Характеристики магнитного поля кратко: Основные параметры магнитного поля

Основные параметры магнитного поля

Параметры магнитного поля

Пространство, где проявляется действие магнитных сил.
Графически магнитное поле изображается магнитными силовыми линиями направленными от северного полюса к южному.

Магнитное поле в проводниках с электрическим током

Если по проводнику протекает ток, то вокруг проводника создаётся магнитное поле направление которого определяется по правилу Буравчика.

Соленоид – проводник, свёрнутый в спираль.

Если по соленоиду протекает постоянный ток, то он ведёт себя как обыкновенный магнит, на его торцах образуется северный и южный полюс.

Намагничивающая сила соленоида прямо пропорционально ампер – витков.

Ф = К × I × W

Ф – намагничивание

В радиотехнике применяются соленоиды с сердечниками для увеличения интенсивности магнитного поля.

Ф = К × I × W × µ

µ – магнитная проницаемость

Параметры магнитного поля

Магнитная индукция ( В )

Магнитная индукция, характеризует интенсивность магнитного поля, численно определяемая величиной приложенной силы, с которой она действует на проводник длинной в 1 метр и при этом по проводнику протекает ток в 1А.

Размерность 1Тл (тесла)

Магнитный поток Ф

Количество силовых линий приходится на данную площадь

Ф = B × S     1Вб (Вебер)

Напряжённость магнитного поля (Н)

Н – это отношение полного тока пронизывающего данную поверхность к длине магнитной силовой линии.

Магнитная проницаемость (µ) – она показывает , во сколько раз магнитное поле в данном веществе больше или меньше проницаемости в вакууме.

µ (раз)

• µ > 1 – парамагнитные материалы
• µ – диамагнитные материалы
• µ >> 1 – ферромагнитные материалы

Намагничивание ферромагнитного материала

В ферромагнитном сердечнике находится малые по объёму домены, которые хаотично расположены по объёму сердечника, при наличии внешнего поля происходит внешняя переориентация доменов и интенсивность магнитного поля возрастает. Это явление видно по графику.

B = f(Н)

Из графика видно с увеличением Н растёт магнитная индукция.

При некотором значении Н, B наибольшая, наступает магнитное насыщение.

Перемагничивание ферромагнитного материала

Кривая 0,A,B,C,D,F,E обозначает процесс перемагничивания ферромагнитного материала, из графика видно что между A и B имеется некоторое отставание, так называемый магнитный гистерезис.

В зависимости от вида петли гистерезиса, различают магнитные материалы.

Магнитомягкие материалы, – петля гистерезиса узкая магнитная индукция малой величины, такие материалы работают в качестве сердечников трансформаторов и дросселей в цепях переменного тока.

Магнитотвердые материалы – магнитная индукция значительной величины, из таких материалов выполняют постоянные магниты.

В радиотехнике применяют также ферриты с прямой петлёй гистерезиса.

Проводник с током в магнитном поле

Если по проводнику протекает ток, то вокруг него возникает магнитное поле которое взаимодействует с внешним магнитным полем. И в результате проводник какбы выталкивается из магнитного поля.

Такое явление применяется в электродвигателях, тестерах и т.д.

Электрон в магнитном поле (кинескопа)

Если электрон движется в магнитном поле то его собственное магнитное поле взаимодействует с магнитным полем отклоняющей системы (ОС) и в результате траектория электрона изменяется.

Магнитные бури: природа и влияние на человека. Справка

Пик активности Солнца во время предыдущего солнечного цикла пришелся на 2001–2002 годы, когда солнечные ветры исходили с поверхности нашего светила почти постоянно, а солнечные пятна достигли своего максимума. Тогда же специалисты отмечали и крайне неблагоприятные последствия активности и для нашей планеты – электронное оборудование давало сбои, спутники на орбите работали с ошибками.

Самая мощная за всю историю наблюдательной астрономии вспышка произошла 4 ноября 2003 года. Ее энергии, как показали расчеты, могло бы хватить для снабжения электричеством такого города, как Москва, в течение 200 млн. лет.

Влияние магнитных бурь на жизнь и здоровье людей

Геомагнитные бури оказывают влияние на многие области деятельности человека, из которых можно выделить нарушения связи, систем навигации космических кораблей, возникновение поверхностных зарядов на трансформаторах и трубопроводах и даже разрушение энергетических систем.

Магнитные бури также оказывают влияние на здоровье и самочувствие людей. Они опасны в первую очередь для тех, кто страдает артериальной гипертонией и гипотонией, болезнями сердца. Примерно 70% инфарктов, гипертонических кризов и инсультов происходит именно во время солнечных бурь.

Магнитные бури нередко сопровождаются головными болями, мигренями, учащенным сердцебиением, бессонницей, плохим самочувствием, пониженным жизненным тонусом, перепадами давления.   Ученые связывают это с тем, что при колебаниях магнитного поля замедляется капиллярный кровоток и наступает кислородное голодание тканей.

В 1930-х годах в Ницце (Франция) случайно было замечено, что частота инфарктов миокарда и инсультов у пожилых людей резко возрастала в дни, когда в работе местной телефонной станции наблюдались сильные нарушения вплоть до полного прекращения связи. Впоследствии было установлено, что нарушения телефонной связи происходят во время магнитных бурь. На этом основании и был сделан вывод, что инфаркты и инсульты, как и сами срывы телефонной сети, связаны с магнитными бурями.

Острые споры вызывал в свое время вопрос о влиянии солнечной активности на возникновение несчастных случаев и травматизма на транспорте и в производстве. На это впервые указал еще в 1928 году Александр Чижевский, а в 1950-х годах немецкие ученые Рейнхольд Рейтер и Карл Вернер из анализа около 100 тысяч автокатастроф установили их резкое увеличение на второй день после солнечной вспышки. Позже российский судебный медик из Томска Владимир Десятое обнаружил резкое возрастание числа самоубийств (в 4 ‑ 5 раз по сравнению с днями спокойного Солнца) также на вторые сутки после вспышки на Солнце. А это как раз соответствует началу магнитных бурь.

Негативному воздействию магнитных бурь подвержены по разным данным от 50 до 75% населения Земли. При этом момент начала стрессовой реакции может сдвигаться относительно начала бури на разные сроки для различных бурь и для конкретного человека. Многие люди начинают реагировать не на сами магнитные бури, а за 1-2 дня до них, т.е. в момент вспышек на самом Солнце.

Также замечено, что до 50% населения планеты способны к адаптации, т.е. к уменьшению до нуля реакции на подряд идущие друг за другом несколько магнитных бурь с интервалом 6‑7 дней, и что молодые люди практически не ощущают воздействия магнитных бурь.

У теории влияния магнитных бурь на человека есть противники, которые придерживаются того мнения, что гравитационные возмущения, связанные с изменением взаимного расположения Земли, Луны и планет солнечной системы, неизмеримо малы в сравнении с теми, которым люди подвергаются в обычной жизни (тряска, ускорения и торможения в общественном транспорте, резкий спуск и подъем и т. д.).

Материал подготовлен на основе информации РИА Новости и открытых источников

Что такое индукция магнитного поля и магнитный поток. Физика, 9 класс: уроки, тесты, задания.

1.	Основные формулы и понятия Сложность: лёгкое	1
2.	Зависимость величин Сложность: лёгкое	1
3.	Вычисление магнитного потока Сложность: лёгкое	1
4.	Площадь контура Сложность: среднее	1
5.	Вычисление индукции магнитного поля Сложность: среднее	1
6.	Сила магнитного поля Сложность: среднее	2
7.	Сила тока в проводнике Сложность: среднее	2
8.	Прямоугольная рамка Сложность: среднее	2
9.	Наибольшее и наименьшее значения силы Сложность: среднее	2
10.	Угол между индукцией и током Сложность: среднее	2
11.	Равновесие силы магнитного поля и силы тяжести Сложность: сложное	3
12.	Проводник с током, «парящий» в однородном магнитном поле Сложность: сложное	4

Конспект занятие по теме «Магнитное поле и его характеристика»

Занятие №77 по дисциплине «Физика»

Конспект занятие по теме: «Магнитное поле и его характиристика»

Цели занятия:

• способствовать усвоению понятий «магнитное поле», «магнит», «линии магнитной индукции», правила буравчика;

• способствовать выработке навыков применения правила буравчика для определения направления линий магнитной индукции;

• продолжить работу над формированием умений анализировать и обобщать знания о магнитном поле и его характеристиках.

Тип: сообщение новых знаний.

Вид: лекция с элементами беседы.

Оборудование: постоянные магниты, катушка проволочная|, миллиамперметр, портрет ученого Эрстед, магнитная стрелка, металлические опилки, компьютер, экран,

Ход занятия:

1. Организационный момент. Проверить посещаемость студентов на занятии

2. Повторение изученного материала

Вопросы:

1. 1. Какие виды зарядов вы знаете?

   2. Как ведут себя одноименно и разноименно заряженные частицы (тела)?

   3. Что такое электрический ток?

   4. Какое действие может оказывать электрический ток?

3. Сообщение темы и цели занятия

«Сегодня мы с вами начнем изучать новый раздел физики «Магнитное поле», вспомним, какие виды магнитов существуют, а также рассмотрим характеристики магнитного поля».

4. Изучение нового материала.

Явление взаимного притяжения разноименных и отталкивания одноименных зарядов во многом схоже с явлением взаимодействия полюсов магнита. Однако установить связь между этими явлениями долго не получалось. В 1820 году датский химик Эрстед демонстрирую, отсутствие связи между электрическим полем и магнитным пришел к совершенно противоположным выводам, чему был крайне удивлен.

(,демонстрация опыта проводник с током и магнитная стрелка).

В тоже время французский физик А. Ампер установил, что два проводника с током, расположенные параллельно друг другу, испытывают взаимное притяжение при пропускании электрического тока в одном направлении и отталкиваются, если токи текут в противоположных направлениях.

Взаимодействия между проводниками с током, то есть взаимодействия между движущимися электрическими зарядами, называют магнитными.

Силы, с которыми проводники с током действуют друг на друга, называют магнитными силами.

Магнитное поле представляет собой особую форму материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися заряженными частицами.

Основные свойства магнитного поля:

• Магнитное поле порождается электрическим током (движущимися зарядами).

• Магнитное поле обнаруживается по действию на электрический ток (движущиеся заряды).

• Магнитное поле существует реально независимо от нас, от наших знаний о нем.

Неподвижные заряды не создают магнитное поле, это могут осуществлять только движущиеся заряды (электрический ток) или постоянные магниты.

Магнит – это тело, обладающее собственным магнитным полем.

Природные магниты, называемые магнитной рудой, образуются, когда руда, содержащая железо или окиси железа, охлаждается и намагничивается за счет земного магнетизма. Постоянные магниты обладают магнитным полем при отсутствии электрического тока, так как их домены постоянно ориентированы в одном направлении.

Временные магниты — это магниты, которые действуют как постоянные магниты только тогда, когда находятся в сильном магнитном поле, и теряют свой магнетизм, когда магнитное поле исчезает. В качестве примера можно привести скрепки и гвозди, а также другие изделия из «мягкого» железа.

Электромагниты представляют собой металлический сердечник с индукционной катушкой, по которой проходит электрический ток.

При изучении постоянных магнитов было установлено, что они имеют два полюса: северный и южный, одноименные отталкиваются, разноименные притягиваются. Это наводило на мысль о существовании в природе магнитных зарядов. Но опыт показал, что нельзя разделив магнит на две половины получить один полюс магнита.

Если отдельные тела можно зарядить положительно или отрицательно, т. к. существует элементарный электрический заряд, то никогда нельзя отделить северный полюс магнита от южного. В природе не существует отдельных магнитных зарядов.

Внутри атомов и молекул вещества циркулируют элементарные токи, хаотично по отношению друг к другу. В намагниченном состоянии (например, в постоянных магнитах) элементарные токи ориентированны определенным образом.

Графически изобразить магнитное поле можно при помощи линий магнитной индукции.

Магнитные линии – это воображаемые линии, вдоль которых расположились бы маленькие магнитные стрелки, помещенные в магнитное поле.

Условились, за направление принимать направление северного конца магнитной стрелки.

Силовые линии выходят из северного полюса, а входят, соответственно, в южный полюс магнита.

Для графического изображения полей удобно пользоваться силовыми линиями (линиями магнитной индукции).

Линиями магнитной индукции называются кривые, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора в этой точке. (слайд 7)

Направление линий магнитной индукции связано с направлением тока в проводнике. Их направление определяется по правилу буравчика:

если направление поступательного движения буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика совпадает с направлением вектора магнитной индукции.

Важная особенность линий магнитной индукции состоит в том, что они не имеют ни начала, ни конца. Они всегда замкнуты. (слайд 10)

Поля с замкнутыми силовыми линиями называют вихревыми.

Магнитное поле – вихревое поле.

Конфигурацию силовых линий магнита легко установить с помощью мелких железных опилок, которые намагничиваются в исследуемом магнитном поле и ведут себя подобно маленьким магнитным стрелкам (поворачиваются вдоль силовых линий).

Формула связи вектора магнитной индукции и напряженности магнитного поля:

Экспериментальные данные были обобщены французскими физиками Био и Саваром, а французский математик Лаплас объединил все формулой, которая называется формулой Био – Савара – Лапласа:

5. Закрепление изученного материала.

Задание 1. Тестирование по теме: «Магнитное поле»

1. Прямолинейный проводник с током длиной 5 см перпендикулярен линиям индукции однородного магнитного поля. Чему равен модуль индукции магнитного поля, если при токе в 2 А на проводник действует сила, модуль которой равен 0,01 Н?

1) 0,0001 Тл

2) 0, 001 Тл

3) 0,1 Тл

4) 1 Тл

5) 10 Тл

2. Если на линейный проводник длиной 50 см с током 2 А, помещенный в однородное магнитное поле с индукцией 0,1 Тл, действует сила 0,05 Н, то угол между проводником и вектором магнитной индукции равен

1) 30є

2) 60є

3) 45є

4) 90є

5) 0є

3. На прямолинейный проводник, расположенный в однородном магнитном поле с индукцией 0,05 Тл под углом 30? к полю, действует сила 0,5 Н при пропускании по нему тока 20 А. Какова длина проводника?

1) 0,5 м

2) 1 м

3) 5 м

4) 0,25 м

5) 2,5 м

4. Ток по проводнику идет с запада на восток. Сила, с которой магнитное поле Земли (вектор индукции направлен вертикально вверх от Земли) действует на этот проводник, направлена:

5. Ток по проводнику идет с севера на юг. Сила, с которой магнитное поле Земли (вектор индукции направлен вертикально вниз к Земле) действует на этот проводник, направлена: 6. Прямой проводник с током помещен в однородное магнитное поле перпендикулярно линиям магнитной индукции В (смотри рисунок). Как направлена сила Ампера, действующая на проводник, если потенциал точки А больше потенциала точки С?

Задание 2. Решение житейских задач по теме: « Магнитные свойства вещества».

Решите задачи:

1. В силу каких причин железнодорожные рельсы проявляют магнитные свойства? Как зависят эти свойства от направления расположения рельсов?

2.У двухлетнего мальчика в легких оказался стальной шуруп.

