Geomagnetické pole Zeme: definícia, vznik a ochrana planéty

Zistite, ako vzniká geomagnetické pole Zeme, ako nás chráni pred vesmírnym žiarením, čo sú magnetické póly a prečo ho využívajú kompas a migrujúce zvieratá.

Magnetické pole Zeme je magnetické pole, ktoré obklopuje Zem. Niekedy sa nazýva geomagnetické pole. Je to vektorové pole, ktorého predstavou je približne magnet ako keby vnútri Zeme — s pólmi približne v blízkosti zemepisných pólov — hoci v skutočnosti je pole zložitejšie než jednoduchý tyčový magnet.

Vznik geomagnetického poľa

Zemské magnetické pole vzniká predovšetkým v dôsledku pohybov v tekutom vonkajšom jadre planéty a rotácie Zeme. Hlavné mechanizmy:

• Geodynamo: Vonkajšie jadro Zeme, tvorené prevažne roztaveným železom a niklom, podlieha konvekcii (prúdeniu) spôsobenej tepelným a chemickým gradientom. Tieto vodivé tekutiny pri rotácii Zeme vytvárajú elektrické prúdy, ktoré generujú magnetické pole.
• Coriolisova sila a diferenciálna rotácia: Rotačné účinky (Coriolisova sila) organizujú prúdenie do špirálovitých a helicálnych vzorov, ktoré podporujú udržiavanie obrovského dipólového poľa. Niektoré štúdie naznačujú, že vnútorné a vonkajšie časti jadra sa môžu pohybovať s rôznou rýchlosťou, čo ovplyvňuje dynamiku poľa.
• Príspevky z ionosféry a magnetosféry: Okrem poľa generovaného jadrom existujú tiež dočasné a priestorovo obmedzené polev top vrstve atmosféry a prúdoch v magnetosfére, ktoré menia celkovú konfiguráciu poľa najmä počas slnečnej aktivity.

Struktúra a vlastnosti poľa

• Na veľkých mierkach má pole približne bipólovú (dvojpólovú) formu, s magnetickým severným a južným pólom.
• Intenzita poľa na povrchu Zeme sa pohybuje približne medzi 25 a 65 µT (mikrotesla), pričom hodnoty sa líšia geograficky.
• Existujú pojmy ako magnetická inklinácia (sklon polí voči vodorovnej rovine) a deklinácia (rozdiel medzi geografickým severom a magnetickým severom), ktoré sú dôležité pre navigáciu.

Ako geomagnetické pole chráni planétu

Geomagnetické pole vytvára okolo Zeme magnetosféru — oblasť, kde dominujú magnetické sily nad slnečným vetrom (prúdom nabitých častíc zo Slnka). Jeho hlavným ochranným účinkom sú:

• Odklonenie slnečného vetra: Väčšina nabitých častíc je odklonená okolo Zeme a nerozprúšia sa priamo do atmosféry. Bez tohto štítu by slnečný vietor postupne strhával ľahké častice atmosféry, znižoval by jej hustotu a zhoršoval podmienky pre život (príklad: čiastočné zničenie atmosféry Marsu).
• Vytváranie pásiem a prvkov magnetosféry: V magnetosfére vznikajú pásy zachytených častíc (Van Allenove pásy), ktoré zadržiavajú vysokoenergetické častice ďaleko od povrchu.
• Auróra: Interakcie nabitých častíc so zemskou atmosférou pri polárnych oblastiach produkujú polárne žiary (aurory), viditeľné blízko magnetických pólov.

Zmeny, drift a magnetické prevrátenia

Geomagnetické pole nie je stacionárne. Je nestabilné a mení sa v rôznych časových škálach:

• Sekulárna variácia: Postupné zmeny v čase (na roky až storočia), vrátane posunu magnetických pól. Magnetický severný pól sa napríklad v posledných desaťročiach pohol značnou rýchlosťou od Kanady smerom k Sibíri.
• Magnetické exkurzie a prevrátenia: V geologickej minulosti sa magnetické póly mnohokrát vymenili (prevrátenie dipólu), keď severný a južný magnetický pól zmenili polohy. Tieto prevrátenia sa dejú nepravidelne — intervaly medzi nimi sú rôzne (desaťtisíce až milióny rokov). Posledné úplné prevrátenie (Brunhes–Matuyama) nastalo približne pred 780 000 rokmi.
• Lokálne oslabenia: V niektorých oblastiach je pole slabšie (napr. Juhoatlantická anomália), čo má vplyv na družice a kozmickú radiáciu v týchto regiónoch.

Vplyv na život a technológie

• Biológia: Mnohé migrácie zvierat (vtáky, morské korytnačky, niektoré huby a baktérie) sú čiastočne riadené citlivosťou na geomagnetické pole; kompas ho využíva pre určenie smeru.
• Technológie: Silné geomagnetické búrky (skutky slnečnej aktivity) môžu poškodiť satelity, ovplyvniť rádiovú komunikáciu, navigačné systémy a dokonca spôsobiť výpadky v energetickej sieti (indukované prúdy v dlhých vedeniach). Preto sa sleduje slnečná aktivita a stav magnetosféry.

Meranie a sledovanie

Geomagnetické pole je kontinuálne monitorované pomocou pozemných geomagnetických observatórií aj družíc (napr. misie na meranie poľa). Sledovanie umožňuje:

• mapovať deklináciu a inklináciu pre navigáciu,
• predpovedať a varovať pred geomagnetickými búrkami,
• študovať paleomagnetizmus hornín, čo pomáha rekonštruovať geologickú históriu a datovať prevrátenia poľa.

