 (978-5-7968-0358-5)
  13. ↑ Эдвард Кононович. Магнитное поле Земли. http://www.krugosvet.ru/. Энциклопедия Кругосвет: Универсальная научно-популярная онлайн-энциклопедия. Дата обращения: 26 апреля 2017. Архивировано 21 марта 2009 года.
  14. ↑ Geomagnetism Frequently Asked Questions (англ.). https://www.ngdc.noaa.gov/ngdc.html. National Centers for Environmental Information (NCEI). Дата обращения: 23 апреля 2017. Архивировано 2 апреля 2019 года.
  15. ↑ А. И. Дьяченко. Магнитные полюса Земли. — Москва: Издательство Московского центра непрерывного математического образования, 2003. — 48 с. — ISBN 5-94057-080-1.
  16. ↑ Zhang P., Cohen R., Haule K. Effects of electron correlations on transport properties of iron at Earth’s core conditions // Nature. — 2015. — № 517. — С. 605–607. https://doi.org/10.1038/nature14090
  17. ↑ Zhang, P., Cohen, R. & Haule, K. Retraction Note: Effects of electron correlations on transport properties of iron at Earth’s core conditions // Nature. — 2016. — № 536. — С. 112 . https://doi.org/10.1038/nature17648
  18. ↑ Хмелевской В. К. Геофизика // Москва: КДУ, 2007. — С. 42
  19. ↑ Жарков В. Н. Внутреннее строение Земли и планет // Москва: Наука, 1983. — С. 112.
  20. ↑ Ørsted-satellitten fylder 25 år // Foredrag. DTU
  21. ↑ Храмов Ю. А. Физики. Биографический справочник. — Москва: Наука, 1983. — С. 12-13.
  22. ↑ CHAMP - CHAllenging Minisatellite Payload // GFZ
  23. ↑ History of INTERMAGNET // International Real-time Magnetic Observatory Network
  24. ↑ Technical details for satellite ORSTED // N2YO.com - Real Time Satellite Tracking and Predictions. Архивировано 26 января 2021 года.
  25. ↑ Oersted - eoPortal Directory - Satellite Missions // directory.eoportal.org. Архивировано 27 апреля 2015 года.
  26. ↑ Swarm vs. space radiation – the first 10 years // Space Engineering & Technology. ESA
  27. ↑ McLean S. et al. The US/UK World Magnetic Model for 2005-2010 // NOAA Technical Report NESDIS/NGDC-1. — 2004.
  28. ↑ World Magnetic Model 2010 // NCEI
  29. ↑ SWARM // ESA. eoPortal.
  30. ↑ Korte M., Mandea M. Geomagnetism: From Alexander von Humboldt to Current Challenges // Geochemistry, Geophysics, Geosystems at the AGU. — 2019. — P. 3801-3820. — doi: https://doi.org/10.1029/2019GC008324
  31. ↑ World Magnetic Model 2020 Released // NCEI
  32. ↑ World Magnetic Model 2025 // NCEI
  33. ↑ Эвристическая модель — это образ, рисуемый в воображении человека. Его описание ведётся словами естественного языка и, обычно, неоднозначно и субъективно. Такие модели неформализуемы, то есть не описываются формально-логическими и математическими выражениями, хотя и рождаются на основе представления реальных процессов и явлений.
  34. ↑ Woolfson M. M. Solar System – its origin and evolution // Q. J. R. Astron. Soc. — 1993. — № 34. — P. 1–20.
  35. ↑ 35,0 35,1 Блинов В. Ф. Растущая Земля: из планет в звёзды // Москва.: Елиториал УРСС, 2003. — 272 с.
  36. ↑ Henry Cavendish XXI. Experiments to determine the density of the earth // Royal Society, 1798. — V. 88. — P. 469-526. — DOI:10.1098/rstl.1798.0022
  37. ↑ Томсон У. (лорд Кельвин), Трактат по натуральной философии. Ч.2 / Под редакцией Тэт П. Г. - М.: Ижевск, 2011. - 543 с.]]
  38. ↑ Wiechert E. Uber die Massenverteilung im Inneren der Erde // Nachr. K. Ges. Wiss. — Goettingen: Math-K.L.,‎ 1897. — P. 221-243.
