Transcript
ELEMENTY GEOFIZYKI Magnetyzm
W. Debski , 2010
Plan wykładu z geofizyki (Geomagnetyzm)
1. Magnetyzm ziemski F F F F F
pole magnetyczne Ziemi, wedr´ ow magnetycznych i teoria Wegenera , owka biegun´ inwersja pola magnetycznego model dynama pole magnetyczne Ziemi a s´rodowisko
ELEMENTY GEOFIZYKI
Magnetyzm- 1
Pole magnetyczne Ziemi - pierwsze fakty
F legendy Chi´nskie (2600 BC) o magicznych wozach wskazujacych , południe F pierwsze wzmianki o polu magnetycznym Ziemi De Naturis Rerum ok. 1190r. AD. F odkrycie deklinacji i inklinacji (Kolumb 1492r. ?) F W. Gilbert De Magnet - 1600r. idea pola magnetycznego Ziemi F wiekowe zmiany pola geomagnetycznego -H. Gellibrand (1633)
ELEMENTY GEOFIZYKI
Magnetyzm- 2
Pole magnetyczne Ziemi - Gauss
F praca Gaussa: Allgemeine Theorie des Erdmagnetismus F skonstruowanie magnetometru F pierwszy miedzynarodowy projekt geofizyczny , F “nowoczesna” analiza danych pomiarowych
ELEMENTY GEOFIZYKI
Magnetyzm- 3
Pierwsze zastosowania - kompas
ELEMENTY GEOFIZYKI
Magnetyzm- 4
Magnetometry
ELEMENTY GEOFIZYKI
Magnetyzm- 5
Odkrycia XX wiek
F inwersja pola geomagnetycznego F wielkoskalowy ruch kontynent´ow w skali geologicznej F zastosowanie technik s´rodowiskowych
paleomagnetyzmu
do
bada´n
F pogoda kosmiczna
ELEMENTY GEOFIZYKI
Magnetyzm- 6
Pozostało´sc´ magnetyczna skał Skały wulkaniczne zawieraja, minerały magnetyczne, kt´ore schładzane “zapamietuj a, w postaci stałego namagne, sowania warto´sc´ i kierunek magnetycznego pola ziemskiego. Jest to efektem tego, z˙ e roztopiona magma osiagaj ac , , temperature, Curie podlega przej´sciu fazowemu ferromagnetyk ⇒ paramagnetyk w wyniku “zamro˙zenia” ruchu domen magnetycznych.
ELEMENTY GEOFIZYKI
Magnetyzm- 7
Pozostało´sc´ magnetyczna skał
ELEMENTY GEOFIZYKI
Magnetyzm- 8
Temperatura-Curie
Materiał
Temp. Curie [C]
˙ Zelazo (Fe)
770
Kobalt (Co)
1130
Nikiel (Ni)
358
Tlenki z˙ elaza 622
ELEMENTY GEOFIZYKI
Magnetyzm- 9
Odkrycie 1. Grzbiet s´rodkowo atlantycki
ELEMENTY GEOFIZYKI
Magnetyzm- 10
Odkrycie 1. Grzbiet s´rodkowo atlantycki
ELEMENTY GEOFIZYKI
Magnetyzm- 11
Odkrycie 1. Grzbiet s´rodkowo atlantycki
ELEMENTY GEOFIZYKI
Magnetyzm- 12
Odkrycie 1. Grzbiet s´rodkowo atlantycki
ELEMENTY GEOFIZYKI
Magnetyzm- 13
Odkrycie 2. Wedr´ owka biegun´ow magnetycznych ,
ELEMENTY GEOFIZYKI
Magnetyzm- 14
Odkrycie 2. Wedr´ owka biegun´ow magnetycznych ,
Dwie teorie: A
B
Biegun magnetyczny zmieniał poło˙zenie w czasie
Kontynenty poruszały sie, wzgledem bieguna ,
⇓
⇓
Trajektoria taka sama dla wszystkich kontynent´ow
Trajektorie moga, sie, r´oz˙ ni´c
ELEMENTY GEOFIZYKI
Magnetyzm- 15
Wedr´ owka kontynent´ow - teoria Wegenera ,
Fakt podobie´nstwa lini brzegowych kontynent´ow (zwłaszcza wok´oł Oceanu Atlantyckiego zawsze pobudzał wyobra´znie, do tworzenia hipotez o wsp´olnym pochodzeniu kontynet´ow. Np. Legenda Atlantydy opisana przez Platona.
