|
آموزش جغرافیا
|
||
|
ناصر احمدیان کارشناس ارشد جغرافیا |
خواص مغناطيسي زمين
خواص مغناطيسي زمين
اگر آهنربايي را از نقطهاي آويزان کنيم، آهنربا چرخيده و در راستاي شمال و جنوب جغرافيايي قرار ميگيرند. قطبي از آهنربا را که در راستاي شمال جغرافيايي قرار دارد، قطب N و ديگري را قطب S مينامند. دليل رفتار اين گونه آهنربا وجود ميدان مغنا طيسي در زمين ميباشد.
تاريخچه
ويليام گيلبرت (willam gilbert) يکي از فيزيکدانان پيشگامي بود که اولين بار به وجود ميدان مغناطيسي زمين پي برد. وي نشان داد که اگر يک ميله آهني را در راستاي شمال و جنوب قرار داده و بر روي آن بکوبيم ميله ، آهنربا خواهد شد. او همچنين براي اثبات وجود ميدان مغناطيسي زمين يک آهنربا را درون کرهاي قرار داد و نام ان را Terrlla ناميد که در زبان لاتيني به معناي زمين کوچک بود. گيلبرت یک قطب نما را بر روی آن حرکت داد و مشاهده نمود که وقتی قطب نما در راستای سطح Terrlla قرار میگیرد، جهت عقربه مغناطیسی آن همواره ثابت میماند، که نشانگر قرار گرفتن عقربه تحت تاثیر میدان مغناطیسی آهنربای درون کره است.
قطبهای میدان مغناطیسی زمین
* در واقع کره زمین مانند یک آهنربای قوی عمل میکند که قطب N آن در جنوب جغرافیایی قرار دارد (که میتواند قطب S آهنرباها را به سمت خود منحرف کند) و قطب S آن در شمال جغرافیایی قرار دارد (که قطب N آهنربا را به سمت خود منحرف میسازد).
* همه خطوط میدان مغناطیسی در نیمکره شمالی در نقطهای که به آن قطب جنوب مغناطیسی زمین گفته میشود، به هم میرسند. این خطوط در نیمکره جنوبی در نقطهای که به قطب شمال مغناطیسی زمین معروف است، به هم میرسند.
* از آنجا که محور مغناطیسی زمین (خطی که از دو قطب مغناطیسی زمین میگذرد) کاملا بر محور دوران زمین (خطی که از قطب شمال و جنوب جغرافیایی زمین میگذرد) منطبق نیست، بنابراین یک عقربه مغناطیسی که در جهت مماس بر محور مغناطیسی زمین قرار میگیرد، نمیتواند جهت شمال و جنوب جغرافیایی زمین را دقیقا تعیین نماید.
مولفههای مشخص کننده میدان مغناطیسی زمین
* میل مغناطیسی:
از آنجا که خطوط میدان مغناطیسی زمین بر سطح آن منطبق نیستند، بین شدت میدان مغناطیسی زمین و سطح افق همواره زاویهای وجود دارد، که به آن زاویه میل مغناطیسی میگویند.
* زاویه انحراف مغناطیسی:
صفحاتی که بر روی آن عقربه مغناطیسی قرار دارد، صفحه نصف النهار مغناطیسی و به زاویه بین آن و صفحه نصف النهار جغرافیایی ، زاویه انحراف مغناطیسی میگویند، که مقدار آن در هر منطقه متفاوت خواهد بود. چون دریانوردان و خلبانان در مسیریابی به نصف النهار جغرافیایی احتیاج دارند، لذا دانستن مقدار زاویه انحراف مغناطیسی برای آنان بسیار مهم است.
* مولفه افقی میدان مغنا طیسی:
اگر میدان مغناطیسی زمین به دو مولفه عمود بر هم تجزیه کنیم، مولفه افقی میدان مغناطیس زمین حاصل میشود.
جابجایی قطبهای مغناطیسی زمین
دانشمندان از دیرباز میدانستند که قطبهای مغناطیسی زمین حرکت میکنند. جیمز روس (james ross) نخستین فردی بود که محل قطب شمال را تعیین نمود. وی این کار را در طی سفری خطرناک انجام داده بود. در سال ۱۹۰۴ روالد اماند سون دوباره محل قطب شمال را تعیین نمود، و متوجه شد که محل قطب شمال به اندازه ۵۰ کیلومتر جابجا شده است. اوایل سرعت حرکت قطب ۱۰ کیلومتر در یک سال بود ولی بعدها به ۴۰ کیلومتر در سال رسید.