  39. ↑ Oldham R. D. The constitution of the interior of the Earth as revealed by Earthquakes // G. T. Geological Society of London‎, 1906. — V. 62. — P. 459-486.
  40. ↑ Larmor J. How could a rotating body such as the Sun become a magnet // Reports of the British Association. — 1919. — T. 87. — P. 159-160
  41. ↑ Cowling T. G. The Magnetic Field of Sunspots // Oxford University Press. — 1933. — Vol. 94. — P. 39-48. — doi: https://doi.org/10.1093/mnras/94.1.39
  42. ↑ Lehmann I. Travaux Scientifiques // Publications du Bureau Central Séismologique International, 1936. — V. 14,‎ — P. 87-115.
  43. ↑ Ядро Земли оказалось трёхслойной "матрёшкой", выяснили геологи // РИА Новости, Наука, 2015.
  44. ↑ Tao Wang, Xiaodong Song, Han H. Xia. Equatorial anisotropy in the inner part of Earth’s inner core from autocorrelation of earthquake coda // Nature Geoscience, 2015. — Doi:10.1038/ngeo2354
  45. ↑ Эдвард Кононович. Магнитное поле Земли. http://www.krugosvet.ru/. Энциклопедия Кругосвет: Универсальная научно-популярная онлайн-энциклопедия. Дата обращения: 26 апреля 2017. Архивировано 21 марта 2009 года.
  46. ↑ Geomagnetism Frequently Asked Questions (англ.). https://www.ngdc.noaa.gov/ngdc.html. National Centers for Environmental Information (NCEI). Дата обращения: 23 апреля 2017. Архивировано 2 апреля 2019 года.
  47. ↑ А. И. Дьяченко. Магнитные полюса Земли. — Москва: Издательство Московского центра непрерывного математического образования, 2003. — 48 с. — ISBN 5-94057-080-1.
  48. ↑ А. В. Викулин. VII. Геомагнитное поле и электромагнетизм Земли // Введение в физику Земли. Учебное пособие для геофизических специальностей вузов. — Издательство Камчатского государственного педагогического университета, 2004. — 240 с. — ISBN 5-7968-0166-X.
  49. ↑ Бакулин П. И., Кононович Э. В., Мороз В. И. § 131. Магнитное поле Земли, полярные сияния и радиационные пояса. Связь солнечных и земных явлений // Курс общей астрономии — Москва: Наука,1977. — C. 320—326.
  50. ↑ 50,0 50,1 Яновский Б. М. Земной магнетизм. — Ленинград: ЛГУ, 1978. — С. 591.
  51. ↑ 51,0 51,1 Медведев Н. Д. К вопросу современного положения магнитной оси Земли // Бюллетень Советской Антарктической экспедиции». — 1972. — № 84, — с. 89.
  52. ↑ 52,0 52,1 52,2 Kono M., Roberts P. H. Recent geodynamo simulations and observations of the geomagnetic field // Reviews of Geophysics. — 2002. — V. 40, I. 4. — P. 4—1 — 4—53. — doi:https://doi.org/10.1029/2000RG000102
  53. ↑ 53,0 53,1 Stern D. P. The Self-Sustaining Dynamo in the Earth's Core: Origin of The Earth's Magnetism // Educational Web Sites on Astronomy, Physics, Spaceflight and the Earth's Magnetism. Архивировано 17 апреля 2015 года.
  54. ↑ Число Экмана (Ek) — критерий подобия в гидродинамике, равный отношению внутреннего трения в жидкости к силе Кориолиса. Число Экмана можно выразить как отношение числа Россби к числу Рейнольдса Ek = Ro / Re.
  55. ↑ Магнитное число Прандтля (Prm) — критерий подобия в магнитной гидродинамике, выражающий отношение сил внутреннего трения к магнитной силе.
  56. ↑ Магнитное число Рейнольдса (Rem) — критерий подобия в магнитной гидродинамике, характеризующий взаимодействие проводящих движущихся жидкостей и газов (плазмы) с магнитным полем, определяет порог самогенерации магнитного поля. К моделям геомагнетизма применяется Rem малой проводимости — низкотемпературная плазма;
  57. ↑ Chris A. Jones. Planetary Magnetic Fieldsand Fluid Dynamos (англ.) // Annual Review of Fluid Mechanics[англ.]. — Annual Reviews, 2011. — Vol. 43. — P. 583—614. Архивировано 15 августа 2017 года.