Пользуясь бронхоскопом – прибором для просматривания бронхов, врач удалил шуруп бесскальпельным способом. Как он это сделал?

3.Разведчик обнаружил двухпроводную линию постоянного тока.

Как при помощи вольтметра постоянного тока и магнитной стрелки он определил, на каком конце линии находится электростанция ?

4.Можно ли на Луне ориентироваться с помощью магнитного компаса?

5.Как взаимодействуют воздушные провода, питающие двигатель вагона троллейбуса?

6. Заключительная часть

1Подведение итогов.

2Выставление отметок.

3. Домашнее задание.

§ 105-107

Основные источники:

1. Генденштейн Л.Э. Дик Ю.И. Физика. Учебник для 11 кл. – М., 2015.

2. Дмитриева В.Ф. Задачи по физике: учеб. пособие. – М., 2014.

3. Дмитриева В.Ф. Физика: учебник. – М., 2014..

4. Самойленко П.И., Сергеев А.В. Сборник задач и вопросы по физике: учеб. пособие. – М., 2015.

5. Самойленко П.И., Сергеев А.В. Физика (для нетехнических специальностей): учебник. – М., 2015.

Классификация магнитных материалов по магнитным свойствам

В зависимости от магнитных свойств материалы разделяют на диамагнетики, парамагнетики, ферромагнетики, антиферромагнетики и ферримагнетики. Количественно магнитные свойства материалов принято оценивать по их магнитной восприимчивости λ = М/Н, где М — намагниченность вещества; Н — напряженность магнитного поля.

Это вещества, атомы, ионы или молекулы которых не имеют результирующего магнитного момента при отсутствии внешнего поля. Диамагнитный эффект является результатом воздействия внешнего магнитного поля на молекулярные токи и проявляется в том, что возникает магнитный момент, направленный в сторону, обратную внешнему полю. Таким образом, во внешнем магнитном поле диамагнетики намагничиваются противоположно приложенному полю, т. е. имеют отрицательную магнитную восприимчивость (λ < 0). Диамагнитные вещества выталкиваются из неравномерного магнитного поля, а в равномерном магнитном поле вектор намагниченности диамагнетика стремится расположиться перпендикулярно к направлению поля. Диамагнетизм присущ всем без исключения веществам в твердом, жидком и газообразном состояниях, но проявляется слабо и часто подавляется другими эффектами.

Это вещества, атомы, ионы или молекулы которых имеют результирующий магнитный момент при отсутствии внешнего магнитного поля. Во внешнем магнитном поле парамагнетики намагничиваются согласно с внешним полем, т. е. имеют положительную магнитную восприимчивость (λ > 0). Парамагнитный эффект присущ веществам с нескомпенсированным магнитным моментом атомов при отсутствии у них порядка в ориентации этих моментов. Поэтому, когда нет внешнего магнитного поля, атомные магнитные моменты располагаются хаотически и намагниченность парамагнитного вещества равна нулю. При воздействии внешнего магнитного поля атомные магнитные моменты получают преимущественную ориентацию в направлении этого поля, и у парамагнитного вещества проявляется намагниченность.

Это вещества, в которых магнитные моменты атомов или ионов находятся в состоянии самопроизвольного магнитного упорядочения, причем результирующие магнитные моменты каждого из доменов отличны от нуля. При воздействии внешнего магнитного поля магнитные моменты доменов приобретают преимущественное ориентирование в направлении этого поля и ферромагнитное вещество намагничивается. Ферромагнитные вещества характеризуются большим значением магнитной восприимчивости (>> 1), а также ее нелинейной зависимостью от напряженности магнитного поля и температуры, способностью намагничиваться до насыщения при обычных температурах даже в слабых магнитных полях, гистерезисом — зависимостью магнитных свойств от предшествующего магнитного состояния, точкой Кюри, т. е. температурой, выше которой материал теряет ферромагнитные свойства. К ферромагнитным веществам относятся железо, никель, кобальт, их соединения и сплавы, а также некоторые сплавы марганца, серебра, алюминия. Ферромагнитные свойства у вещества могут возникать лишь при достаточно большом значении обменного взаимодействия, что характерно для кристаллов железа, кобальта, никеля и др. Необходимое значение обменного взаимодействия ферромагнетики имеют лишь в твердом состоянии. Этим объясняется отсутствие в природе жидких и газообразных ферромагнетиков. Ферромагнетизм сплавов, целиком состоящих из «парамагнитных» компонентов, объясняется тем, что в этих сплавах, основой которых обычно является марганец или хром, введение в решетку основы атомов висмута, сурьмы, серы и теллура изменяет электронную структуру кристаллов, в результате чего создаются условия для возникновения ферромагнетизма.

Это вещества, в которых магнитные моменты атомов или ионов находятся в состоянии самопроизвольного магнитного упорядочения, причем результирующие магнитные моменты каждого из доменов равны нулю. При воздействии внешнего магнитного поля магнитные моменты атомов приобретают преимущественную ориентацию вдоль внешнего поля и антиферромагнитное вещество намагничивается. Антиферромагнитные вещества характеризуются кристаллическим строением, небольшим коэффициентом магнитной восприимчивости (λ = от 10^-3 до 10^-5), постоянством восприимчивости в слабых полях и сложной зависимостью от магнитного поля в сильных полях, специфической зависимостью от температуры, а также температурой точки Нееля, выше которой вещество переходит в парамагнитное состояние. К антиферромагнетикам относятся чистые металлы хром и марганец, редкоземельные металлы цериевой подгруппы: церий, неодим, празеодим самарий и европий. Редкоземельные металлы диспрозий, гольмий и эрбий в зависимости от температуры могут быть антиферромагнетиками или ферромагнетиками. При воздействии на эти металлы, находящиеся в антиферромагнитном состоянии внешнего магнитного поля, превышающего критическое значение, происходит переход антиферромагнитного порядка в ферромагнитный, сопровождающийся скачкообразным появлением намагниченности (М~ 1600 кА/м). Аналогичные превращения можно наблюдать у тулия и тербия.

Это кристаллические вещества, магнитную структуру которых можно представить в виде двух или более подрешеток; магнитные моменты атомов или ионов находятся в состоянии самопроизвольного магнитного упорядочения, причем результирующие магнитные моменты каждого из доменов отличны от нуля.

Магнитные материалы первой группы применяются в электронных элементах, для которых нет особых требований к температурной и временной нестабильности. Определяющими параметрами данной группы материалов являются начальная магнитная проницаемость и тангенс угла магнитных потерь.

Материалы второй группы имеют малые значения относительного температурного коэффициента магнитной проницаемости в рабочем интервале температур и достаточно высокую временную стабильность начальной магнитной проницаемости. Значение магнитной индукции при поле Н = 800 А/м при нормальной (комнатной) температуре составляет 0,25-0,38 Тл.

К третьей группе относятся материалы с высоким значением начальной магнитной проницаемости на низких частотах. При этом повышенные требования к температурному коэффициенту проницаемости не предъявляются.

Для ферритовых материалов четвертой группы характерны малые значения магнитных потерь в сильных электромагнитных полях и высокое значение магнитной индукции при повышенной температуре (до 100-120°С) и подмагничивании.

Пятая группа ферритов характеризуется повышенными значениями импульсной магнитной проницаемости и температурной стабильностью магнитной проницаемости.

К шестой группе относятся ферритовые материалы, которые характеризуются начальной магнитной проницаемостью, коэффициентом амплитудной нестабильности магнитной проницаемости, коэффициентом перестройки по частоте, тангенсом угла магнитных потерь при различных индукциях, низкой начальной проницаемостью.

Особое место занимают ферритовые материалы седьмой группы. Они характеризуются повышенной добротностью как в слабых, так и в сильных электромагнитных полях, малыми линейными искажениями, низкой начальной проницаемостью.

Инверсию магнитного поля Земли обвинили в вымирании неандертальцев

«Цепочка наших рассуждений об этом событии выстраивается от находки 2019 года в Новой Зеландии – окаменелого дерева каури. Благодаря исследованию его годичных колец мы уточнили датировку [события Лашамп] и смогли синхронизовать данные от разных источников», – рассказал один из авторов работы, сотрудник СПбГУ и Физико-метеорологической обсерватории Давоса Евгений Розанов.

В центре исследования было так называемое событие Лашамп – кратковременное изменение магнитного поля Земли, датировку которого ученые знали лишь примерно – 41,4±2 тыс. лет назад. Ранее исследователи не знали, как это событие повлияло на жизнь на планете. Окаменевшее дерево каури (Agathis australis), найденное в 2019 году в Новой Зеландии, дало им такую возможность.

Оно застало большую часть события Лашамп, поэтому исследование годовых колец этого дерева рассказало ученым об особенностях окружающей среды той эпохи. Исследователи сопоставили эти данные с хроникой изменения магнитного поля, которая сохранилась в горных породах, следами космического излучения во льдах Антарктиды и Гренландии и другими природными факторами. Кроме того, авторы работы воспользовались компьютерной моделью атмосферы нашей планеты.

Они пришли к выводу, что во время события Лашамп магнитное поле Земли уменьшалось в течение примерно полутора тысяч лет. Из-за этого до поверхности планеты добиралось больше космического излучения, чем раньше.

Примерно тем же временем датируются первые образцы наскальной живописи, сделанные охрой. Ученые связывают эти два факта: неандертальцы и Homo sapiens могли чаще прятаться от ультрафиолетового излучения в пещерах, а охру применять сперва для защиты от солнечного света, и уже потом – для отпечатков ладоней и рисунков на стенах пещер.

Другим последствием инверсии магнитных полюсов могло быть вымирание неандертальцев, а также других видов животных и растений.

Некоторые ученые считают, что сейчас северный магнитный полюс движется примерно с той же скоростью, что и во время события Лашамп. Авторы исследования опасаются, что если нечто похожее произойдет в ближайшее время, последствия могут быть катастрофическими, ведь атмосфера Земли и так перенасыщена парниковыми газами. Поэтому они, кроме прочего, призывают снизить выбросы углекислого газа до того, как подобная событию Лашамп катастрофа произойдет снова. 

Магнитное поле Земли: определение и характеристики

Магнитное поле Земли

Магнитное поле Земли — это магнитное поле, которое исходит от ядра Земли и окружает Землю. Его можно рассматривать как своего рода силовое поле, которое окружает Землю и защищает нашу планету от солнечной радиации. Без магнитного поля космические лучи и излучение проникли бы на нашу планету, а форма солнечного излучения от Солнца, называемая солнечным ветром , разрушила бы атмосферу Земли, уничтожив большинство форм жизни на нашей планете. Знаменитое «Северное сияние» вызвано отклонением смертоносных космических лучей магнитным полем Земли. Это «силовое поле» или магнитосфера, окружающая нашу планету, простирается на несколько тысяч километров в космос вокруг Земли.

Мы можем представить Землю как один большой геомагнит с северным и южным полюсами. Северный полюс и южный полюс находятся относительно близко к верхней и нижней части планеты, поэтому иногда мы называем арктический регион Северным полюсом, а район вблизи Антарктиды — Южным полюсом.Линии магнитного поля простираются от обоих этих полюсов в космос, чтобы создать эту магнитосферу вокруг Земли (см. фото). Еще один интересный факт о магнитном поле Земли заключается в том, что оно наклонено под углом 10 градусов к оси Земли.

Почему у Земли есть магнитное поле?

Мы узнали, что Земля имеет магнитное поле, которое окружает ее и действует как своего рода силовое поле, защищающее нас от космического излучения и солнечного ветра. Но почему у Земли есть магнитное поле? Что вызывает это?

Ядро Земли состоит из различных металлов, в основном из железа и никеля, а также из других тяжелых металлов, таких как золото, платина и уран. Так является ли магнитное поле Земли результатом металлов в ее ядре? Хотя большинство металлов обладают магнитными свойствами, в ходе наших исследований магнетизма мы также узнали, что при экстремально высоких температурах, например, в ядре Земли, металлы теряют свои магнитные свойства. Так что же тогда вызывает магнитные поля Земли?

Магнитное поле Земли является результатом так называемого динамо-эффекта . Эффект динамо возникает, когда вращающийся электрический ток создает магнитное поле.Текущий расплавленный металл в ядре Земли генерирует электрический ток. А поскольку Земля вращается, это создает магнитное поле. Следовательно, нет течения металла или нет вращения, значит нет и магнитного поля. Считается, что именно это и произошло с Марсом. Марс, будучи каменистой планетой, имеет металлическое ядро, как и Земля, и, как и Земля, вращается вокруг своей оси. Однако на Марсе нет расплавленного металла, который создавал бы электрический ток. Поэтому ученые считают, что Марс без магнитного поля, защищающего его от солнечного ветра, потерял большую часть своей атмосферы из-за того, что солнечный ветер сорвал ее.

Магнитное поле Земли меняется

Еще один действительно интересный аспект магнитного поля Земли заключается в том, что оно переворачивается каждые 100 000–250 000 лет или около того! Это означает, что то, что было северным полюсом (арктический регион), становится южным полюсом, а то, что было южным полюсом (антарктический регион), становится северным полюсом. Однако в последний раз магнитное поле Земли переворачивалось около 780 000 лет назад, а это означает, что это явление сильно отстает от обычного графика и может произойти в ближайшее время! Более того, ученые недавно обнаружили, что магнитное поле Земли ослабевает, теряя 5% своей силы каждые 10 лет.Ученые до сих пор не уверены, почему, но некоторые предположили, что это может быть связано с тем, что магнитное поле Земли готовится перевернуться.

Краткий обзор урока

Магнитное поле Земли — это магнитное поле, которое исходит от ядра Земли и окружает Землю. Магнитное поле Земли вызвано динамо-эффектом , созданием магнитного поля из-за движущегося электрического тока. Течение расплавленного металла в ядре Земли создает электрический ток, а при вращении Земли это создает эффект динамо, который дает нам наше магнитное поле.Наше магнитное поле защищает нас от вредного космического излучения и солнечного ветра , который помешал бы жизни на нашей планете, какой мы ее знаем. Кроме того, магнитное поле уменьшается, что может быть связано с тем, что магнитное поле Земли переворачивается каждые сотни тысяч лет.

Использование неодимовых магнитов в здравоохранении и их влияние на здоровье

Abstract

Свойства сильного магнитного поля магнитов привели к их использованию во многих современных технологиях, а также в области медицины и стоматологии.Неодимовые магниты — это мощный тип магнита, который стал предметом недавних исследований. В этом обзоре дается краткое объяснение определения, истории и характеристик редкоземельных магнитов. Кроме того, представлен широкий обзор результатов, полученных в проведенных до настоящего времени исследованиях воздействия магнитов, в частности неодимовых магнитов, на системы организма, ткани, органы, заболевания и методы лечения. Хотя они используются в секторе здравоохранения в различных диагностических устройствах и в качестве терапевтических инструментов, существует некоторая вероятность вредных последствий, а также риск несчастного случая.Исследования все еще недостаточны; однако неодимовые магниты, по-видимому, имеют большие перспективы как для диагностических, так и для терапевтических целей.

Ключевые слова: Здоровье, магнит, неодим

Неодим — химический элемент, открытый в 1885 году. Этот элемент (атомный номер 60) имеет серебристо-белый металлический цвет и относится к группе лантаноидов, являющейся подгруппой редкоземельных элементов (атомные номера 57–71) в периодической таблице и быстро окисляется на воздухе. Лантаниды играют важную роль в новых технологических разработках, таких как ветряные турбины, электронные гибридные автомобили и в оборонной промышленности.

