Ziemski magnetyzm a teoria

Kilka przypomnień na temat pola magnetycznego Ziemi

1. Będąc magnesem, pole magnetyczne Ziemi jest dwubiegunowe.
2. Magnetyczny biegun północny Ziemi jest w rzeczywistości magnetycznym biegunem południowym. Tak mówi nam kompas, jeśli weźmiemy go jako punkt odniesienia.
3. Oś biegunów magnetycznych nie jest wyrównana z osią obrotu Ziemi.
4. Na powierzchni Ziemi natężenie pola magnetycznego jest rzędu 0,6 g [gaussa?].
5. Aby wytworzyć to dwubiegunowe pole, konieczne jest założenie, że przez rdzeń Ziemi przepływa, w płaszczyźnie prostopadłej do osi biegunowej, prąd o stałym natężeniu od 2 do 6 miliardów amperów. [Autorowi chyba coś się pomyliło albo źle go zrozumiałem. Prąd powinien płynąć wokół osi.]
6. Bieguny magnetyczne Ziemi nieustannie dryfują nad biegunami geograficznymi.
7. W czasie geologicznym bieguny magnetyczne były wielokrotnie odwracane.

Wewnętrzna struktura Ziemi, teoria

1. Górny płaszcz. Tworzą go skały takie jak perydotyt (oliwin, piroksen i granat).
2. Płaszcz (» dolny) (85% objętości Ziemi). Zachowuje się jak elastyczne ciało stałe. Nie należy ufać wypływom lawy z niektórych erupcji wulkanicznych. Jest on jednak mniej „twardy” niż górny płaszcz.
3. Płynny rdzeń zewnętrzny (gęstość » 10). Ciekła mieszanina składająca się w 80% z żelaza i około 20% z niklu. Jej lepkość wynosi około 1 (lepkość wody). Jego temperatura wynosi około 4000°C. Ta ogromna masa metalu w stanie fuzji[?] byłaby wstrząsana przez konwekcję, a także przez „Siły Coriolisa” generowane przez ruchy obrotowe i precesję Ziemi. Te przepływy cieczy żelazo-niklowej mogłyby generować prądy elektryczne, a w konsekwencji pola magnetyczne, które w zamian wzmacniałyby prądy elektryczne, tworząc w ten sposób efekt samowzbudzenia w dynamo. (Dodatnie sprzężenie zwrotne).
   Płynny rdzeń zewnętrzny byłby zatem źródłem ziemskiego pola magnetycznego.
4. Stały rdzeń wewnętrzny (gęstość » 13). Miałby on taką samą budowę jak rdzeń zewnętrzny. Ale ciśnienie jest tak ważne, że rdzeń wewnętrzny jest w stanie stałym pomimo temperatury wyższej niż 5000°C.
   Wewnętrzny rdzeń nie jest ściśle kulisty, wykazuje anizotropię, a jego powierzchnia jest nieregularna. Porozmawiamy o tym ponownie. Jądro wewnętrzne i jądro zewnętrzne stanowią około 17% objętości Ziemi.

Struktura pola magnetycznego Ziemi, model

W rzeczywistości model proponowany przez teoretyków nie jest modelem dynama, ale w istocie modelem dysku Faradaya, w którym generowany prąd jest ponownie wprowadzany do solenoidu, dzięki czemu uzyskujemy dodatnie sprzężenie zwrotne z początkowym polem magnetycznym.

Aby to zadziałało, muszą być spełnione następujące warunki:

1. Ponownie wstrzyknięte pole musi być skierowane w tym samym kierunku, co pole początkowe.
2. Wzmocnienie reakcji musi wynosić G ≥ 1.
3. Straty spowodowane efektem joule’a (oporność magmy gruntowej) muszą być ściśle niższe lub równe energii ponownie wtryskiwanej. Jest to warunek konieczny do spełnienia warunku 2.
   Dla żelazo-niklu, w temperaturze pokojowej, rezystywność = 738.10-9 ohmów/metr. Jeśli jednak temperatura wzrasta, rezystywność metali wzrasta liniowo. W konsekwencji rezystancja rdzenia zewnętrznego w temperaturze 4000°C nie wydaje się być w stanie zapewnić korzystnych warunków dla braku strat spowodowanych efektem Joule’a. (Nie zapominajmy, że natężenie prądu w „wewnętrznym solenoidzie Ziemi” wynosi około 2 do 6 miliardów amperów).
   Obliczenia pokazują, że powinno to pociągnąć za sobą całkowite zatrzymanie obrotu Ziemi w ciągu miliona lat. Nie jest to tym, co pokazuje nam geologia, a jeśli rzeczywiście następuje spowolnienie tego obrotu, to z zupełnie innej przyczyny (pływy).
   Zauważmy tutaj, że udajemy, że ignorujemy zmianę fazy stałej na ciekłą. Wyjaśnimy to na następnej stronie.