ELEMENTY GEOFIZYKI
Magnetyzm- 16
Teoria Wegenera - 1912/1960
ELEMENTY GEOFIZYKI
Magnetyzm- 17
A. Wegener (1880 - 1930)
ELEMENTY GEOFIZYKI
Magnetyzm- 18
Obecny poglad ,
F 1100 mln lat temu powstaje superkontynent Rodinia. F 750 mln lat temu Rodinia rozpada sie, na: Laurencje, , kraton Konga i Proto-Gondwane. , F 600 mln lat temu fragmenty Rodinii na kr´otko ponownie sie, stykaja,, tworzac , nowy superkontynent: Pannoncje. , F 550 mln lat temu Pannoncja zaczyna sie, rozpada´c, tworza, sie, kontynenty i oceany Paleozoiku. F 250 mln lat temu na Ziemi ponownie istnieje jeden superkontynent Pangea. Jest on otoczony olbrzymim oceanem Panthalassa, masy ladowe cze´ , , sciowo odgradzaja, od niego mniejszy ocean Tetydy. F 180 mln lat temu superkontynent Pangea zaczyna peka´ ore oddalaja, sie, , c na dwie cze´ , sci, kt´ od siebie tworzac: ołkuli p´ołnocnej i Gondwane, na p´ołkuli południowej. , Laurazje, na p´ ELEMENTY GEOFIZYKI
Magnetyzm- 19
F 135 mln lat temu poczatek rozpadu Laurazji i Gondwany pojawiaja, sie, zarysy dzisiejszych , kontynent´ow: Laurazja daje poczatek Ameryce P´ołnocnej i Eurazji Gondwana rozpada sie, , na: Ameryke, Południowa,, Afryke, , Antarktyde, , Australie, i Indie. F 100 mln lat temu Indie odrywaja, sie, od Afryki i dryfuja, w strone, Azji.
ELEMENTY GEOFIZYKI
Magnetyzm- 20
Ewolucja geodynamiczna kontynent´ow
ELEMENTY GEOFIZYKI
Magnetyzm- 21
Ewolucja kontynent´ow
ELEMENTY GEOFIZYKI
Magnetyzm- 22
Inwersja geomagnetyczna - odkrycie
Badajac sci skał lawowych wulkanu Pontafarin , magnetyczne własno´ z okolic Cezanes (Francja) Brunhes odkrył w 1905r., z˙ e stara lawa ma prawie dokładnie odwrotne namagnesowani w stosunku do obecnego pola magnetycznego Ziemi. Zinterpretował ten fakt przyjmujac , z˙ e w przeszło´sci biegun p´ołnocny pola magnetycznego Ziemi znajdował sie, w okolicy południowego bieguna geograficznego. Musiało upłyna´ ,c 50 lat by jego teoria została potwierdzona i zaakceptowana.
ELEMENTY GEOFIZYKI
Magnetyzm- 23
Inversja geomagnetyczna
B. Brunhes (1867 -1910)
ELEMENTY GEOFIZYKI
Cezanes (Francja)
Magnetyzm- 24
Inversja geomagnetyczna
ELEMENTY GEOFIZYKI
Magnetyzm- 25
Inversja geomagnetyczna - dalsze badania
Age (Ma)
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
Chron
Thvera
Sidufjall
Nunivak
Cochiti
Mammoth
Kaena
Reunion
Olduvai
Cobb Mountain
Jaramillo
Subchron
0.78 0.90 1.06 1.19
1.78
2.00 2.08 2.14
2.59
3.05 3.12 3.22 3.33
3.59
4.17 4.29 4.47 4.64 4.81 4.89 5.01
5.25
Magnetyzm- 26 ELEMENTY GEOFIZYKI
Brunhes Matuyama Gauss Gilbert
Pole magnetyczne Ziemi - teoria geodynama
Powy˙zsze wyniki (i mn´ostwo innych mniej spektakularnych) wskazuja, jednoznacznie na fakt, z˙ e Ziemia wytwarza własne pole magnetyczne, kt´ore jest bardzo skomplikowane i zmienne w czasie. Co wiecej nie zanika w czasie !. ,
Jaki jest mechanizm jego powstania i co utrzymuje jego obecno´sc´
ELEMENTY GEOFIZYKI
Magnetyzm- 27
Pole magnetyczne Ziemi - pierwsze podej´scie