В природе неодим не существует в металлическом виде или в смешанных формах с другими лантаноидами, но очищается для общего использования и добывается в США, Бразилии, Индии, Австралии, Шри-Ланке и преимущественно в Китае.

Неодим-железо-бор магниты были разработаны General Motors и Hitachi в 1980-х годах. Поскольку он обеспечивает высокую магнитную силу даже в меньших количествах, ему все чаще отводится более заметная роль в производстве сильных постоянных магнитов, состоящих из редкоземельных элементов.В области информационных технологий неодимовые магниты, в частности, используются в жестких дисках, мобильных телефонах, видео- и аудиосистемах телевидения [1].

Неодимовые магниты также широко используются в магнитных сепараторах, фильтрах, ионизаторах, в производстве кнопок включения-выключения, сектора безопасности и систем безопасности. Производители жироулавливающих фильтров используют неодимовые магниты в металлических сепараторах для более эффективной фильтрации железного порошка в масле. Кроме того, они полезны при покрытии машин, автомобилей с тентом и при производстве магнитных ремней для инструментов.Они также используются в зажимах для украшений, идентификационных бейджах и в производстве детских колясок, которые крепятся к переноскам с помощью магнитов.

Сектор здравоохранения — это еще одна область, в которой неодимовые магниты используются в медицинских устройствах, например, в устройствах магнитно-резонансной томографии для диагностики и лечения хронического болевого синдрома, артрита, заживления ран, бессонницы, головной боли и некоторых других заболеваний благодаря их способности генерировать статическое магнитное поле. В последнее десятилетие наблюдается рост их использования [2].Считается, что эти магниты обладают лечащим эффектом, поэтому их иногда называют «волшебными магнитами».

НАСА использует неодимовые магниты для поддержания мышечного тонуса космонавтов во время космических полетов [2].

Неодимовые магниты обладают двухтактным усилием и используются в качестве устройства, генерирующего движение, при ортодонтическом лечении; молярная дистилляция и небное расширение [3, 4].

Сообщалось, что статическое магнитное поле стимулирует формирование кости посредством дифференцировки или активации остеобластов [5, 6].

Количество неодимовых магнитов, используемых во всех этих областях, увеличилось с 1 тонны до 60 000 тонн в период с 1983 по 2007 год. С 1990 года Китай доминирует в добыче редкоземельных элементов. Добыча редких элементов оказывает различное воздействие на окружающую среду из-за низкой концентрации этих веществ; поэтому многие страны прекратили добычу редких элементов и почти все страны зависят от импорта из Китая [1].

Влияние неодимовых магнитов на здоровье и использование в медицине

Сердечно-сосудистая система

В исследовании, проведенном в 2004 г., сообщалось, что лазерный допплер значительно снижает кровоток и кожную перфузию крови (СКК) у 2 ^и и 4 ^-й -й пальцев недоминантных рук обоих полюсов неодимового магнита [7].

Другое исследование показало, что неодимовые магнитные поля усиливают микроциркуляцию в ногтевом ложе, хотя это исследование противоречило другим исследованиям [8].

Отмечено снижение потока эритроцитов в капиллярах скелетных мышц при воздействии сильных статических магнитных полей [9]. Внутриопухолевая микроциркуляция характеризуется извилистыми микрососудами с хаотичным строением и неустойчивым нерегулярным кровотоком. Исследование сообщило об уменьшении кровотока и плотности кровеносных сосудов в опухолях, которые лечили с помощью статических магнитных полей.В том же исследовании было показано, что в неопухолевых скелетных мышцах, подвергнутых воздействию статических магнитных полей, активация и адгезия тромбоцитов усиливаются [9]. Считается, что магнитное поле, создаваемое неодимовыми магнитами, увеличивает микроциркуляцию, но влияние на это точно не известно.

В ходе исследования на спины лабораторных мышей хирургическим путем помещали специальное устройство. В одной группе к устройству были прикреплены неодимовые магниты, а в другой группе — немагнитные пластины одинакового размера и веса.Показано, что диаметры артериол и венул у мышей, подвергшихся воздействию постоянного магнитного поля, создаваемого неодимовыми магнитами, значительно уменьшались [10].

Другое исследование, проведенное в 2015 году, в котором воротные вены собак были перерезаны и реконструированы, анастомоз в одной группе был выполнен с использованием традиционных ручных швов, а в другой группе — путем закрытия его кольцами, состоящими из неодимовых магнитов. В последнем восстановление длилось значительно меньше времени, а интима формировалась более гладко и регулярно, чем в первом [11].

Биполярные абляционные катетеры, униполярные абляционные катетеры и биполярные катетеры с прикрепленными к ним магнитами были опробованы в толстых и плотных тканях, где трудно создать полнослойное поражение, как в стенке левого желудочка. Как трансмуральный проход, так и толщина образования, сформированного намагниченным биполярным катетером, оказались выше, чем у других [12].

Нейронная система

Магниты можно использовать для создания магнитных полей в исследованиях нейронной электрической активности.Влияние магнитных полей, созданных с помощью неодимовых магнитов, на повреждение нервной системы изучалось в ходе исследования, в ходе которого их применяли к 17 здоровым добровольцам в течение 2 часов. Были изучены энолаза, специфичная для нейронов, которая является детерминантой повреждения нейронов, и уровни S100 в крови, тест, проведенный для измерения умственных способностей, показал, что параметры, протестированные на 17 добровольцах, не подвергались влиянию магнитных полей, а создание магнитного поля с помощью неодимовых магнитов казалось быть в безопасности по этим параметрам [13].

Рекуррентная транскраниальная магнитная стимуляция (рТМС) является одобренным и эффективным методом лечения большой депрессии. Синхронизированная ТМС (sTMS), которая является модифицированной формой rTMS, также была опробована для лечения того же самого. Исследование, проведенное в 2014 году, показало, что в то время как частота встречаемости пациентов, страдающих большой депрессией и получавших сТМС, снизилась на 48%, в контрольной группе она снизилась на 19%, и эта разница была статистически значимой. Неодимовые магниты используются в ТМС для создания магнитных полей и, в отличие от электрошокового лечения большой депрессии, ТМС не требует анестезии [14]. Кроме того, другое исследование, проведенное в 2015 году, показало, что использование сТМС эффективно при лечении большой депрессии [15].

Размещение магнитов на верхних и нижних веках при лечении лагофтальма дало успешные результаты [16].

Альтернативные методы лечения, включая магнитотерапию, были исследованы на вазомоторные симптомы менопаузы, и было обнаружено, что они не эффективны при лечении этих симптомов [17].

В другом исследовании, чтобы обеспечить раскрытие голосовой щели при двустороннем параличе голосовых связок, магниты ex vivo помещали в гортань овцы с расширенным зазором.Устройство обеспечивает подходящую апертуру голосовой щели, которая выигрывает от магнитов, и это может быть использовано в будущем [18].

Система скелета, мышц и суставов

Было проведено сравнение влияния имплантатов с неодимовыми магнитами, помещенных в большеберцовую кость кролика, и немагнитных имплантатов на костную ткань. Магнитные имплантаты укрепили как мозговое вещество, так и кору вокруг костной ткани, и увеличение мозгового вещества было статистически значимым [19].

В другом исследовании, проведенном с использованием модели кролика с трабекулярным повреждением, магнитный каркас был помещен в поврежденную область дистального эпифиза бедренной кости, а цилиндрические неодимовые магниты (NdFeB) были помещены в соседнюю область, взаимодействие наблюдалось.В конце эксперимента было обнаружено, что NdFeB защищает от микродвижений, сохраняя магнитный каркас постоянным, и это важно для поддержания регулярной регенерации тканей [20].

В рандомизированном двойном слепом плацебо-контролируемом исследовании изучалось лечебное действие неодимовых магнитов на симптомы остеоартрита; участников заставили примерить четыре типа браслетов. При сравнении в качестве экспериментального устройства использовались магнитные неодимовые браслеты, а в качестве контрольных — слабоувеличенные, размагниченные и медные браслеты.Оценивались индекс остеоартрита WOMAC, опросник McGill Pain-рейтинговый индекс боли (PRI), визуальная аналоговая шкала и прием лекарств. Среди этих шкал только субшкалы PRI выявили статистически значимую разницу. Терапевтические преимущества браслетов связаны с эффектом плацебо. Эти устройства не имеют серьезных побочных эффектов, поэтому их можно использовать для эффекта плацебо [21].

В другом исследовании сложность формирования контрольной группы, в которой тестировались магнитные браслеты, была связана с тем, что предоставление слабоэффективного браслета контрольной группе может быть неэффективным для облегчения боли при артрите, поскольку участник мог проверить силу запястья [22]. ].

В исследовании, в ходе которого изучалась роль статического магнитного поля в лечении запястного канала, оценивалось влияние двух разных уровней магнитного поля на срединный нерв. В рандомизированном двойном слепом плацебо-контролируемом исследовании 12-недельное наблюдение проводилось после 6-недельного вмешательства. Участники, у которых с помощью электрофизиологических тестов был диагностирован синдром запястного канала, всю ночь носили неодимовые магниты и немагнитные диски. Были использованы Бостонский опросник для запястного канала, оценка тяжести симптомов (SSS), оценка тяжести функции (FSS) и четыре параметра, измеряющие медианную нейронную активность.Эти параметры включали сенсорную дистальную латентность, амплитуду потенциала действия сенсорного нерва, двигательную дистальную латентность и составную амплитуду потенциала двигательного действия. Среди групп не было обнаружено существенных различий в проводимости SSS и FSS по срединному нерву. Восстановление симптомов наблюдалось через 6 недель для SSS и FSS в обеих группах. Изменение симптомов как в магнитных, так и в немагнитных группах дисков происходило в одном направлении и размере [23].

В двух систематических обзорах, проведенных в 2012 году, в которых изучались магнитные браслеты и несколько других альтернативных методов лечения артрита, со ссылкой на отсутствие достаточного количества исследований по этому вопросу был сделан вывод об отсутствии последовательных доказательств их эффективности при ревматоидном артрите. лечение остеоартрита [24, 25].

В исследовании влияние статического магнитного поля на лечение отсроченной мышечной болезненности не выявило различий по сравнению с плацебо [26].

Желудочно-кишечная система

В исследовании, проведенном в 2012 году, неодимовые магниты использовались для фиксации эндоскопически определенных опухолей толстой кишки. Во время лапароскопической операции, проводимой без таких инструментов, как флюороскопия или ультразвуковое исследование, магниты использовались для легкого доступа к опухоли. Интраоперационная локализация выраженных поражений была успешной у 27 (96%) из 28 пациентов [27].

В исследовании на животных кольцеобразные магниты эндоскопически использовали для магнитно-компрессионного анастомоза (магнамоза), располагая их напротив друг друга в целевых областях [28, 29]. Магниты также использовались хирургическим путем на людях; нежелательные ткани в области операции были безопасно удалены с помощью магнитных щипцов в ходе 44 лапароскопических операций, включая холецистэктомию, гастроеюноанастомоз и спленэктомию, выполненных у детей в период с 2009 по 2011 год [30].

Предыдущие исследования проглоченных магнитов задокументировали опасные для жизни травмы, включая свищи и перфорации, особенно у детей.В двух отдельных исследованиях, сравнивающих количество и размер магнитов, проглоченных детьми в 2002–2009 и 2010–2012 гг., было отмечено увеличение числа случаев, связанных с более чем одним магнитом, и уменьшение размера проглоченного магнита, но все случаях требовалось хирургическое вмешательство. Этот результат был связан с увеличением доступности магнитов для детей в повседневной жизни [31]. Эти данные свидетельствуют о том, что использование магнитов вместо английских булавок может быть особенно вредным для детей.Североатлантическое американское общество детской гастроэнтерологии, гепатологии и питания выступало за запрет продажи сильных магнитов, включая неодим, но в 2014 году заявило, что эти усилия недостаточно эффективны. [32].

Травмы, связанные с магнитом

В опубликованном в 2015 году отчете о случае, который привел к принятию мер, регулирующих использование магнитов на рабочем месте, указывалось, что 52-летний мужчина получил травму при попытке произвести электричество для экспериментальных целях с использованием устройства, содержащего неодимовые магниты. Магнит разбился на куски, повредив ему лицо. В отчете также обсуждались трудности работы с сильными магнитами с использованием традиционных инструментов и возможные повреждения, вызванные неконтролируемыми движениями, вызванными такими инструментами. Соответственно было заявлено, что существует потребность в медицинском оборудовании, нечувствительном к магнитным воздействиям [33].

Ориентация железосодержащих наночастиц с помощью магнитов и их использование в фармакотерапии

В настоящее время магнитные наночастицы оксида железа используются в ряде биомедицинских и нейробиологических операций, например, при мониторинге и лечении опухолей.

В исследовании сообщается, что прикрепление оксидных наночастиц к мембране астроцитов и их проникновение в клетки облегчается благодаря магнитному полю, создаваемому неодимовыми магнитами, расположенными под клетками астроцитов в головном мозге [34].

Стволовые клетки человека в бессывороточной среде, к которой было добавлено количество магнитных наночастиц, содержащих железо (0,043 мг/мл) на нетоксичном уровне, использовались вместе с неодимовыми магнитами и наблюдались ежедневно. В этом исследовании не было зарегистрировано влияния на препотентность и пролиферацию стволовых клеток [35].

В исследовании, проведенном на свиньях в 2014 году, сосудистые стенты были намагничены с помощью неодимовых магнитов и, таким образом, были обеспечены прилипание к клеткам эндотелия, которые были подкреплены частицами железа. Это может привести к важному развитию процедур, связанных со стентированием, поскольку ускорение эндотелизации снизит риск тромбоза [36].

В исследовании на животных, опубликованном в 2012 году, ориентация стволовых клеток, содержащих частицы железа, в целевой области сетчатки снова обеспечивалась с помощью неодимовых магнитов.Это оказалось особенно важным при лечении возрастной дегенерации желтого пятна и пигментного ретинита [37].

Наночастицы, нагруженные цитотоксическими химиотерапевтическими агентами, могут быть ориентированы на опухоли. В опухолевых участках увеличивается проницаемость капилляров, и частицы, которые не могут межклеточно перемещаться в других местах, могут проникать в опухоль. Это прохождение наночастиц может быть усилено ориентацией магнитами [38].

В эксперименте по закрытию аневризмы магниты, помещенные на наружную часть тела подопытных кроликов, использовались для направления магнитных микрочастиц в кровообращении к этой области в течение не менее 30 минут.Хотя реканализация аневризмы наблюдалась через 12 недель во время последующего наблюдения, это было важным исследованием возможных новых методов лечения аневризм [39].

Другое исследование, проведенное в 2014 г., показало, что сперматозоиды, подвергшиеся воздействию магнитного поля, более выносливы [40].

Использование магнитов в стоматологии

Магниты также использовались в ортодонтических операциях. Выдвижение заглубленного корня зуба наружу при переломе зуба можно осуществить с помощью магнитов через 9–12 недель.Затем выходящий корень можно восстановить с помощью таких методов, как фарфоровое покрытие [41]. Неодимовые магниты используют с покрытиями, так как они не устойчивы к коррозии и постепенной потере прочности [42].