  58. ↑ Kageyama A., Sato T. the Complexity Simulation Group. Computer simulation of a magnetohydrodynamic dynamo, II // Physics of Plasmas. — 1995. — V. 2, I. 5. — P. 1421—1431. — doi:https://doi.org/10.1063/1.871485
  59. ↑ 59,0 59,1 59,2 59,3 Glatzmaiers G. A., Roberts P. H. A three-dimensional self-consistent computer simulation of a geomagnetic field reversal // Nature. — 1995. — V. 377, I. 6546. — P. 203—209. — doi: https://doi.org/10.1038/377203a0
  60. ↑ Stephens T. Computer simulations reveal workings of the dynamo behind earth's magnetic field // University of California Santa Cruz Press Releases. — 2000.
  61. ↑ Weiss N. Dynamos in planets, stars and galaxies // A&G. — 2002. — V. 43, I. 3. — P. 3.9—3.14. — doi: https://doi.org/10.1046/j.1468-4004.2002.43309.x
  62. ↑ Driscoll P. E. Simulating 2 Ga of geodynamo history // Geophys. Res. Lett. — 2016. — V. 43, I. 11. — P. 5680—5687. — doi: https://doi.org/10.1002/2016GL068858
  63. ↑ Christensen U. R. et.al. A numerical dynamo benchmark // Physics of the Earth and Planetary Interiors. — 2001. — V. 128, I. 1—4. — P. 25—34. — doi: https://doi.org/10.1016/S0031-9201(01)00275-8
  64. ↑ Число Рэлея (Ra) — безразмерное число, определяющее поведение жидкости под воздействием градиента температуры. Если число Рэлея больше некоторого критического значения, равновесие жидкости становится неустойчивым и возникают конвективные потоки. Критическое значение числа Рэлея является точкой бифуркации (вилочная бифуркация) для динамики жидкости.
  65. ↑ Число Экмана (Ek) — критерий подобия в гидродинамике, равный отношению внутреннего трения в жидкости к силе Кориолиса. Число Экмана можно выразить как отношение числа Россби к числу Рейнольдса Ek = Ro / Re.
  66. ↑ Число Прандтля (Pr) — один из критериев подобия тепловых процессов в жидкостях и газах, учитывает влияние физических свойств теплоносителя на теплоотдачу, определяемое как отношение коэффициента диффузии импульса к коэффициенту температуропроводности. Для большинства газов в широком диапазоне температур и давлений Pr приблизительно постоянен. Поэтому его можно использовать для определения теплопроводности газов при высоких температурах, где ее трудно измерить экспериментально из-за образования конвекционных токов.
  67. ↑ Магнитное число Прандтля (Prm) — критерий подобия в магнитной гидродинамике, выражающий отношение сил внутреннего трения к магнитной силе.
  68. ↑ Jones C. A. Planetary Magnetic Fieldsand Fluid Dynamos // Annual Reviews. — 2011. — Vol. 43. — P. 583—614. — doi: https://doi.org/10.1146/annurev-fluid-122109-160727
  69. ↑ 69,0 69,1 69,2 69,3 69,4 69,5 69,6 Elsasser W. M. Induction Effects in Terrestrial Magnetism. Part I. Theory // Physical Review. — 1946. — № 69(3-4). — P. 106—116. — doi: https://doi.org/10.1103/PhysRev.69.106
  70. ↑ De Wijs G. A. et al. The viscosity of liquid iron at the physical conditions of the Earth's core. // Nature. — 1998. — V. 392(6678). — P. 805—807. — doi: https://doi.org/10.1038/33905
  71. ↑ How does the Earth's core generate a magnetic field? // United States Geological Survey. Архивировано из оригинала 18 января 2015 года.
  72. ↑ De Michelis, Paola; Tozzi, Roberta; Meloni, Antonio (2005). "Geomagnetic jerks: observation and theoretical modeling" (PDF). Memorie della Società Astronomica Italiana. 76: 957–960.