ناهنجاری مغناطیسی زمین
وقتی انجمن زمین شناسی ایالت متحده امریکا متوجه شد که دور زدن عقربه مغناطیسی در افریقا به اندازه ۰.۱ درجه کم شده ، و میدان مغنا طیسی ۱۰ درصد از قرن نوزدهم ضعیف تر شده است. برای جراید این سوال پیش آمد که آیا ممکن است روزی میدان مغناطیسی زمین از بین برود؟ پروفسور گری گلاتز مایر (gary Gratsmaier) از دانشگاه کالیفرنیا در جواب این سوال گفت، با توجه به مطالعات مغناطیسی در زمانهای گذشته (علم paleomagnetism) ملاحظه میشود که میدان مغناطیسی در اعصار گذشته گاهی در حال افزایش و گاهی در حال کاهش است.
در واقع امروزه کره زمین دارای بیشترین شدت میدان مغناطیسی خود در طول تاریخ است. هرگاه در نقطهای از کره زمین مقدار کمیتهای مغناطیسی (انحراف مغناطیسی ، میل مغناطیسی ، مولفه افقی بردار میدان مغناطیسی) بطور فاحشی با نقا ط مجاورش فرق کند، اصطلاحا گفته میشود که ناهنجاری مغناطیسی اتفاق افتاده و احتمالا در آن نقطه از زمین مخازن ارزشمندی از سنگهای معدن مغناطیسی مانند سنگ آهن وجود دارد. استفاده از این روش در کشف ذخایر معدنی بسیار مفید است.
توفان مغناطیسی
معمولا مقدار سه کمیت مغناطیسی در طی روز و سال تغییرات جزیی دارند. ولی گاهی اوقات در میدان مغناطیسی ، در نتیجه در مولفههای آن (سه کمیت) به مدت ۶ یا ۱۲ ساعت تغییرات ناگهانی رخ میدهد، که اصطلاحا به آن توفان مغناطیسی میگویند. این توفانها معمولا هر ۱۱.۵ سال تکرار میشوند. جالب توجه است که پدیدههایی مانند شفقهای قطبی و لکههای خورشیدی و انتشار امواج رادیویی نیز دارای دورههای ۱۱.۵ ساله هستند، که نشان دهنده ارتباط بین آنها است.
کمربند تشعشعی وان آلن
هرگا ه ذره بارداری در میدان مغناطیسی زمین قرار گیرد، بر آن ذره نیرویی وارد میشود، که به نیروی لورنتس معروف است. میدانیم که در نتیجه اندرکنش هستهای درون خورشید و طوفانهای خورشیدی ، بطور مداوم ذرات پر انرژی با سرعت ۵۰۰ کیلومتر بر ثانیه در فضا گسیل میشوند. این موضوع سبب میشود که سیلی از این ذرات به سمت زمین بیایند و در دام حوزههای مغناطیسی آن بیافتند. از آنجا که در قطبین ، شدت میدان مغناطیسی بیشینه است، نیروی لورنتس وارد بر ذرات بنیادی بسیار بزرگ است. اگر یک گروه پروتون یا الکترون بطور عمود وارد میدان مغناطیسی شوند، از طرف میدان بر این ذرات یک نیروی عمودی و جانب مرکز به نام نیروی لورنتس وارد خواهد شد، که سبب حرکت دورانی آنها میشود.
در اثر این نیرو ذرات در یک مسیر دورانی به شعاع r شروع به حرکت میکنند و مسیر حرکت آنها حول خطوط میدان مغناطیسی زمین خواهد بود. بنابراین تعداد بیشماری ذره در حوزههای قطبی زمین در رفت و آمد هستند. و چون در قطبین مانند سا یر نقا ط مختلف زمین هوا موجود است، به مولکولهای هوا برخورد میکنند. این ذرات چون حامل انرژیهای زیادی هسند، با جذب مولکولهای هوا ، آنها را یونیزه کرده و ذرات جدید و پرتوهای گاما تولید میکنند، و ما نقاط درخشانی را در قطب مشاهده خواهیم کرد، که به آن کمربند تشعشعی وان آلن گفته میشود.