Как некоторые животные используют магнитное поле Земли для навигации

ПРИХОДИТЕ зимой тысячи садовых певчих камышевок, мухоловок-пеструшек и боболинков — все крошечные певчие птицы — пересекут экватор, направляясь на юг в более солнечные края. Это эпическое путешествие. Для ориентира они будут полагаться на положение солнца и звезд, а также на запахи и другие ориентиры.Они также могут использовать магнитное поле Земли благодаря чувству, известному как магниторецепция. Теории об этом давно привлекали шарлатанов. Франц Антон Месмер, немецкий врач, работавший в конце 1700-х годов, утверждал, что живые существа содержат магнитные жидкости, нарушение баланса которых приводит к болезням. Его идея «животного магнетизма» была развенчана, а к подобным идеям относились скептически. Но магниторецепция привлекла более серьезное внимание в последние полвека. Новаторское исследование, проведенное в 1972 году, показало, что европейские малиновки реагируют на магнитные сигналы.С тех пор список животных с магнитным чутьем расширился и теперь включает виды всех категорий позвоночных, а также некоторых насекомых и ракообразных. Некоторые могут использовать его просто для ориентации, например, слепые землекопы. Другие — лосось, лангусты, соловьи-дрозды — могут использовать его для миграции и самонаведения наряду с другими сенсорными сигналами. Как они это делают?

Представьте, что магнитное поле Земли формируется стержневым магнитом в центре планеты. Из южного полушария силовые линии магнитного поля огибают земной шар и снова входят в планету в северном полушарии.Некоторые особенности поля предсказуемо варьируются по поверхности Земли. Интенсивность является одной из переменных: магнитное поле Земли самое слабое на экваторе и самое сильное на полюсах. Другое дело склонность. Угол между силовыми линиями и Землей меняется с широтой, поэтому животное, мигрирующее на север от экватора, встречает на своем пути все более крутые углы наклона.

Животные потенциально могут получать два типа информации из геомагнитного поля: направление, в котором они смотрят, и то, где они сидят относительно цели.Информация о направлении является более простой, поскольку полярность позволяет животным ориентироваться на север или юг, как если бы они пользовались компасом. Но это имеет ограниченную полезность на больших расстояниях. Сильное океанское течение может сбить черепах с пути; ветры могут сделать то же самое для перелетных птиц. Определение широты относительно конечной точки более полезно, и могут помочь магнитные сигналы, такие как интенсивность и наклон. Возьми морских черепах (на фото). Они плавают от побережья Флориды в круговорот Северной Атлантики, кружа вокруг него в течение многих лет, прежде чем вернуться на свои родные пляжи для размножения.Отклонение от курса может иметь смертельные последствия. В одном исследовании вылупившихся детенышей помещали на испытательные площадки, которые имитировали магнитные поля в трех точках на внешнем краю круговорота. Во всех трех случаях черепахи переориентировались, чтобы остаться в его пределах. Другое исследование, опубликованное в апреле, показало, что черепахи, гнездящиеся на отдаленных пляжах с похожими магнитными свойствами (например, две черепахи по обе стороны полуострова Флорида на одинаковых широтах), имеют больше общего генетически, чем черепахи, гнездящиеся ближе. Черепахи, казалось бы, могут заблудиться в поисках своего родного пляжа. Они могут уплыть в более отдаленное поле, но более магнетически знакомое и размножаться там.

Вопросов по-прежнему предостаточно. Доказательства магнетического чувства в основном поведенческие; исследователям еще предстоит найти рецепторы для него. Часть проблемы заключается в том, что клетки могут располагаться в любом месте внутри животного, поскольку магнитные поля свободно проходят через ткань. (Напротив, клетки, обеспечивающие другие чувства, такие как зрение и обоняние, вступают в контакт с внешней средой.) Доминируют две теории магниторецепции. Одни говорят, что у животных есть внутриклеточный компас. Другой предполагает, что химические реакции под влиянием геомагнитного поля порождают смысл. Для исследователей это означает больше вопросов, чем ответов.

Границы | Пики археомагнитной напряженности: глобальные или региональные характеристики геомагнитного поля?

1. Введение

Вариации геомагнитного поля до прямых наблюдений можно вывести из архео- и палеомагнитных экспериментов. Исследования прошлых вековых вариаций имеют отношение к пониманию процесса геодинамо в ядре Земли. Кажущиеся необычными вариации, не наблюдаемые в современной и исторической области, представляют особый интерес для ограничения всего диапазона динамики ядра. К ним относятся «всплески геомагнитной напряженности», характеризующиеся очень высокими значениями напряженности поля, которые связаны с быстрыми скоростями вековых изменений. Впервые они были отмечены в районе Леванта Бен-Йосефом и др. (2009) и Шаар и соавт.(2011) около 900 г. до н.э. Последующие исследования в Турции (Ertepinar et al., 2012) и Грузии (Shaar et al., 2013) подтверждают высокую региональную интенсивность. На основе тщательной оценки качества новых и ранее опубликованных данных по Левантии Shaar et al. (2016) интерпретируют наблюдения как экстремальный региональный геомагнитный максимум с как минимум двумя всплесками интенсивности между 11 и 8 веками до нашей эры.

Однако сообщения о высоких значениях интенсивности из других частей мира в аналогичное время поднимают вопрос о том, происходили ли подобные особенности чаще или они даже являются частью глобальной особенности магнитного поля. Не существует четкого определения пиков интенсивности. Высокие значения интенсивности, потенциально связанные со всплесками, недавно были зарегистрированы на Канарских островах (de Groot et al., 2015; Kissel et al., 2015), Корее (Hong et al., 2013), восточном Китае (Cai et al., 2016) и Техас, Соединенные Штаты Америки (Bourne et al., 2016).

Ливермор и др. (2014) исследовали, как модели основного потока могут объяснить локализованный всплеск, и пришли к выводу, что сообщаемые скорости вековых изменений в Леванте несовместимы с общепринятой динамикой основного потока при допущении отсутствия радиальной магнитной диффузии.Однако тщательная переинтерпретация левантийских результатов Шааром и соавт. (2016) изменили локальные максимальные скорости вековых вариаций на несколько более низкие значения, поскольку при этом были исключены некоторые из самых высоких значений интенсивности, о которых сообщалось ранее. Дэвис и Констебл (2017) недавно проверили гипотезу о том, что левантийский всплеск может быть вызван узким локализованным пятном интенсивного потока на границе ядра и мантии (CMB). Они пришли к выводу, что сигнатура всплеска на поверхности должна охватывать не менее 60° по долготе, и предполагают, что источником является пятно потока, сначала растущее на месте, а затем мигрирующее на север и запад.

За последнее десятилетие были разработаны многочисленные реконструкции эволюции геомагнитного поля за последние тысячелетия на основе глобальных сферических гармоник (см. обзоры Constable and Korte, 2015; Korte et al., 2017). Ни один из них не показывает резких всплесков интенсивности. Это неудивительно, поскольку как пространственное, так и временное разрешение таких моделей явно ограничено по сравнению с тем, что известно из современной области, из-за неоднородного, разреженного глобального распределения данных и неопределенностей в данных и датировании.Кроме того, многие из недавно зарегистрированных значений высокой интенсивности еще не были включены в глобальные модели.

Здесь мы используем моделирование сферической гармоники, чтобы проверить гипотезу о том, что левантийские и другие потенциальные всплески могут быть связаны с интенсивностью дипольного поля около 1000 г. до н.э., которая выше и более изменчива, чем считалось ранее, и совместимы ли наблюдения из разных частей мира. с дрейфующим на запад пятном интенсивного потока.

В разделе 2 мы сначала представляем обзор недавно опубликованных археомагнитных данных высокой интенсивности, обсуждаемых в контексте геомагнитных всплесков и других опубликованных данных, используемых в этом исследовании.В разделе 3 мы сравниваем вековые вариации и потенциальные скорости дрейфа на запад вокруг зарегистрированных всплесков с максимальными скоростями, наблюдаемыми в моделях поля с высоким разрешением, основанных на недавних магнитных обсерваториях и спутниковых наблюдениях. Затем мы (раздел 4) выводим набор новых глобальных моделей, чтобы проверить, то, что мы считаем физически разумной моделью, может объяснить наблюдения всплесков, привлекая более высокий дипольный момент, чем наблюдаемый в предыдущих моделях, и/или дрейф на запад пятна интенсивного потока около 1000 г. до н.э., не ухудшая соответствия другим доступным археомагнитным наблюдениям. Мы обсудим наши выводы в разделе 5, прежде чем кратко подытожим наши выводы.

2. Данные и сравнение зарегистрированных наблюдений геомагнитных всплесков

В этом исследовании рассматриваются три компиляции данных:

• Недавно опубликованные данные, которые так или иначе обсуждались в связи с геомагнитными всплесками или необычно высокой напряженностью поля около 1000 г. до н.э. Для простоты терминологии мы далее будем называть это подмножество данных пиковыми данными.

• Глобальные археомагнитные и вулканические данные, включенные в GEOMAGIA50.v3 (Brown et al., 2015) к 1 октября 2016 г. Это более крупное подмножество данных далее упоминается как другие археомагнитные данные.

• Подборка осадочных палеомагнитных записей для целей сравнения и моделирования.

Термин «всплеск геомагнитной напряженности» был введен Ben-Yosef et al. (2009), которые сообщили среди других данных о двух очень высоких результатах археоинтенсивности, которые дают значения выше 200 ZAm ² с точки зрения виртуального осевого дипольного момента (VADM) и указывают на очень быстрые изменения поля. Недавно Шаар и соавт. (2016) переинтерпретировали все данные исследований Ben-Yosef et al. (2008a,b, 2009) и Shaar et al. (2011), используя автоматическую и, следовательно, более объективную интерпретацию экспериментальных результатов с помощью программного обеспечения PmagPy Thellier GUI от Shaar and Tauxe (2013) и применяя очень строгий контроль качества в критериях приемлемости. Они также обнаружили несколько высоких значений интенсивности, но ни одно из них не превышало 200 ZAm ² . Мы рассматриваем только пересмотренные левантийские данные, установленные Shaar et al.(2016) и удалил значения из таблицы Ben-Yosef et al. (2008a,b, 2009) и Shaar et al. (2011) исследования из глобального набора данных, взятых из GEOMAGIA50.v3. Более поздняя работа Ben-Yosef et al. (2017), который еще не был опубликован, когда мы проводили наше исследование, еще раз подтверждает набор данных Levantine без превышения амплитуд интенсивности, найденных Shaar et al. (2016).

Все недавние исследования, формирующие наш набор данных о выбросах, перечислены в таблице 1. За исключением работы Ertepinar et al.(2012) эти исследования не были включены в GEOMAGIA50.v3 в октябре 2016 года, и данные были взяты непосредственно из публикаций. Большая часть данных получена из археологического материала, за исключением вулканических пород Канарских островов и относительной интенсивности, полученной из пещерных отложений Техаса.

Таблица 1 . Наибольшие значения интенсивности, потенциально связанные с геомагнитными всплесками, преобразованными в VADM, и их возраст с востока на запад.

Ограниченное количество отчетов об отложениях было выбрано из компиляции Korte et al.(2011) для улучшения глобального охвата данными. Критериями отбора, в частности, в районах с несколькими имеющимися записями, были наличие полной информации о переносчиках и временное разрешение или скорость осадконакопления. Записи относительной палеонапряженности (RPI) не всегда надежно отражают геомагнитный сигнал (см., например, Tauxe and Yamazaki, 2015), поэтому в качестве дополнительного простого критерия для обеспечения достоверности RPI мы выбрали только записи, отражающие общий тренд дипольного момента с более высокими значениями между 1000 г. до н.э. и 1000 г. н.э., чем в более ранние или более поздние времена, что ясно отражается в вариациях интенсивности в многотысячелетние периоды (см.г., рис. 20 Constable and Korte, 2015). Эти записи, перечисленные в таблице 2, использовались с оценками неопределенности, предоставленными Panovska et al. (2015), следуя методу, предложенному Panovska et al. (2012). Добавлена ​​недавно опубликованная новая запись из озера Мавора, Новая Зеландия (Turner et al., 2015). Оценки неопределенности как для этой записи, так и для записи отложений техасской пещеры, включенной в наш набор данных всплесков, также были определены в соответствии с Panovska et al. (2012). На рис. 1 показано расположение данных всех трех наборов за временной интервал 2000–0 лет до н. э.Все данные о всплесках исходят из широтной полосы между 28 и 42° северной широты.

Таблица 2 . Осадочные записи, использованные в этом исследовании, с их средней скоростью осадконакопления (SR).

Рисунок 1 . Расположение данных, использованных в этом исследовании за временной интервал 2000–0 г. до н. э.: недавно опубликованные данные о всплесках (красные точки и красная звезда), другие археомагнитные и вулканические данные (голубые точки) и отдельные отчеты об отложениях голоцена с высоким разрешением (синие звезды). Подробнее о трех наборах данных см. в тексте.

Чтобы получить обзор потенциальных всплесков, наблюдаемых в разных регионах, мы сравниваем недавно опубликованные данные о всплесках в разных регионах и другие археомагнитные данные из соседних регионов (рис. 2). Другие данные поступают примерно с радиуса 1500 км вокруг данных всплеска. Наиболее задокументированные всплески в настоящее время — это два левантийских всплеска примерно в 980 и 740 годах до нашей эры. Китайский всплеск кажется значительно старше, но неопределенность его возраста значительна и частично совпадает с данными левантийского всплеска 980 г. до н.э.Точно так же всплеск Канарских островов выглядит явно моложе, но неопределенность возраста распространяется на времена левантийского всплеска 800 г. до н.э.

Рисунок 2 . VADM для временного интервала с 2000 по 0 г. до н.э. (A) набора данных всплесков (цветные точки) из регионов, перечисленных в таблице 1, с другими археомагнитными и вулканическими данными (черные) в радиусе 1500 км вокруг, и (B) записей об отложениях, использованных в этом исследовании. Все данные упорядочены с востока на запад (панели сверху вниз), записи отложений в пределах региональной близости нанесены на одну панель.Приблизительные географические координаты для каждого региона или записи приведены на панелях. Столбики погрешностей указывают на одну стандартную ошибку в магнитных данных и неопределенности возраста, как указано в исследованиях. Ошибки возраста отложений и других археомагнитных/вулканических данных опущены для ясности рисунков. Все данные о наносах были откалиброваны по глобальной модели ARCh20k.1 (см. текст). Серые интервалы в (A) отмечают приблизительное время обсуждаемых всплесков по самым высоким значениям интенсивности и их неопределенности возраста. Обратите внимание на другую шкалу ординат в нижней левой панели.

Наборы данных Китая и Канарских островов наиболее ясно показывают, как неопределенность возраста препятствует детальному исследованию всплесков высокой интенсивности: известно, что несколько данных лежат только в одном и том же возрастном диапазоне и им присвоен один и тот же центральный возраст. Небольшие погрешности данных могут указывать на то, что данные поступают из разных возрастов в пределах возрастного интервала, но любой временной ряд или пространственная интерполяция будут иметь тенденцию рассматривать их в одно и то же время и усреднять значения, даже не пытаясь точно подобрать максимальные значения.