Záver

Geomagnetické pole Zeme je kľúčový štít, ktorý vzniká dynamom v tekutom jadre a udržiava podmienky priaznivé pre život na povrchu. Okrem prirodzenej ochrany pred kozmickým žiarením má pole dôležité dôsledky pre migráciu živočíchov a fungovanie modernej techniky. Sleduje sa neustále kvôli jeho meniacemu sa charakteru — vrátane pohybu pólov a prípadných prevrátení — aby sme lepšie rozumeli procesom vnútri Zeme a minimalizovali riziká pre spoločnosť.

Kompas (Kompas) a ďalšie navigačné nástroje tak využívajú tento prirodzený jav, ktorý nám zároveň pripomína dynamickú a stále premenlivú povahu našej planéty. Magnetické póly sa pri magnetickom obratu skutočne vymenia miesta, čo je jeden z fenoménov dlhodobej geodynamiky.

Charakteristika

Geomagnetické pole Zeme vzniká v dôsledku dvoch skutočností. Konvekčné pohyby v kvapalnom vodivom jadre vo vnútri stredu Zeme sú dôležité pre vznik magnetického poľa. Keď konvektívne pohyby prebiehajú spolu s elektrickými prúdmi okolo Zeme, vytvára sa magnetické pole. Magnetické pole sa udržiava vďaka rotácii Zeme. Vzájomné pôsobenie konvektívnych pohybov a elektrických prúdov vytvára dynamo efekt.

Intenzita magnetického poľa je najväčšia v blízkosti magnetických pólov, kde je vertikálne. Intenzita magnetického poľa je najslabšia v blízkosti rovníka, kde je horizontálne. Intenzita magnetického poľa sa meria v gaussoch.

Magnetické pole sa v posledných rokoch zmenšilo. Za posledných dvadsaťdva rokov sa jeho sila znížila v priemere o 1,7 %. V niektorých oblastiach poľa sa jeho sila znížila až o 10 %. Rýchly pokles sily poľa je znakom toho, že magnetické pole sa môže obracať. K obráteniu môže dôjsť v najbližších niekoľkých tisíckach rokov. Ukázalo sa, že pohyb magnetických pólov súvisí s poklesom intenzity magnetického poľa.

Geomagnetická inverzia nastáva vtedy, keď si severný a južný magnetický pól vymenia miesta. V histórii Zeme sa to stalo niekoľkokrát. K magnetickému zvratu dochádza po tom, ako intenzita magnetického poľa dosiahne nulu. Keď sa intenzita začne opäť zvyšovať, zvýši sa v opačnom smere, čo spôsobí obrátenie magnetických pólov. Čas, za ktorý dôjde k obráteniu magnetického poľa, nie je známy, ale môže trvať až desaťtisíc rokov. Magnetické zvraty Zeme sú zaznamenané v horninách, najmä v čadičoch. Vedci sa domnievajú, že k poslednému geomagnetickému zvratu došlo pred 780 000 rokmi.

Magnetosféra

Magnetosféru vytvára magnetické pole. Je to oblasť okolo Zeme, ktorá funguje ako štít proti škodlivým časticiam slnečného vetra. Magnetosféra má mnoho rôznych vrstiev a štruktúr a slnečný vietor formuje každú z týchto vrstiev. Vzájomné pôsobenie slnečného vetra a magnetosféry spôsobuje aj vznik polárnej a južnej žiary. Magnetosféra je veľmi dôležitá pri ochrane Zeme pred slnečnými búrkami, ktoré zvyšujú aktivitu slnečného vetra. Slnečné búrky môžu spôsobiť geomagnetické búrky, ktoré majú niekedy vážne následky pre Zem.

Oblasti medzi severným a južným magnetickým pólom sú magnetické siločiary. Tieto čiary opúšťajú Zem zo zvislého bodu na juhu a vracajú sa do nej cez zvislý bod na severe. Tieto dva vertikálne body sa nazývajú magnetické póly ponoru. Póly magnetického ponoru sa bežne označujú ako magnetické póly. Magnetické póly pretínajú Zem v dvoch bodoch. Severný magnetický pól pretína Zem v bode 78,3 severnej zemepisnej šírky a 100 západnej zemepisnej dĺžky. Tým sa severný magnetický pól nachádza na polárnom kruhu. Južný magnetický pól pretína Zem na 78,3 j. š. a 142 v. d. Južný magnetický pól sa tak nachádza v Antarktíde. Magnetické póly sú tiež miestom, kde sú magnetické polia najsilnejšie.

Tento obrázok znázorňuje magnetosféru, ktorá blokuje slnečný vietor spôsobený Slnkom.


Pohyb severného magnetického pólu. Očakáva sa, že prejde blízko severného geografického pólu a bude pokračovať v ceste na Sibír

Otázky a odpovede

Otázka: Aké je magnetické pole Zeme?

Otázka: Čo vytvára magnetické pole Zeme?

Otázka: Akú funkciu plní magnetické pole Zeme?

Otázka: Ako stabilné je magnetické pole Zeme?

Otázka: Ako vzniká magnetické pole Zeme?

Otázka: Čo vytvárajú magnetické póly?

Otázka: Aké využitie má magnetické pole Zeme?

Hľadajte podľa písmena