Według pierwszych modeli pole magnetyczne Ziemi jest wynikiem namagnesowania wnetrza Ziemi. Jednak˙ze oszacowanie temper, atury wnetrza Ziemi i zrozumienie proces´ow wulkanizmu obaliły te , poglady. Teoria ta miała jeszcze jeden mankament. Niezrozumiały , był mechanizm podtrzymujacy istnienie pola magnetycznego w skali , czasu geologicznego. Gdyby był to ruch obrotowy Ziemi, to szacowane straty energii wskazywały, z˙ e Ziemia powinna zatrzyma´c sie, w ciagu kilkudziesieciu tysiecy lat. , , ,
ELEMENTY GEOFIZYKI
Magnetyzm- 28
Pole magnetyczne Ziemi - teoria geodynama Po odkryciu jadra wewnetrznego i stwierdzeniu, , , z˙ e jadro zewnetrzne jest płynne panuje przeko, , nanie (model geodynama), z˙ e pole magnetyczne Ziemi jest efektem prad´ , ow wirowych w jadrze zewnetrznym. Jadro wewnetrzne, obra, , , , cajac z płaszcz działa sta, sie, nieco szybciej ni˙ bilizujaco zapobiegajac , , gwałtownym zmianom tego pola. Przyjmuje sie, ze, z˙ e ruchy kon, tak˙ wekcyjne w połaczeniu z efektem Coriolisa wyt, worzyły pierwotne pole magnetyczne wzmocnione mechanizmami znanymi z hydrodynamiki. Ciagle jednak nie jest jasne co powoduje zmiany , biegunowo´sci pola. ELEMENTY GEOFIZYKI
Larmor
Magnetyzm- 29
Geodynamo - budowa Ziemi
ELEMENTY GEOFIZYKI
Magnetyzm- 30
Geodynamo - koncepcja
ELEMENTY GEOFIZYKI
Magnetyzm- 31
Geodynamo - teoria
Zał´oz˙ my, z˙ e ruch materii w jadrze zewnetrznym generuje pola elek, , tromagnetyczne, lecz jest ono na tyle słabe, z˙ e nie wpływa na ruch materii. ∂B = ∇ × (u × B) + η∇2B ∂t η=
1 µ0 σ
Dwa czynniki: transport pola magnetycznego (1), dyfuzja (2)
ELEMENTY GEOFIZYKI
Magnetyzm- 32
Geodynamo - teoria
Czas zaniku pola magnetycznego (drugi człon) Obiekt
L [cm]
η [cm2s−1]
τ [lata]
Ziemia
3 × 108
7 × 103
4 × 105
Sło´nce
5 × 1010
7 × 102
1 × 1011
Galaktyka 3 × 1020
7 × 109
4 × 1023
A wiec , dlaczego jeszcze istnieje ?
ELEMENTY GEOFIZYKI
Magnetyzm- 33
Geodynamo - symulacje
ELEMENTY GEOFIZYKI
Magnetyzm- 34
Geodynamo - symulacje
Glatzmaier & Roberts (2000) and Buffett (2000) ELEMENTY GEOFIZYKI
Magnetyzm- 35
´ Srodowiskowa rola pola geomagnetycznego
Pole magnetyczne Ziemi jest stosunkowo słabe. Jednak˙ze jego obecno´sc´ jest decydujaca dla obecno´sci wszelkich form z˙ ycia na , Ziemi. Pamietajmy bowiem, z˙ e nasza z˙ yciodajna gwiazda Sło´nce, , jest zarazem naszym najwekszym zagro˙zeniem. Jest to przecie˙z gi, gantyczny rektor termojadrowy omiatajacy nas w k˙zdej sekundzie , , niewiarygodnie du˙za, dawka, energetycznych czastek naładowanych , powstajacych w wyniku reakcji termojadrowych w jego wnetrzu. To , , , wła´snie pole magnetyczne Ziemi chroni nas przed tym kosmicznym “´smieciem”.
ELEMENTY GEOFIZYKI
Magnetyzm- 36
Pole magnetyczne Ziemi
ELEMENTY GEOFIZYKI
Magnetyzm- 37
Powstanie zorzy
ELEMENTY GEOFIZYKI
Magnetyzm- 38
Pasy Van Allena
ELEMENTY GEOFIZYKI
Magnetyzm- 39
Pole magnetyczne Ziemi
ELEMENTY GEOFIZYKI
Magnetyzm- 40
Pole magnetyczne Ziemi
ELEMENTY GEOFIZYKI
Magnetyzm- 41
Koniec
ELEMENTY GEOFIZYKI
Magnetyzm- 42