Немногочисленные новые корейские данные около 1200 г. до н.э. высоки, но четко не характеризуют всплеск. С другой стороны, отложения техасских пещер дают исключительно высокое значение около 890 г. до н.э., которое превышает 400 ZAm ² , если весь временной ряд RPI масштабируется глобальной моделью. Эта функция показывает более чем вдвое большую интенсивность, чем в других местах, но пока поддерживается только тремя точками данных. К этому следует относиться с осторожностью, пока не будут подтверждены будущие данные. Предыдущие данные об абсолютной интенсивности из этого региона немногочисленны.

Относительно обильные другие данные по Леванту, Турции и Грузии указывают на еще один фактор, усложняющий получение четкой пространственно-временной картины всплеска: разброс региональных данных довольно велик (иногда также большие неопределенности возраста даже не показаны в Рисунок 2) с не всегда перекрывающимися неопределенностями, по крайней мере, на уровне одной сигмы. В более ранних исследованиях не учитывались тесты и критерии качества, разработанные совсем недавно, однако отказ от всех данных без этой информации необоснованно истощает доступную информацию.Большинство предыдущих данных находятся ниже пиковых максимумов, но несколько отдельных данных очень высокой интенсивности отмечаются в разное время, в приведенных здесь примерах, в частности, в ранее опубликованных данных из Китая. Как показано в работе Shaar et al. (2016) такие ценности могут не выдержать критической переоценки, но также представляется неоправданным отбрасывать их без проверки. К сожалению, необработанные данные, необходимые для повторной оценки, проведенной Shaar et al. (2016) почти никогда не доступны для более старых данных.Для этого исследования мы принимаем все опубликованные данные за чистую монету и никоим образом не пытаемся судить об их качестве.

Что касается наблюдений региональных всплесков, мы также отмечаем, что высокие значения интенсивности, достигающие 200 ZAm ² и, таким образом, напоминающие обсуждаемые в настоящее время всплески, были обнаружены в 890 г. до н.э. в гавайских лавах Pressling et al. (2006, 2007).

Откалиброванные значения относительной палеоинтенсивности из записей осадочных пород, рассмотренных в этом исследовании, включены в рисунок 2.Интересно, что обе южноамериканские записи (esc, tre) показывают признаки, напоминающие зарегистрированные всплески интенсивности около 1050 г. до н. э., т. е. между азиатским и левантийским пиками, а запись итальянского озера Лаго-ди-Меццано (mez), по-видимому, отражает два левантийских всплеска.

Пространственное распределение всех новых отчетов о выбросах допускает различные интерпретации. Во-первых, учитывая неопределенность возраста, между примерно 1000 и 750 г. до н.э. могло быть только два всплеска большой пространственной протяженности. Во-вторых, между 1400 и 500 годами до нашей эры могло быть по крайней мере четыре региональных всплеска.В-третьих, учитывая, что высокие интенсивности наблюдаются раньше в Корее и Китае, чем в Леванте и позже на Канарских островах, все в одинаковых средних широтах, может быть причастен дрейф структуры магнитного потока к западу. В таблице 3 показаны простые оценки порядка скоростей основного потока, требуемых в соответствии с предположением о замороженном потоке для этой интерпретации. Оценки были получены с учетом расстояний по большому кругу между приблизительными центрами регионов, разницы во времени между максимальными значениями интенсивности, приведенными в таблице 1, и с учетом того, что при дрейфе на запад всплеск должен был произойти раньше в Корее, чем в Китае (вполне возможно в пределах неопределенности китайского возраста) и 3481 км в качестве радиуса внешнего ядра для получения скоростей в реликтовом излучении. Сообщаемый всплеск на Канарских островах моложе всплеска в Техасе, поэтому они несовместимы с объяснением дрейфа на запад, когда одиночное пятно потока вызвало один из левантийских всплесков. При 0,35 и 0,11°/год или 21 и 7 км/год в реликтовом излучении для объекта, дрейфующего из Азии в Левант и оттуда к Канарским островам, соответственно, эти скорости находятся в пределах скоростей основного потока, выведенных из современных данных. дневное поле (например, Hulot et al., 2002; Livermore et al., 2014), которое может достигать значений порядка 0.9°/год или 55 км/год. Типичные современные значения для крупномасштабного потока ниже, порядка 15–20 км/год (например, Holme, 2015), но высокоширотная циркумполярная струя, полученная Ливермором и др. (2017) для объяснения ускоряющегося дрейфа на запад лепестков интенсивного потока над Канадой и Сибирью, наблюдаемого по спутниковым данным, достигает максимальной скорости 40 км/год. Основываясь на простом соображении парных записей, только наблюдения левантийских и техасских всплесков кажутся несовместимыми с дрейфующим на запад пятном потока, и даже это потребовало бы только скорости основного потока на 33% выше, чем выведено из современных полевых моделей с высоким разрешением.

Таблица 3 . Требуемые скорости основного потока, если наблюдения всплесков были связаны с дрейфующими на запад элементами.

3. Выводы из моделей глобального геомагнитного поля

Чтобы увидеть, насколько необычными выглядят пики в контексте известных вековых вариаций, мы провели некоторые сравнения с глобальными археомагнитными моделями и современными моделями поля с высоким разрешением. Шаар и др. (2016) указали, что современные региональные отклонения от аксиального дипольного момента составляют от 50 до 150%, тогда как левантийский всплеск превышал аксиальный дипольный момент того времени в два раза.Это отражено глобальными минимальными и максимальными значениями VADM, приведенными в таблице для Международного эталонного геомагнитного поля (IGRF Thébault et al., 2015) для 2015 г. в таблице 4. Стандартное отклонение, полученное из глобальной сетки значений VADM, составляет 15 ZAm ² , но обратите внимание, что они не распределяются нормально. Несмотря на то, что самые низкие значения составляют <50%, а самые высокие не достигают 150%, глобально усредненный VADM немного выше, чем (наклонный) дипольный момент (DM). Мы не знаем реальной силы ТМ во время археомагнитных всплесков.Несмотря на отображение одних и тех же общих тенденций, глобальные архео- и палеомагнитные модели показывают различия в более детальных структурах, а восстановление абсолютной силы ТМ оказывается на удивление сложным, поскольку оно критически зависит от общедоступной, довольно скудной информации об абсолютной интенсивности (Panovska et al., 2015). ). В периоды своего наивысшего DM, в пределах двух столетий от зарегистрированных всплесков, три модели голоцена ARCh20k.1, CALS10k.2 и HFM.OL1.A1 (Constable et al., 2016) достигают максимальных локальных значений VADM до 143 ЗАМ ² .Эти модели включают некоторые данные о левантийских пиках, но все они явно недооценивают соответствующие значения высокой интенсивности. Более низкое стандартное отклонение VADM и более близкое сходство глобально усредненных VADM и DM по сравнению с IGRF 2015 свидетельствуют о более низком пространственном разрешении этих моделей. Рассмотрение всех доступных данных VADM за 300-летний интервал вокруг всплесков дает максимальные значения, превышающие пересмотренные левантийские результаты (таблица 4) (которые получены на Гавайях в 890 г. до н. э.; Pressling et al., 2006, 2007), а среднее значение явно превышает максимальное глобальное среднее значение модели. Усредненные данные VADM ближе к среднему значению археомагнитной модели, если не учитывать недавно опубликованные данные о спайках. Все это может свидетельствовать о том, что фактическая DM была выше во время возникновения всплесков, что могло бы сделать величину, хотя и не обязательно скорость изменения, совместимой с современным отклонением VADM от (аксиальной) DM.

Таблица 4 . Глобальная статистика VADM из моделей и компиляций данных.

Если не принимать во внимание данные об отложениях пещеры Техаса, самые высокие темпы изменения интенсивности, связанные с археомагнитными всплесками, по-видимому, приходятся на Левант и Китай. В первом регионе самое быстрое изменение, по-видимому, связано с всплеском около 740 г. до н.э. с интервалом неопределенности возраста 800–732 г. до н.э. Предполагая, что все данные верны в пределах неопределенности их данных и возраста, эти значения предполагают минимальную скорость изменения интенсивности или VADM 31 мкТл / столетие или 61 ZAm ² / столетие соответственно.Это явно ниже показателей, оцененных Livermore et al. (2014) на основе первоначально опубликованных левантийских данных. Китайские значения около 1300 г. до н.э. имеют довольно большую неопределенность возраста ± 300 лет, что дает интервал от 1600 до 1000 г. до н.э. Однако, если предположить, что низкое значение, датированное 1328 ± 28 г. до н.э., является правильным, а самые высокие значения имели место в 1000 г. до н.э., минимальная требуемая скорость изменения, опять же с учетом неопределенностей данных, составляет 15 мкТл/столетие по интенсивности или 30 ZAm ² /в.Эти скорости приведены в таблице 5 вместе с несколькими оценками, основанными на моделях современного и исторического поля, где gufm охватывает интервал 1590–1990 на основе исторических геомагнитных данных и данных обсерваторий (Jackson et al. , 2000). Все значения даны как изменение за столетие, но обратите внимание, что они были рассчитаны как первые разности за заданные интервалы времени, т. Е. Представляя средние изменения за интервалы 5–400 лет. Изменения DM и аксиального дипольного коэффициента не приводятся за 400 лет, потому что аксиальный дипольный коэффициент в gufm был экстраполирован назад между 1840 и 1590 из-за отсутствия исторической информации об абсолютной интенсивности.Почти мгновенные и средние изменения удивительно похожи за последние ок. 200 лет для напряженности поля и DM, включая аналогичные скорости изменения осевого диполя. Большие различия в VADM, чем в F, являются результатом зависимости преобразования от широты. Более низкие значения dF/dt за 400 лет могут указывать на то, что устойчивые монотонные скорости изменений не сохранялись в течение этого временного масштаба ни в одном месте на Земле. Изменение поля в Китае лишь немного выше и, таким образом, кажется совместимым с недавними темпами вариации, но изменение поля в Леванте действительно происходит более чем в два раза быстрее.

Таблица 5 . Максимальные скорости изменения напряженности геомагнитного поля в моделях по сравнению с минимальными оценками, необходимыми для объяснения наблюдаемых всплесков в Китае и Леванте.

4. Могут ли модели глобального поля воспроизводить быстрые всплески?

Имеющиеся в настоящее время модели глобального геомагнитного поля не воспроизводят быстрых вариаций интенсивности, по крайней мере частично, потому что они сильно сглажены в пространстве и времени из-за ограниченного охвата данными и, по сравнению с современными наблюдениями, больших объемов данных и неопределенностей датирования.Чтобы проверить, насколько точно данные о всплесках могут быть объяснены физически разумными моделями, мы создали большое количество тестовых моделей. Модификации среди этих моделей в основном включают, по отдельности или в комбинации, вариации базы данных и взвешивание подмножеств данных для более точного соответствия всплескам, а также фоновые модели, отдающие предпочтение дрейфу на запад, а не росту и спаду концентраций потоков. Обратите внимание, что все эти модели явно не считаются лучшим представлением глобального поля, а предназначены для проверки двух гипотез: во-первых, могут ли всплески быть связаны с более высокими и более изменчивыми осевыми дипольными вкладами, чем показано в палеомагнитных моделях до сих пор, и, во-вторых, может ли глобальное распределение недавно зарегистрированных всплесков быть связано с дрейфующим на запад пятном сильного потока?

Все наши модели сферических гармоник с зависящими от времени коэффициентами на основе кубических B-сплайнов следуют стратегии моделирования моделей CALSxk и ARCHxk (подробнее см.г., Корте и др., 2009; Пановска и др., 2015). Они охватывают интервал с 4000 г. до н.э. по 1990 г. н.э., но здесь мы ограничиваем анализ периодом 2000–0 г. до н.э. Линеаризация проводилась за 15 итераций без отбраковки выбросов. Были применены пространственно-временные регуляризации, минимизирующие омическую диссипацию (Габбинс, 1975) и вторая производная радиального поля (см. , например, Джексон и др., 2000; Корте и др., 2009). Сила регуляризаций выбиралась путем сравнения с современными спектрами мощности геомагнитного поля основного поля и векового хода.Влияние этой регуляризации более подробно обсуждается в разделе 5. Мы представляем наши результаты, основанные на семи репрезентативных случаях из большого числа изученных тестовых моделей. Их различные характеристики приведены в таблице 6.

Таблица 6 . Характеристики тестовых моделей.

Model A — довольно стандартная модель, основанная только на археомагнитных и вулканических данных, аналогичная, например, SHA.DIF.14k (Pavón-Carrasco et al., 2014) или A_FM (Licht et al., 2013) и, в частности, отличается от ARCh20k.1 (Constable et al., 2016) только добавлением данных о спайках, взвешиванием данных (см. ниже) и разрешением.

Модель

C дополнительно включает запись пещеры Холла (Техас) и, чтобы улучшить глобальный охват данных, записи отложений южного полушария.

Модель

AS включает все данные, но все данные о наносах и другие археомагнитные и вулканические данные занижены по сравнению с данными всплесков, в данном случае до 0,67 для направлений и только 0.27 для всех интенсивностей. Используемая здесь схема взвешивания является одним из примеров из ряда различных схем, которые мы пытались придать больше веса данным о всплесках, чтобы подтолкнуть модель к тому, чтобы в первую очередь соответствовать этим данным.

Для модели M все используемые данные были взвешены аналогично модели AS, но данные основных всплесков (Левант, Китай, Канарские острова) были изменены в пределах неопределенности их возраста, чтобы избежать одновременности высоких и низких значений и представить возможную временную эволюцию поля в пределах интервала возрастной ошибки и по отношению к соседним во времени значениям.Подробно эти изменения, изображенные на рисунке 3, были направлены на наименее быстрые изменения и включают следующее: (i) левантийский всплеск 980 г. до н.э. был максимально расширен за счет смещения значений 977 и 974 г. до н.э. к их самым молодым и более низким значениям. в 985 г. до н.э. до их самого старшего возможного возраста в пределах заданной неопределенности возраста. Все значения из второго всплеска, обозначенного как 740 г. до н.э., были упорядочены по интенсивности и распределены так, чтобы сформировать равномерный наклон к нижней границе самых высоких значений в пределах их интервала неопределенности возраста, с самыми низкими значениями в 800 г. и максимальными в 732 г. до н.э.Между 732 и 621 годами до нашей эры существует разрыв в данных, что позволяет предположить такой же или менее крутой наклон этого шипа на его более молодой стороне. (ii) Для Китая, руководствуясь двумя низкими значениями VADM с небольшой неопределенностью в 1328 и 1256 гг. значение в 1000 г. до н.э., самый молодой конец данного интервала неопределенности возраста. Опять же, разрыв в данных между тем временем и 697 г. до н.э. допускает такой же пологий наклон всплеска к более молодой стороне. (iii) Пять значений были сдвинуты в пределах неопределенности их возраста в наборе данных Канарских островов, а именно с 667 до 867 г. до н.э., с 575 до 450 г. до н.э., с 579 до 440 г. до н.э., с 615 до 420 г. до н.э. и с 590 г. до н.э. до 730 г. (см. Рисунок 3).