منشا میدان مغناطیسی زمین
در قلب سیاره ما گلوله سخت و یکپارچهای از آهن وجود دارد که به اندازه سطح خورشید داغ است و به آن هسته زمین میگوییم. اقیانوسی از آهن مایع دور هسته درونی وجود دارد که به آن هسته خارجی میگویند. محققان منشا میدان مغناطیسی را هسته خارجی میدانند که لایه عمیقی از آهن مایع است و به دور هسته میگردد. در واقع هسته خارجی مانند آب روی اجاق ، بر روی هسته داخلی در جوش و خروش است. از طرفی اثر نیروی کوریولیس دوران زمین ، درون هسته خارجی ایجاد طوفان و گرداب میکند. مجموع این حرکتها است که میدان مغناطیسی سیاره زمین را بوجود میآورد.
چرا ميدان مغناطيسي زمين عوض مي شود؟
ميدان مغناطيسي يا آهنربايي كره زمين در حال ضعيف شدن است. اگر اين كاهش در شدت ميدان با همين اهنگ به پيش رود ظرف 1200 سال آينده قطب نماهاي سراسر دنيا از كار خواهند افتاد تا مدتي به طرف همه جا ولي در واقع هيچ جا منحرف خواهند شد. سپس به آهستگي پس از گذشت دهها يا صدها سال بار ديگر همراستا خواهند شد اما اين بار به سمت جنوب.نتيجه اين مي شود كه ميدان مغناطيسي زمين وارونه خواهد شد اين اتفاق پسشتر نيز بارها روي داده است. زمين شناسان در سنگ هاي مغناطيسي چندين ميليون ساله قرايني يافته اند كه اين را تاييد مي كند. روشن است كه اين پديده بيانگر مطلب بسيار مهمي درباره هسته دروني زمين است.اما پرسش اينجاست كه اين مطلب مهم چيست؟ هسته زمين از آهن و نيكل تشكيل شده كه بخش عمده اي از انها به حالت گداخته وجود دارد اين مايع فلزي پيوسته در جنبش است و اين جنبش به نحوي جريانهاي الكتريكي به وجود مي اورند كه ميدان مغناطيسي زمين را ايجاد مي كنند. جزئيات اين فعاليت فلزي گداخته و تغييراتي كه در ميدان مغناطيسي زمين بوجود مي اورد هنوز روشن نشده است برخي از سرنخ هايي كه درباره رويدادهاي درون زمين در اختيار داريم از بررسي ساختار بيروني اين ميدان بسيار گسترده بدست آمده اند اين ميدان زمين را در محاصره خود دارد و تا صدها هزار كيلومتر در فضا ادامه دارد.
بسياري از زمين شناسان كه درباره علت وارون شدن ها بررسي مي كنند اكنون معنقدند كه ميدان مغناطيسي ضعيفي كه بر سطح زمين مي سنجيم ( آن قدر ضعيف كه آهنرباي نعلي شكل اسباب بازي هم 100 برابر از آن نيرومند است) تنها مشتي از خروار است. بخش عمده از فعاليت مغناطيسي زمين در هسته آهني و نيكلي آن صورت مي گيرد برابر مقبول ترين توضيحي كه براي اين مساله ارائه شده و به نظريه دينامو معروف است بخشي از ميدان كه در هسته زمين امتداد دارد در مايع باردار و گداخته آن محبوس شده و با چرخش زمين كشيده مي شود. درنتيجه به طور مستقيم از هسته نمي گذرد بلكه بارها دور هسته پيچيده مي شود تا مانند دسته اي از كش هاي محكم تشكيل خطوط شار نيرومندي را بدهد. بنابر اين نظريه جريان همرفتي فلز گداخته كه از اعماق هسته بالا مي آيد حلقه هاي كوچكي از اين ماده مغناطيسي دور هم پيچيده را به سطح مي راند كه از اينجا به فضا امتداد مي يابند و تشكيل ميدان آشنايي را مي دهد كه مي سنجيم. سپس يك بار ديگر به درون هسته شيرجه مي روند و سخت دور هسته پيچيده مي شوند بدين ترتيب ميدان خود را نگه مي دارند.
منبع 2 : مجله دانشمند
که در آن نقشه استان محبت پیداست
جلگه مکر و نمکزار حسد پیدا نیست
کوه چهل چشمه عشق ارتفاعش بسیار
وفلات ایمان حول این کوه چه وسعت دارد
شايد آن روز كه سهراب نوشت : تا شقايق هست زندگي بايد كرد، خبري از دل پر درد گل ياس نداشت، بايد اينجور نوشت، هر گلي هم باشي، چه شقايق چه گل پيچك و ياس، زندگی اجبارست
|