Symulacje przeprowadzone przez niektórych geofizyków pokazują nam strukturę wewnętrznego pola magnetycznego wewnątrz Ziemi. Pokazują nam linie sił zdeformowane przez konwekcję i rotację ziemi, ich ewolucję i sposób, w jaki pole może zostać odwrócone. Zauważmy, że pole magnetyczne jest w 90% dwubiegunowe. Scenariusz wydaje się więc dość bliski rzeczywistości.

Problemy:

1. Niestety żadna z symulacji nie pozwala wyjaśnić trwałości pola magnetycznego w czasie. (4 miliardy lat).
2. W rzeczywistości zaobserwowana przez archeologów i geologów anomalia polegająca na brutalnych inwersjach biegunowości magnetycznej Ziemi podczas epok geologicznych nie jest tak naprawdę wyjaśniona w tych symulacjach.
3. Gdyby magnetyzm Ziemi był wywoływany jedynie przez konwekcję w zewnętrznym jądrze, wówczas pole magnetyczne na jej powierzchni powinno wyglądać tak, jak to obserwowane na powierzchni Słońca. W związku z tym musimy przedstawić efekt Coriolisa spowodowany obrotem Ziemi.

Przeprowadzono eksperymenty z ciekłym sodem w temperaturze od 120 do 160°C. Temperatura topnienia sodu to 97,81°C, a temperatura wrzenia = 882,95°C. W tych warunkach temperaturowych i biorąc pod uwagę wymiary zbiornika, rezystywność jest bardzo bliska 0. W 20 ° Celsjusza wynosi 4,2 μΩ/cm. Jest więc nieskuteczny.

Chodzi o eksperyment VKS, który najwyraźniej wyjaśnił odwrócenie biegunowości pola magnetycznego. Ale w pewnych warunkach fizycznych (wymiary, temperatura i ciśnienie), które są zupełnie inne niż te, które panują w zewnętrznym rdzeniu Ziemi, a zwłaszcza z metalem, którego rezystywność nie może osiągnąć tej, która musi być dla żelazo-niklu w 4000° C.

Wiedząc, że rezystywność metalu wzrasta liniowo zgodnie z prawem temperatury jako T^1/2, Obliczenia pokazują, że w przypadku Ziemi byłoby to rzędu 0,2 W dla obwodu zewnętrznego rdzenia około 10.000 km. Pozostawiamy wam obliczenie rozproszonej energii (P_w = RI²), a tym samym spowolnienia Ziemi, przy prądzie od 2 do 6 miliardów amperów. (Zauważmy jednak, że przy zmianie fazy stałej na ciekłą, prawo to może nie być przestrzegane).

Eksperyment VKS pokazuje, że możemy wyjaśnić inwersje biegunowości magnetycznej Ziemi, jeśli prędkość rotacji dysków jest wystarczająca, a zwłaszcza jeśli jest sztucznie utrzymywana na stałym poziomie.

A zatem:

1. Problem trwałości pola magnetycznego nie został rozwiązany. Ponieważ dostosowanie i utrzymanie w sztuczny sposób prędkości obrotowej Ziemi, jest czymś innym niż obracanie silników o mocy 75 W w VKS z prędkością jaka nam odpowiada aby znaleźć to co chcemy!
2. O ile problem inwersji polaryzacji można wyjaśnić w eksperymentach VKS, to nie można go wyjaśnić na prawdziwej Ziemi. Rezystywności są zupełnie innego rzędu.
3. Nie tylko eksperymenty (VKS i inne) podnoszą wiele problemów, ale symulacje, które zostały zrealizowane za pomocą komputerów, podnoszą wiele innych. Nie udało nam się przeprowadzić symulacji w skalach czasowych, które by się zgadzały:
   L’effet dynamo, un casse-tête non-linéaire E. Dormy. (French)
   Numeryczne modele geo-dynama i ograniczenia obserwacyjne, geo-chemia – E. Dormy, J.P. Valet, V. Courtillot.

Czy wewnętrzny rdzeń jest nadprzewodnikiem?

Zbadamy tę hipotezę na następnej stronie [ang.].

Bibliografia i dokumenty

1. Le Champ magnétique terrestre – Théorie & Modèles.
2. Le champ magnétique terrestre : observations et modèles – Emmanuel Dormy (CNRS)
3. Le champ magnétique terrestre
4. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00011484/en/
5. Struktura wnętrza Ziemi [ang.]
6. Noyau et controverses
7. La résistivité et la résistance des conducteurs
8. Eksperyment VKS: turbulentne dynamiczne dynamo
9. https://web.archive.org/web/20180103102502/https://www.psc.edu/science/glatzmaier.html

Data utworzenia : 02/25/07
Ostatnie wydanie : 10/03/18

---

Autor: Bernard Lempel ()

Przetłumaczono z pomocą deepl.com z: Earth magnetism, and Theory