Рисунок 3 . Всплеск данных из Леванта (A) , Китая (B) и Канарских островов (C) с измененным возрастом (синий) для представления приблизительно наименьших быстрых изменений, мыслимых в пределах неопределенности, по сравнению с исходными данными. (черный) с данными и первоначальным возрастом (серый) неопределенности.Возрастные неопределенности модифицированных данных не показаны.

Модель

WW используется в качестве фоновой модели для проверки совместимости данных с характеристиками потока, дрейфующего в западном направлении. Он был разработан с использованием степеней и порядков 1–4 SH из ARCh20k.1 в 980 г. до н.э. вместе со степенями и порядками 5–10 из gufm в произвольное время (здесь 1810 г. н.э.) для более высокого пространственного разрешения. Этот временной срез, показывающий сильный участок нормального потока под областью Леванта, затем был повернут, чтобы получить дрейф на запад со скоростью 0,32°/год в течение всего модельного времени, что привело к полному вращению картины потока вокруг Земли за 1.125 тыс. лет.

Модели Cww и Mww используют те же данные и веса, что и C и M, соответственно, но регуляризация применяется к фоновой модели WW. Регуляризация в этих случаях находится в компромиссе между соответствием данным и особенностями дрейфа на запад, показанными моделью WW, т. Е. Если дрейф на запад не сохраняется в результирующей модели, она несовместима с данными (частями).

Модели Mh и Mhww являются версиями моделей M и Mww с более высоким разрешением. Единственными отличиями являются смягченные ограничения регуляризации, т.е.т. е. более слабые факторы регуляризации, несколько субъективно выбранные для лучшего соответствия данным, в частности сигнатурам всплесков, за счет содержания большей (вековой вариации) спектральной мощности по сравнению с современным полем, чем в других моделях. В случае Mhww это означает, что наложенный дрейф сильнее, чем в Mww.

Модель

Dip представляет собой чистый постоянный осевой диполь, включенный сюда для сравнения отклонений данных от любой из моделей. Его сила -42 мкТл была выбрана эмпирически как дающая наименьшее среднеквадратичное (RMS) несоответствие археомагнитным и вулканическим данным во временном интервале 2000–0 г. до н.э.

В таблице 7 приведено среднеквадратичное несоответствие моделей исходному набору данных, взвешенное по неопределенности данных. Обратите внимание, что здесь мы используем подход к взвешиванию, отличный от предыдущих моделей, которые были нацелены на лучшее отражение эволюции геомагнитного поля по всему миру. Вместо того, чтобы устанавливать относительно большие, но, на наш взгляд, более реалистичные минимальные погрешности данных, мы здесь рассматриваем только погрешности, меньшие α ₉₅ = 1,7° (равные 1° по наклону) и 1 мкТл, как нереально малые и используем эти значения как минимальные погрешности. .Отсутствующие оценки неопределенности были установлены на α ₉₅ = 3,4° и 5 мкТл, значения, которые обычно использовались в качестве оценок минимальной неопределенности в предыдущих моделях. Для отложений мы сохранили прежние минимальные и отсутствующие значения неопределенности α ₉₅ = 6° и 5 мкТл.

Таблица 7 . Среднеквадратичное нормализованное несоответствие для временного интервала 2000–0 г. до н.э.

Выбор записей осадочных пород и, в частности, размер их оценочных неопределенностей приводит к тому, что этот тип данных подходит почти в пределах их неопределенностей по всем компонентам, в то время как археомагнитные и вулканические данные показывают гораздо большие нормализованные несоответствия.Это не означает, что отдельные характеристики записей осадочных отложений особенно хорошо подходят, как это видно из двух записей южного полушария, включенных в рисунок 4. В частности, максимумы интенсивности около 1200 г. до н. э. в Южной Америке (запись esc) и несколько раньше в Новой Зеландии. (record mav), которые могли поддерживать глобальный источник азиатского всплеска, не представлены в моделях. Однако на самом деле неопределенности в отложениях таковы, что эти данные также почти соответствуют взвешенному среднеквадратичному значению, равному 1, при постоянном осевом диполе (таблица 7).Для археомагнитных и вулканических данных все модели, за исключением моделей с сильным принудительным дрейфом на запад (WW, Mhww), показывают меньшие несоответствия, чем постоянный диполь, например, в диапазоне от 3,60 до 4,74 по сравнению с 6,14 для всех компонентов или от 3,74 до 4,37 по сравнению с 7,10. для интенсивности. Дрейфующая на запад фоновая модель WW менее совместима со всеми данными, чем постоянный осевой диполь. Если мы допускаем большую пространственную сложность и, в частности, временные вариации, мы можем найти модели (Mh, Mhww), которые более точно соответствуют левантийским данным об интенсивности (таблица 8), в частности визуально лучше описывают воспринимаемые пики интенсивности (рисунок 4). Однако в случае вынужденного дрейфа на запад (модель Mhww по сравнению с Mww) это происходит за счет более высокого среднеквадратичного несоответствия данным, в среднем, из всех других регионов, в частности, включая весь остальной мир (табл. 7, 8). ). В случае без ограничений (модель Mh по сравнению с M) среднее несоответствие археомагнитным и вулканическим данным меньше, но для отложений верно обратное. Эти результаты существенно не изменятся, если мы учтем как данные, так и неопределенность возраста при оценке несоответствия.

Рисунок 4 . Сравнение VADM нескольких моделей с региональными данными. Сплошные линии показывают прогнозы по моделям (A) C, зеленый; Синий; АС, коричневый; М, красный; и (B) Cww, зеленый; Mh, синий, Mww, коричневый; Мхвв, красный; см. Таблицу 6. Черные точки с планками погрешностей данных и возраста представляют собой недавно опубликованные наборы пиковых данных, серые точки с полосами погрешностей данных относятся только к шести регионам радиусом ~ 1500 км и озерам Эскондидо (Аргентина, esc) и Мавора (Новая Зеландия, мав ). Цветными точками отмечены прогнозы модели для фактических местоположений данных, а сплошная линия — это непрерывный прогноз для центра области.

Таблица 8 . Среднеквадратичное взвешенное (среднеквадратичное) несоответствие глобальных моделей трем модифицированным региональным наборам археомагнитных и вулканических данных и остальным типам данных.

Кроме того, были созданы три ансамбля из 9000 бутстрап-моделей на основе данных, лежащих в основе модели C, путем варьирования археомагнитных и вулканических данных по неопределенности данных и возраста.В двух ансамблях используется дрейфующая на запад модель фона с более слабой и более сильной регуляризацией соответственно. Таким образом, три ансамбля были помечены как «нет ww», «ww» и «ww2» для отсутствия, слабо и сильно вынужденного дрейфа на запад соответственно. Подробнее об этих моделях читайте в дополнительных материалах.

В моделях бутстреп-ансамбля мы находим реализации данных, которые могут быть приближены к моделям с аналогичной пространственной и временной сложностью исходному набору данных (таблица 8 и таблица S1, модель C по сравнению с моделями без ww и модель Cww по сравнению с ww модели). Только в случае более сильного вынужденного дрейфа на запад модель Mhww показывает более близкое соответствие исходным левантийским данным, чем найденное в ансамбле для того же региона (модель Mhww, таблица 8 по сравнению с моделями ww2 в таблице S1). Хотя наши ансамбли могут быть слишком малы, чтобы охватить случаи абсолютного наилучшего соответствия, это, скорее, кажется следствием более низкого временного разрешения в моделях ансамбля, чем в модели Mhww (см. спектры вековых вариаций на рисунке 6 по сравнению с рисунком S3). Наши ансамбли не включают модели, которые дают близкое к минимальному несоответствие для всех трех областей спайков в одной и той же реализации (рис. S1).Опять же, это не обязательно отражает слишком малые размеры ансамблей, но также может указывать на то, что в наборе данных существуют несовместимые данные, даже если учитывать неопределенности данных и возраста.

Модели из ансамбля, представляющие наилучшее компромиссное соответствие данным всплесков из Леванта, Китая и Канарских островов, были выбраны как реализации с наименьшим несоответствием как данным Китая, так и данных Канарских островов из 50 моделей с минимальным несоответствием данным Леванта ( Рисунок S1). Они лучше соответствуют левантийским и китайским данным, чем сопоставимые исходные модели, за исключением версии ww2 (таблица 8 и версии модели 4 в таблице S2).

Принимая во внимание спектральное распределение мощности, стандартные модели показывают отсутствие разрешения по основному полю, начиная со степени SH 6 (рис. 6А,С). Модели, построенные на основе дрейфующих на запад моделей фона, демонстрируют такую ​​же пространственную сложность, как и современные модели. Все модели показывают, что дипольный момент был явно выше, чем за последние 115 лет, и, вероятно, сыграл роль в наблюдаемых особенностях, изменившись сильнее, чем в настоящее время (рис. 6B, D).Интересно, что это больше относится к более молодому из двух левантийских шипов в нескольких моделях (рис. 5А). Две модели с более высоким разрешением демонстрируют гораздо более сильные вековые колебания в больших масштабах, чем все остальные модели (рис. 6D). Модели с удвоенной скоростью изменения осевого диполя, наблюдаемые с 1840 г. , показывают признаки левантийских пиков (рис. 5А) без подгонки к максимальным значениям. Это может быть достигнуто при сравнимом осевом дипольном ускорении, наблюдаемом в исторической области (см. изменчивость gufm на рисунке 5), хотя большие значения должны сохраняться в несколько более длительных временных масштабах.Ансамблевые модели с минимальным несоответствием дают аналогичные результаты (рис. S3). Очень точное (визуальное) соответствие левантийских пиков достигается только с моделями с более высоким временным разрешением, которые демонстрируют более чем в пять раз большую скорость изменения осевого диполя и требуют почти в три раза большего ускорения осевого диполя, чем максимальное значение, обнаруженное в исторических данных. поле.

Рисунок 5 . Дипольный момент (вверху), вековая вариация (в центре) и ускорение (внизу) аксиального дипольного коэффициента нескольких моделей, (A) C, зеленый; Синий; АС, коричневый; М, красный; (B) Cww, зеленый; Mh, синий, Mww, коричневый; Мхвв, красный; см. Таблицу 6.Серые линии показывают максимальное абсолютное значение, найденное в модели gufm за 400 лет, показанное с положительным и отрицательным знаком. Черная линия показывает изменчивость gufm с 1840 по 1990 год нашей эры, построенную для сравнения во временном интервале 160–10 лет до нашей эры.

Рисунок 6 . Спектры геомагнитной мощности (A,C) и вековой вариации (B,D) на границе ядра и мантии (CMB), усредненные с 1100 по 900 г. до н.э., для моделей (A,B) C, зеленый; Синий; АС, коричневый; М, красный; (B,D) Cww, зеленый; Mh, синий, Mww, коричневый; Мммм, красный.Серые звезды — спектры IGRF 1900, черные — IGRF 2015.

Графики долготы-времени радиальной компоненты поля в реликтовом излучении для 32° с.ш. показаны на рис. 7. Ни одна из моделей не предполагает, что дрейф пятна сильного потока на запад связывает наблюдения всплесков из Азии и Леванта. Только когда подгонка к глобальным данным подвергается риску для более близкого соответствия с фоновой моделью дрейфа на запад (модель Mhww), это движение в значительной степени сохраняется. Все другие модели предполагают, что сильное пятно потока, связанное с левантийскими пиками, растет и ослабевает в основном на месте, возможно, немного перемещаясь на запад во время фазы ослабления около 600 г. до н.э.Точно так же графики времени и широты для района Леванта (35° в. д.) не указывают на какие-либо четкие широтные дрейфы пятен переноса (рис. 8). Некоторые из моделей (C, A, AS, Cww) предполагают, что мог иметь место небольшой дрейф на север и расширение пятна. Опять же, наиболее подходящие модели ансамбля начальной загрузки показывают аналогичные результаты (рис. S4, S5).

Рисунок 7 . Долготно-временные графики радиальной компоненты поля B _r в CMB для обсуждаемых моделей на 32N.Наклонные полосы указывают на дрейф на запад.

Рисунок 8 . Графики время-широта радиальной компоненты поля B _r в CMB для моделей, обсуждаемых в основном тексте на 35E.

5. Обсуждение

Результаты нашего моделирования показывают, что дипольный момент, особенно сила осевого диполя, более тесно коррелирует с особенностями шипов, чем считалось ранее, поскольку он выше и более изменчив, чем предсказывали предыдущие модели. Модели геомагнитного поля gufm (Jackson et al., 2000) и Международное эталонное геомагнитное поле IGRF (Thébault et al., 2015) показывают, что мощность дипольных вариаций заметно изменилась за последние 115 лет и была ниже примерно на 75% в 1900 г. по сравнению с 2015 г. (рис. 6). Не имея веских оснований полагать, что максимально возможная вариация поля имеет место сегодня, кажется вполне возможным, что в прошлом дипольная изменчивость временами была выше на 53 %, чего достаточно, чтобы найти глобальные модели поля, учитывающие более 80 % наблюдаемой изменчивости. общая интенсивность спайка (модель М на рис. 4, 5).

Обратите внимание, что модели и, в частности, их спектры мощности сильно зависят от применяемых регуляризаций в пространстве и времени, которые были выбраны таким образом, чтобы мощность основного поля степени два и выше оказывалась близкой к белому спектру, спадающему для более высоких степеней в CMB и что низкие степени вековых вариаций (высокие степени для двух моделей с более высоким разрешением) имеют такую ​​же величину, что и современное поле. Мы считали эти предположения разумными для получения физически реалистичных полей.Наши модели не включают вариант, что процесс геодинамо резко отличался от того, что происходит сегодня. Форма спектра вековых вариаций сильно определяется нормой регуляризации, которая существенно гасит краткосрочные вариации сильнее, чем долговременные вариации на некоторую функцию степени сферической гармоники. Мы использовали омическую норму нагрева в пространстве и вторую производную радиального поля по времени и не нашли нормы, обеспечивающей большее сходство формы спектра с современным полем среди диапазона от простых степенных законов до других величин поля как горизонтальные градиенты.Используя глобальные базисные функции и глобальную регуляризацию, невозможно получить произвольно детализированную структуру в определенных регионах, которые гораздо лучше ограничены плотными данными с низкими неопределенностями, чем другие. Спектры основного поля и вековых вариаций (рис. 6) показывают, что все модели, не ограниченные искусственно дрейфом в западном направлении, не имеют мелкомасштабного (~SH степени 5 и выше) пространственного и временного разрешения. Учитывая, что в современном поле ВГ степени 5 и выше вносят вклад в напряженность поля у поверхности Земли до 3.7 мкТл на региональном уровне это может объяснить часть отсутствующей амплитуды, подходящей для пиков, без необходимости вызывать резкие различия в процессах геодинамо.

Этот вывод подтверждается тем фактом, что модели с пятнами сильного дрейфа на запад действительно почти соответствуют амплитудам и скоростям изменения всплесков. Пространственно и временно локализованная мелкомасштабная структура этих моделей может представлять морфологию поля, производящую всплески. Тот факт, что эти модели демонстрируют гораздо более высокую мощность вековых вариаций в сочетании с худшим соответствием другим глобально распределенным данным, может снова быть следствием глобального характера базисных функций и регуляризации.Тем не менее, тот факт, что в модели со сравнительно слабой регуляризацией к дрейфующему фону в западном направлении не сохраняется полный дрейф на запад пятна сильного потока от Китая до Леванта, позволяет предположить, что такое поведение поля несовместимо с некоторыми другими данными.