  73. ↑ Swarm - Earth Online. earth.esa.int.
  74. ↑ 74,0 74,1 Swarm helps explain Earth's magnetic jerks. www.esa.int.
  75. ↑ Simulation of the magnetic field in Earth’s core. European Space Agency.
  76. ↑ Pozzo M., Davies C. J., Alfè D. Towards reconciling experimental and computational determinations of Earth's core thermal conductivity // Earth and Planetary Science Letters. — 2022. — Volume 584. — P. 117466. doi: https://doi.org/10.1016/j.epsl.2022.117466
  77. ↑ Zhang P., Cohen R., Haule K. Effects of electron correlations on transport properties of iron at Earth’s core conditions // Nature. — 2015. — № 517. — С. 605–607. https://doi.org/10.1038/nature14090
  78. ↑ Zhang, P., Cohen, R. & Haule, K. Retraction Note: Effects of electron correlations on transport properties of iron at Earth’s core conditions // Nature. — 2016. — № 536. — С. 112 . https://doi.org/10.1038/nature17648
  79. ↑ Pourovskii L. V. , Mravlje J., Georges A., Simak S. I., Abrikosov I. A. Electron–electron scattering and thermal conductivity of epsilon-iron at Earth's core conditions // New Journal of Physics. — 2017. — V. 1. — P. . — doi: 10.1088/1367-2630/aa76c9.
  80. ↑ Pourovskii L. V. , Mravlje J., Georges A., Simak S. I., Abrikosov I. A. Electron–electron scattering and thermal conductivity of epsilon-iron at Earth's core conditions // New Journal of Physics. — 2017. — V. 1. — P. . — doi: 10.1088/1367-2630/aa76c9.
  81. ↑ Открытая система в физике — физическая система, которую нельзя считать закрытой по отношению к окружающей среде в каком-либо аспекте — информационном, вещественном, энергетическом и т. д. Открытые системы могут обмениваться веществом, энергией, информацией с окружающей средой.
  82. ↑ Кварк-глюо́нная пла́зма (ква́рковый суп, хромопла́зма) — агрегатное состояние вещества в физике высоких энергий и элементарных частиц, при котором адронное вещество переходит в состояние хаотично движущихся кварков, антикварков и глюонов.
  83. ↑ Ферми-жидкость Ландау — теоретическая модель взаимодействующих фермионов, описывающая нормальное состояние электронов проводимости в большинстве металлов при достаточно низких температурах. В квантовой механике фермионы — это частицы или квазичастицы с полуцелым значением спина: кварки (они образуют протоны и нейтроны, которые также являются фермионами), лептоны (электроны, мюоны, тау-лептоны, нейтрино), дырки (квазичастицы в полупроводнике). Фермионами являются также квантовомеханические системы, состоящие из нечётного числа фермионов (и произвольного числа бозонов).

Литература[править]

  • Кэри У. В поисках закономерностей развития Земли и Вселенной: История догм в науках о Земле. — 1991. — 447 с. — ISBN 5-03-001826-3. (S. Warren Carey, Theories of the Earth and Universe. A history of dogma in the Earth science — Stanford, California, 1988, ISBN 0-8047-1364-2)
  • Хаин В. Е. Предмет, методы и основные этапы развития геотектоники: Глава 1. // Геотектоника с основами геодинамики. — Москва: Издательство Московского университета, 1995. — С. 4—15. — 480 с. — 3000 экз. — ISBN 5-211-03063-X
  • Duff D. Holmes' principles of physical geology. 4th ed. Chapman & Hall, 1993. ISBN 0-412-40320-X.
  • Fowler C. M. R. The Solid Earth, an introduction to Global Geophysics. Cambridge University Press, 1990. ISBN 0-521-38590-3.
  • Luckert K. W. Spread and Growth Tectonics: The Eocene Trandition. 2d ed. Portland: Triplehood Publ., 2016. xvi, 155 p. ISBN 978-0-9839072-6-8.
  • Stanley S. M. Earth System History. W. H. Freeman & Co, 1990. 0-7167-2882-6.

Ссылки[править]

Исторические

Современные

Источник — http://cyclowiki.org/w/index.php?title=Нормальное_магнитное_поле_Земли&oldid=2379153