Результаты ансамбля из 9000 моделей с базовыми данными, варьирующимися в пределах их магнитных и возрастных неопределенностей, в основном подтверждают эти выводы. Самые высокие значения интенсивности и воспринимаемые быстрые изменения хуже подходят для моделей с минимальным несоответствием из ансамбля, чем для некоторых отдельных реализаций (рис. S6 и рис. 4).Интересно, что модели ансамбля минимального несоответствия предлагают несколько иную интерпретацию китайских данных высокой интенсивности около 1200 г. до н.э. В отличие от отдельных моделей, которые обычно показывают один максимум в это время, большинство реализаций ансамбля, показанных на рисунке S6, показывают два максимума между 1600 и 1000 годами до нашей эры. Девять тысяч реализаций не отбирают все возможные комбинации точек данных, и одновозрастные данные будут иметь тенденцию распределяться в обе стороны в пределах больших неопределенностей возраста (рис. S7), поэтому к этому результату следует относиться с осторожностью. Для других регионов показанные индивидуальные и ансамблевые модели дают в целом аналогичные прогнозы (рис. S5 и рис. 4). Максимум в южноамериканских данных того же возраста, что и китайские значения высокой интенсивности, не отражает ни одна из моделей. Проверка того, как были сдвинуты данные, лежащие в основе моделей ансамбля минимального несоответствия (рис. S7), не выявила каких-либо четких закономерностей, за исключением того, что наилучшее соответствие китайским данным получено, когда самая высокая интенсивность наблюдалась в несколько более молодом возрасте около 1100 г. до н.э. вместо 1300 г. до н.э.

6. Выводы

Мы сравнили наблюдения так называемых археомагнитных всплесков интенсивности, зарегистрированных в нескольких регионах по всему миру, и исследовали возможные причины. Возрастные различия между наблюдениями всплесков в Азии, на Канарских островах и в Леванте совместимы с дрейфующим на запад пятном интенсивного потока как общей причиной, но глобальные полевые модели, специально предназначенные для проверки этой гипотезы, показывают, что это объяснение несовместимо с другими полевыми наблюдениями. Напротив, эти и дополнительные тестовые модели предполагают, что наблюдаемые всплески связаны с отдельными пятнами потока, более или менее растущими и затухающими на месте с лишь небольшим дрейфом на запад.

Всплески явно не являются глобальным явлением, но более высокий дипольный момент, чем показано в предыдущих моделях, в частности во время двух левантийских всплесков (980 и 740 гг. более высокое фоновое поле.Наши тестовые модели предполагают, что это можно согласовать с другими доступными данными. Однако для этого потребовалась бы довольно высокая дипольная изменчивость, скорость изменения которой была бы более чем на 50 % больше, чем непосредственно наблюдаемая за последние 180 лет. Это все еще может быть в пределах нормального диапазона процессов геодинамо.

Недавно опубликованные археомагнитные и вулканические данные, сообщающие о всплесках, были получены в соответствии с чрезвычайно строгими критериями качества и, в частности, в случае левантийских данных, могут иметь очень низкую неопределенность как в данных, так и в возрасте. Полная доступная глобальная компиляция данных содержит другие значения высокой интенсивности в разное время и в разных местах, которые могут отражать аналогичные характеристики геомагнитного поля, которые не так хорошо ограничены. Будущие повторные оценки ранее опубликованных данных в сочетании с новыми данными высокого качества покажут, насколько редкими или обычными были всплески археоинтенсивности в прошлом. Затем будет интересно проверить, так ли важны высокая сила диполя и изменчивость в других случаях, как они кажутся для левантийских шипов.Однако до тех пор, пока распределение данных по всему миру остается сильно неоднородным, четкое описание таких особенностей в моделях геомагнитного поля может быть получено только с помощью моделей, которые не полагаются на глобальные базисные функции, как это делают доступные модели сферических гармоник.

Вклад авторов

MK изначально разработал исследование и провел анализ, адаптируя его итеративно после обсуждения полученных предварительных результатов с CC. МК подготовил первую версию рукописи, которая впоследствии была улучшена и согласована с участием обоих авторов.

Финансирование

Сотрудничеству в значительной степени способствовал продолжительный исследовательский визит MK в UCSD, финансируемый Фондом Александра фон Гумбольдта. CC признает финансирование NSF под номером гранта EAR 1623786.

Заявление о конфликте интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Дополнительный материал

Дополнительный материал к этой статье можно найти в Интернете по адресу: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/feart.2018.00017/full#supplementary-material

Ссылки

Бен-Йосеф Э., Миллман М., Шаар Р., Токс Л. и Липшиц О. (2017). Шесть столетий вариаций геомагнитной напряженности, зафиксированных ручками царских иудейских кувшинов. Проц. Нац. акад. науч. США 114, 2160–2165. doi: 10.1073/pnas.1615797114

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Бен-Йосеф, Э., Рон, Х., Токс, Л., Агнон, А., Genevey, A., Levy, T.E., et al. (2008б). Применение медных шлаков в исследованиях геомагнитной археонапряженности. Ж. Геофиз. Рез. Твердая земля 113, B08101. дои: 10.1029/2007JB005235

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Бен-Йосеф, Э., Токс, Л., Леви, Т.Е., Шаар, Р., Рон, Х., и Наджар, М. (2009). Всплеск геомагнитной напряженности, зарегистрированный в шлаковом месторождении высокого разрешения в Южной Иордании. Планета Земля. науч. лат. 287, 529–539. doi: 10.1016/j.epsl.2009.09.001

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Бен-Йосеф, Э., Токс, Л., Рон, Х., Агнон, А., Авнер, У., Наджар, М., и др. (2008а). Новый подход к исследованию геомагнитной археоинтенсивности: понимание древней металлургии в Южном Леванте. Дж. Археол. науч. 35, 2863–2879. doi: 10.1016/j.jas.2008.05.016

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Борн, М. Д., Файнберг, Дж. М., Стаффорд, Т. В., Уотерс, М. Р., Лунделиус, Э., и Форман, С.Л. (2016). «Всплеск» геомагнитного поля высокой интенсивности, наблюдаемый ок. 3000 кал. лет назад в Техасе, США. Планета Земля. науч. лат. 442, 80–92. doi: 10.1016/j.epsl.2016.02.051

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Браун М.С., Донадини Ф., Корте М., Нильссон А., Корхонен К., Лодж А. и др. (2015). Geomagia.v3: 1. общая структура и модификации археологической и вулканической базы данных. Земля Планета Космос 67:83. doi: 10.1186/s40623-015-0232-0

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Кай, С., Chen, W., Tauxe, L., Deng, C., Qin, H., Pan, Y., et al. (2015). Новые ограничения на изменение геомагнитного поля в период позднего неолита: археонапряженность в Сычуани, юго-запад Китая. Ж. Геофиз. Рез. Твердая Земля 120, 2056–2069. дои: 10.1002/2014JB011618

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Цай, С., Джин, Г., Токс, Л., Дэн, К., Цинь, Х., Пан, Ю., и соавт. (2016). Результаты археоинтенсивности, охватывающие последние 6 тысяч лет из восточного Китая, и последствия для экстремального поведения геомагнитного поля. Проц. Нац. акад. науч. США 114, 39–44. doi: 10.1073/pnas.1616976114

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Цай, С., Токс, Л., Дэн, К., Пан, Ю., Джин, Г., Чжэн, Дж., и соавт. (2014). Вариации геомагнитной напряженности за последние 8 тысяч лет: новые результаты археоинтенсивности из восточного Китая. Планета Земля. науч. лат. 392, 217–229. doi: 10.1016/j.epsl.2014.02.030

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Констебль, К.и Корте, М. (2015). «Вариации геомагнитного поля в масштабе от столетия до тысячелетия», в «Трактате о геофизике» , Vol. 5, изд. Г. Шуберта (Оксфорд: Elsevier), 309–341.

Констебль К., Корте М. и Пановска С. (2016). Постоянная высокая активность палеовековых вариаций в южном полушарии в течение как минимум 10 000 лет. Планета Земля. науч. лат. 453, 78–86. doi: 10.1016/j.epsl.2016.08.015

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

де Гроот, Л.В., Бегин А., Костерс М.Е., ван Рейсинген Э.М., Струйк Э.Л.М., Биггин А.Дж. и соавт. (2015). Высокая палеонапряженность Канарских островов ограничивает геомагнитный максимум Леванта. Планета Земля. науч. лат. 419, 154–167. doi: 10.1016/j.epsl.2015.03.020

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Ertepinar, P., Langereis, C.G., Biggin, A.J., Frangipane, M., Matney, T., Ökse, T., et al. (2012). Археомагнитное исследование пяти курганов из Верхней Месопотамии между 2500 и 700 г. до н.э.: еще одно свидетельство чрезвычайно сильного геомагнитного поля ок.3000 лет назад. Планета Земля. науч. лат. 357, 84–98. doi: 10.1016/j.epsl.2012.08.039

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Франк, У. (1999). Rekonstruktion von Säkularvariationen des Erdmagnetfeldes der letzten 100.000 Jahre — Untersuchungen an Sedimenten aus dem Lago di Mezzano und dem Lago Grande di Monticchio, Italien . Кандидатская диссертация, Потсдамский университет.

Франк, У., Новачик, Н. Р., и Негенданк, Дж. Ф. В. (2007). Палеомагнетизм грейгитсодержащих отложений Мертвого моря, Израиль. Геофиз. Дж. Междунар. 168, 904–920. doi: 10.1111/j.1365-246X.2006.03263.x

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Франк, У., Шваб, М.Дж., и Негенданк, Дж.Ф.В. (2002). Озерная запись палеомагнитных вековых вариаций из Биркат-Рам, Голанские высоты (Израиль) за последние 4400 лет. Физ. Планета Земля. Интер. 133, 21–34. doi: 10.1016/S0031-9201(02)00085-7

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Франк, У. , Шваб, М.J. и Negendank, JFW (2003). Результаты петромагнитных исследований и определений относительной палеонапряженности озерных отложений Биркат Рам, Голанские высоты (Израиль). Ж. Геофиз. Рез. 108:В8. дои: 10.1029/2002JB002049

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Gogorza, C.S.G., Irurzun, M.A., Chaparro, M.A.E., Lirio, J.M., Nunez, H., Becoff, P.G., et al. (2006). Относительная палеонапряженность геомагнитного поля за последние 21 000 лет л.н. из колонок донных отложений, озеро Эль-Треболь (Патагония, Аргентина). Земля Планеты Космос 58, 1323–1332. дои: 10.1186/BF03352628

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Гогорза, К.С.Г., Лирио, Х.М., Нуньес, Х., Чапарро, М., Берторелло, Х.Р., и Синито, А.М. (2004). Исследования палеоинтенсивности голоцен-плейстоценовых отложений озера Эскондидо, Аргентина. Физ. Планета Земля. Интер. 145, 219–238. doi: 10.1016/j.pepi.2004.03.010

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Гогорза, К. С.Г., Синито, А.М., Лирио, Дж.М., Нуньес, Х., Чапарро, М., и Вилас, Дж.Ф. (2002). Палеовековые вариации 0–19 000 лет, зафиксированные в отложениях озера Эскондидо (Аргентина). Физ. Земной шар. Планета Интер. 133, 35–55. doi: 10.1016/S0031-9201(02)00086-9

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Габбинс, Д. (1975). Может ли магнитное поле Земли поддерживаться колебаниями ядра? Геофиз. Рез. лат. 2, 409–412. дои: 10.1029/GL002i009p00409

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Холм, Р.(2015). «Крупномасштабный поток в ядре», в Трактат по геофизике , Vol. 8, изд. Г. Шуберта (Оксфорд: Elsevier), 91–113.

Hong, H., Yu, Y., Lee, C.H., Kim, R.H., Park, J., Doh, S.-J., et al. (2013). Глобально сильная интенсивность геомагнитного поля около 3000 лет назад. Планета Земля. науч. лат. 383, 142–152. doi: 10.1016/j.epsl.2013.09.043

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Юло Г. , Эймин К., Лангле Б., Мандеа М. и Олсен Н.(2002). Мелкомасштабная структура геодинамо по спутниковым данным Oersted и Magsat. Природа 416, 620–623. дои: 10.1038/416620a

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Ирурзун, М. А., Гогорза, К. С. Г., Чапарро, М. А. Э., Лирио, Дж. М., Нуньес, Х., Вилас, Дж. Ф., и соавт. (2006). Палеовековые вариации, зафиксированные в голоцен-плейстоценовых отложениях озера Эль-Треболь (Патагония, Аргентина). Физ. Планета Земля. Интер. 154, 1–17.doi: 10.1016/j.pepi.2005.06.012

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Джексон А., Джонкерс А. Р. Т. и Уокер М. Р. (2000). Четыре столетия геомагнитных вековых вариаций из исторических записей. Фил. Транс. Р. Соц. Лонд. А 358, 957–990. doi: 10.1098/rsta.2000.0569

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Кинг, Дж. К. (1983). Кривые геомагнитных вековых вариаций для северо-востока Северной Америки за последние 9000 лет. Кандидатская диссертация, Миннесотский университет.

Киссель, К., Ладж, К., Родригес-Гонсалес, А., Перес-Торрадо, Ф., Карраседо, Дж. К., и Вандрес, К. (2015). Вариации интенсивности геомагнитного поля в голоцене: вклад низкоширотного участка Канарских островов. Планета Земля. науч. лат. 430, 178–190. doi: 10.1016/j.epsl.2015.08.005

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Корте М., Браун М., Франк У., Сенфтлебен Р. и Новачик Н. (2017). «Реконструкции глобального геомагнитного поля от столетий до экскурсий», в Magnetic Fields in the Solar System , eds H.Люр, Дж. Вихт, С. Гилдер и М. Холшнайдер (Springer International Publishing), 83–110. Доступно в Интернете по адресу: http://www.springer.com/de/book/9783319642918

.

Академия Google

Корте М., Констебль К., Донадини Ф. и Холм Р. (2011). Реконструкция геомагнитного поля голоцена. Планета Земля. науч. лат. 312, 497–505. doi: 10.1016/j.epsl.2011.10. 031

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Корте М., Донадини Ф. и Констебль К.(2009). Геомагнитное поле для 0-3ка: 2. новая серия нестационарных глобальных моделей. Геохим. Геофиз. Геосис. 10:Q06008. дои: 10.1029/2008GC002297

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Лихт, А., Юло, Г., Галле, Ю., и Тебо, Э. (2013). Ансамбли моделей археомагнитного поля низкой степени за последние три тысячелетия. Физ. Планета Земля. Интер. 224, 38–67. doi: 10.1016/j.pepi.2013.08.007

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Ливермор, П.В., Фурнье А. и Галле Ю. (2014). Ограничения основного потока при экстремальных изменениях интенсивности археомагнитного поля. Планета Земля. науч. лат. 387, 145–156. doi: 10.1016/j.epsl.2013.11.020

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Ливермор, П.В., Холлербах, Р., и Финлей, К.С. (2017). Ускоряющийся высокоширотный джет в ядре Земли. Нац. Geosci. 10, 62–68. дои: 10.1038/ngeo2859

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Лунд, С.П. и Банерджи С.К. (1985). Вековые вариации позднечетвертичного палеомагнитного поля двух озер Миннесоты. Ж. Геофиз. Рез. 90, 803–825. дои: 10.1029/JB090iB01p00803

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Ойала, А.Е.К., и Сааринен, Т. (2002). Палеовековые вариации магнитного поля Земли за последние 10 000 лет на основе ежегодно слоистых отложений озера Наутаярви, центральная Финляндия. Голоцен 12, 391–400. дои: 10.1191/0959683602хл551рп

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Пановска, С., Финлей, К.С., Донадини, Ф., и Хирт, А.М. (2012). Сплайн-анализ магнитных записей голоценовых отложений: оценки неопределенности для полевого моделирования. Ж. Геофиз. Рез. 117:B02101. дои: 10.1029/2011JB008813

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Пановска, С. , Корте, М., Финлей, К.С., и Констебль, К.Г. (2015). Ограничения палеомагнитных данных и методов моделирования и их влияние на модели геомагнитного поля голоцена. Геофиз. Джей Интер. 202, 402–418. дои: 10.1093/gji/ggv137

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Павон-Карраско, Ф. Дж., Осете, М. Л., Торта, Дж. М., и Де Сантис, А. (2014). Модель геомагнитного поля для голоцена на основе археомагнитных данных и данных о потоках лавы. Планета Земля. науч. лат. 388, 98–109. doi: 10.1016/j.epsl.2013.11.046

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Пэн Л. и Кинг Дж. В. (1992). Запись вековых геомагнитных вариаций позднего четвертичного периода на озере Вайау, Гавайи, и вопрос о тихоокеанском недипольном минимуме. Ж. Геофиз. Рез. 97, 4407–4424. дои: 10.1029/91JB03074

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Pressling, N., Brown, M.C., Gratton, M.N., Shaw, J., and Gubbins, D. (2007). Микроволновая палеоинтенсивность гавайских лав голоценового возраста: исследование магнитных свойств и сравнение с термической палеоинтенсивностью. Физ. Планета Земля. Интер. 162, 99–118. doi: 10.1016/j.pepi.2007.03.007

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Пресслинг, Н., Лай С., Киссель С., Чемпион Д. и Габбинс Д. (2006). Палеомагнитная напряженность из лавовых потоков, датированных 14C, на Большом острове, Гавайи: 0–21 тыс. Лет. Планета Земля. науч. лат. 247, 26–40. doi: 10.1016/j.epsl.2006.04.026

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Сааринен, Т. (1998). Палеовековые вариации с высоким разрешением в Северной Европе за последние 3200 лет. Физ. Планета Земля. Интер. 106, 299–309. doi: 10.1016/S0031-9201(97)00113-1

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Шаар, Р., Бен-Йосеф, Э., Рон, Х., Токс, Л., Агнон, А., и Кессель, Р. (2011). Интенсивность геомагнитного поля: насколько высокой она может быть? Как быстро он может измениться? Ограничения из медного шлака железного века. Планета Земля. науч. лат. 301, 297–306. doi: 10.1016/j.epsl.2010.11.013

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Шаар, Р., и Токс, Л. (2013). Графический интерфейс Телье: интегрированный инструмент для анализа данных палеонапряженности из экспериментов типа Телье. Геохим. Геофиз. Геосис. 14, 677–692.doi: 10.1002/ggge.20062

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Шаар Р., Таукс Л., Гогичаишвили А., Ратерт М. К., Девидзе М. и Личели В. (2013). Абсолютная напряженность геомагнитного поля в Грузии за последние 6 тысячелетий. Latinmag Lett. 3, 1–4. Доступно на сайте: http://www.geofisica.unam.mx/LatinmagLetters/LL13-03-SP/A/PA07.pdf

Академия Google

Шаар Р., Токс Л., Рон Х., Эберт Ю., Цукерман С., Финкельштейн И., и другие. (2016). Крупные аномалии геомагнитного поля, обнаруженные в археомагнитных данных от бронзового до железного века из Тель-Мегиддо и Тель-Хацора, Израиль. Планета Земля. науч. лат. 442, 173–185. doi: 10.1016/j.epsl.2016.02.038

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Сноуболл И., Зиллен Л., Ойала А., Сааринен Т. и Сандгрен П. (2007). FENNOSTACK и FENNORPIS: голоценовые палеомагнитные вековые вариации и относительная палеоинтенсивность для Фенноскандии. Планета Земля. науч. лат. 255, 106–116. doi: 10.1016/j.epsl.2006.12.009

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Сент-Онж, Г., Стоунер, Дж. С., и Хиллэр-Марсель, К. (2003). Палеомагнитные записи голоцена из устья Св. Лаврентия, восточная Канада: геомагнитная модуляция космогенных изотопов в масштабе от столетия до тысячелетия. Планета Земля. науч. лат. 209, 113–130. doi: 10.1016/S0012-821X(03)00079-7

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Такс, Л.и Ямадзаки, Т. (2015). «Палеоинтезии», в Трактате по геофизике , Vol. 5, изд. Г. Шуберта (Оксфорд: Elsevier), 461–509.

Тебо, Э. , Финлей, К.С., Бегган, К.Д., Алкен, П., Обер, Дж., Барруа, О., и др. (2015). Международное геомагнитное эталонное поле: 12-е поколение. Земля Планеты Космос 67:79. doi: 10.1186/s40623–015–0228–9

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Тернер, Г. М., Ховарт, Дж. Д., де Гелдер, Г. И. Н.О. и Фитцсаймонс, С.Дж. (2015). Новая запись с высоким разрешением геомагнитных вековых вариаций голоцена из Новой Зеландии. Планета Земля. науч. лат. 430, 296–307. doi: 10.1016/j.epsl.2015.08.021

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Зиллен, Л. (2003). Установка голоценовых часов с использованием отложений перепончатых озер в Швеции . Кандидатская диссертация, факультет геологии Лундского университета.

Типичные характеристики магнитного и гравитационного полей Земли, связанные с глобальной и региональной тектоникой | Российская геология и геофизика

— Представлены обобщение и анализ современных представлений о магнитном и гравитационном полях Земли как отражении глобальных и региональных тектонических процессов. Обсуждается возможная взаимосвязь между распределением характеристик геомагнитного поля, гравитационными аномалиями и проявлениями мантийного плюмового магматизма как важнейшего геологического индикатора глубинной геодинамики. Показано, что распределение характеристик основного геомагнитного поля имеет качественное сходство с аномалиями гравитационного поля. Кратковременные вариации геомагнитного поля обусловлены высокочастотными колебаниями в ионосфере, не влияют на общее состояние поля и бесполезны при рассмотрении вопросов глобальной тектоники.Наоборот, вариации с большой периодичностью, прежде всего геомагнитные инверсии, могут быть одними из основных индикаторов эволюции геодинамо — теплового механизма, управляющего всей серией глобальных тектонических процессов. Частота инверсий определяется интенсивностью мантийных плюмов, вызывающих охлаждение ядра, увеличение скорости конвекции в астеносфере и, соответственно, периодические изменения в тектоносфере. Мы предполагаем существование трех режимов поведения этой системы. Первый соответствует стационарной конвекции, при которой инверсии крайне редки или вообще не происходят. Эти эпизоды — суперхроны — составляют не более 20% продолжительности фанерозоя. Второй режим значительно чаще встречается в геологической истории и характеризуется активной конвекцией с частыми инверсиями, происходящими не реже одного раза в 5 млн лет. Наконец, третий режим, редкий для фанерозоя, но, вероятно, более распространенный в раннем докембрии, соответствует гиперактивной турбулентной конвекции, когда частота инверсий достигала 20 и, возможно, более в течение миллиона лет.Хотя выявленное качественное сходство положения экстремальных значений основного геомагнитного поля, центров гравитационных аномалий в свободном воздухе и проявлений крупных магматических провинций пока не имеет достоверного объяснения, мы считаем его принципиальным и требующим специального изучения и изучения. детальная проработка.

1. Введение в электромагнитные поля

1. Введение в электромагнитные поля

• 1. 1 Что такое электромагнитные поля?
• 1.2 Как была проведена переоценка рисков для здоровья, связанных с электромагнитными полями?

1.1 Что такое электромагнитные поля?

Электромагнитные поля
представляют собой комбинацию невидимых электрических и
силовые магнитные поля.Они порождены природными явлениями, такими как
магнитное поле Земли, но
также деятельностью человека, в основном за счет использования
электричество.

Мобильные телефоны, линии электропередач и экраны компьютеров являются примерами
оборудования, которое генерирует
электромагнитные поля.

Самый рукотворный
электромагнитные поля
меняют свое направление через равные промежутки времени, начиная
с высоких радиочастот (мобильные телефоны)
через промежуточные частоты (компьютер
экраны) до крайне низких частот (мощность
линии).

Термин статический относится к полям, которые не
меняются со временем (т.е. с частотой 0 Гц). Статический
магнитные поля используются в
медицинские изображения и генерируются приборами, использующими
постоянный ток.
Более…

Источник & ©:
Возможное воздействие электромагнитных полей (ЭМП) на здоровье человека

1.

2 Как была проведена переоценка рисков для здоровья, связанных с электромагнитными полями?

Был проведен обзор соответствующих научных отчетов,
внимание на статьи, опубликованные в 2007 и 2008 годах, и исследования
признаны соответствующими, прокомментированы в заключении.Районы, где
литературы особенно мало, указываются, и
дается объяснение, почему результаты некоторых исследований не
добавить полезную информацию в базу данных. Эта оценка
оценивает оба возможных воздействия на группы людей,
подвергся воздействию
электромагнитные поля в
их повседневная жизнь
(эпидемиологические данные)
и потенциальные эффекты, наблюдаемые в лабораторных экспериментах, проведенных
на людях-добровольцах, животных и
клеточные культуры (экспериментальные
свидетельство).

Основываясь на этих объединенных доказательствах, оценка оценивает
существует ли причинно-следственная связь между воздействием
электромагнитные поля и
некоторые неблагоприятные последствия для здоровья.
Ответ на этот вопрос не обязательно является окончательным да
или нет, но выражает вес доказательства ссылки
между экспозицией и эффектом.Если такая ссылка будет найдена,
оценка оценки риска
насколько сильно влияние на здоровье и насколько велик риск для здоровья
будет для разных уровней воздействия и моделей воздействия
(зависимость доза-реакция). Характер и степень
подчеркиваются неопределенности и то, как
электромагнитные поля могут вызывать эффекты (правдоподобный механизм)
оцениваются. Подробнее…

Магнитные поля

Магнетизм тесно связан с электричеством. По сути, магнетизм — это сила, вызванная движущимися зарядами. В случае постоянных магнитов движущиеся заряды представляют собой орбиты электронов, вращающихся вокруг ядер. Проще говоря, сильные постоянные магниты имеют много атомов с электронами, вращающимися в одном направлении.Немагнитные частицы имеют более случайное расположение электронов, вращающихся вокруг ядра. Для электромагнитов сам ток обеспечивает движущиеся заряды. Во всех случаях магнитные поля можно использовать для описания сил, вызванных магнитами.

Вопрос: Какой тип поля существует вблизи движущегося электрического заряда?

1. электрическое поле, только
2. магнитное поле, только
3. как электрическое поле, так и магнитное поле
4. ни электрическое поле, ни магнитное поле

Ответ: (3) Электрическое поле возникает из-за электрического заряда, а магнитное поле из-за движения заряда.

Магниты поляризованы, то есть каждый магнит имеет два противоположных конца. Тот конец магнита, который указывает на географический северный полюс Земли, называется северным полюсом магнита, а противоположный конец по понятным причинам называется южным полюсом магнита. У каждого магнита есть северный и южный полюса. Нет ни одиночных изолированных магнитных полюсов, ни монополей. Если вы разделите магнит пополам, каждая половина исходного магнита будет иметь как северный, так и южный полюса, что даст вам два магнита.Физики продолжают поиски как физически, так и теоретически, но на сегодняшний день никто никогда не наблюдал северный полюс без южного полюса или южный полюс без северного полюса.

Вы использовали линии электрического поля, чтобы визуализировать, что произойдет с положительным зарядом, помещенным в электрическое поле. Чтобы визуализировать магнитное поле, вы можете нарисовать линии магнитного поля (также известные как линии магнитного потока), которые показывают направление, в котором северный полюс магнита должен указывать, если его поместить в поле. Линии магнитного поля рисуются в виде замкнутых петель, начинающихся с северного полюса магнита и продолжающихся до южного полюса магнита. Внутри самого магнита силовые линии проходят от южного полюса к северному. Магнитное поле является самым сильным в областях с наибольшей плотностью силовых линий магнитного поля или в областях с наибольшей плотностью магнитного потока. Сила магнитного поля (B) измеряется в единицах, известных как тесла (T).

Подобно электрическим зарядам, одинаковые полюса отталкивают друг друга, а противоположные полюса притягивают друг друга.Материалы можно разделить на магниты, притягивающие магниты (материалы, которые сами по себе не являются магнитами, но могут притягиваться магнитами) и непритягиваемые.

Вопрос: На приведенном ниже рисунке показаны силовые линии магнитного поля между двумя северными магнитными полюсами. В какой точке напряженность магнитного поля наибольшая?

Ответ: (B) имеет наибольшую напряженность магнитного поля, потому что он расположен в месте наибольшей плотности силовых линий магнитного поля.

 

 

Вопрос: На приведенной ниже схеме представлены стержневой магнит массой 0,5 кг и стержневой магнит массой 0,7 кг с расстоянием между их центрами 0,2 метра.

Какое утверждение лучше всего описывает силы между стержневыми магнитами?

1. Гравитационная и магнитная силы отталкивают друг друга.
2. Гравитационная сила отталкивает, а магнитная притягивает.
3. Сила гравитации притягивает, а магнитная сила отталкивает.
4. Гравитационная и магнитная силы притягиваются.

Ответ: (3) Гравитация всегда притягивает, а северные полюса отталкиваются.

 

 

Вопрос: Учащемуся дают два куска железа и просят определить, являются ли один или оба куска магнитами. Сначала учащийся прикасается концом одной части к одному концу другой. Две железяки притягиваются. Затем учащийся переворачивает одну из частей и снова соединяет концы вместе. Две части снова притягиваются. Что студент определенно знает о первоначальных магнитных свойствах двух кусков железа?

Ответ: По крайней мере один из кусков железа является магнитом, но мы не можем с уверенностью утверждать, что оба являются магнитами.

 

 

Вопрос: Начертите как минимум четыре линии поля, чтобы показать величину и направление магнитного поля в области, окружающей стержневой магнит.

Ответ:

 

 

 

Вопрос: Когда два кольцевых магнита помещаются на карандаш, магнит А остается подвешенным над магнитом В, как показано справа. Какое утверждение описывает гравитационную и магнитную силы, действующие на магнит А из-за магнита В?

1. Сила гравитации притягивает, а сила магнитного отталкивает.
2. Гравитационная сила отталкивает, а магнитная притягивает.
3. И гравитационная сила, и магнитная сила являются притягивающими.
4. И гравитационная сила, и магнитная сила отталкивают.

Ответ: (1) Гравитация может только притягивать, а поскольку магнит А подвешен над магнитом В, магнитная сила должна быть отталкивающей.

.