Приборы для измерения магнитного поля Земли

Основы палеомагнитологии
Лубнина Наталия Валерьевна
Веселовский Роман Витальевич
Учебники:
1. Палеомагнитология
А.Н.Храмов и др., Л., Недра,
1982, - 312 с.
Учебники:
Элементы палеомагнитологии
Шипунов С.В. - М.: ГИН РАН, 1994. - 64 с.
http://paleomag.ifz.ru/ (раздел «Литература»)
Учебники:
PALEOMAGNETISM:
Magnetic Domains to Geologic Terranes
Robert F. Butler (1998) (на русском языке)
http://paleomag.ifz.ru/ (раздел «Литература»)
Области применения
http://www.appliedpaleomagnetics.com/
Сигнал (вектор напряженности геомагнитного поля)
Магнитная лента (магнитные минералы в горных породах)
Бережное хранение (нет прогревов, переотложения, хим. изменений)
Воспроизведение (отбор образцов, измерение вектора ЕОН)
Прямая и обратная задачи палеомагнитологии:
Прямые задачи связаны с исследованием геологической
истории геомагнитного поля.
Обратные задачи состоят в решении геологических
вопросов на основе уже установленных закономерностей
распределения геомагнитного поля и его изменений во
времени.
Лекция 1
Основы геомагнетизма
История изучения земного магнетизма
Наиболее ранняя из известных конструкция компаса
(Китай, I век до н.э. или II век н.э.)
(реконструкция Wang Chen-To, 1948)
История изучения земного магнетизма
Наиболее ранняя из известных конструкция компаса
(Китай, I век до н.э. или II век н.э.)
(реконструкция Wang Chen-To, 1948)
История изучения земного магнетизма
Так выглядел корабельный компас в XVI веке
История изучения земного магнетизма
Первые замеры магнитного склонения в Китае – с 720 по 1280 гг.
(замечено, что склонение меняется)
Первые измерения магнитного склонения в Европе – 1510 г. (Рим).
Первые измерения магнитного наклонения – 1544 г.
С начала XVII века – постоянные измерения склонения в Европе.
1600 г. – William Gilbert публикует “De magnete” («О магните, магнитных
телах и о большом магните – Земле»). Показал, что первое приближение –
поле магнитного диполя.
Начало XIX века – изучение изменения напряженности поля от широты
(Alexander von Humboldt)
1838 г. – первое математическое описание геомагнитного поля (Carl Gauss)
(гармонический анализ на основе 84 точек с X,Y,Z. Предсказание магнитных полюсов)
1849 г. – открытие магнетизма горных пород.
1904 г. – открытие обратно намагниченных пород.
История изучения земного магнетизма
Элементы геомагнитного поля
Н – вектор напряженности геомагнитного поля
(момент силы, действующий на единичный магнит)
D – магнитное склонение (declination)
(восточное «+», западное «-»)
x
I – магнитное наклонение (inclination)
(вектор H вниз «+» сев.полушарие, вверх «-» ю.полушарие)
X – проекция Н на ось х
Y – проекция Н на ось y
Z – проекция Н на ось z
y
X = H · cos(D) · cos(I)
Y = H · sin(D) · cos(I)
Z = H · sin(I)
tg (D) = Y / X
tg (I) = Z / H
z
Северный географический полюс
Южный магнитный полюс
Северный магнитный полюс
Южный географический полюс
Единицы измерения, принятые в геомагнетизме
В качестве эталона магнитного поля принято
магнитное поле постоянного тока силой в 1 Ампер,
текущего в бесконечно длинном прямом проводнике,
на расстоянии 1 метр от него (в вакууме).
Единицы измерения, принятые в геомагнетизме
Напряженность магнитного поля H характеризует поле,
созданное в вакууме.
Магнитное поле в веществе называют индукцией В.
Величины напряженности магнитного поля H и
магнитной индукции В связаны соотношением В=μH,
где μ – магнитная проницаемость вещества.
Поскольку измерения магнитного поля Земли проводятся
в воздухе, то правильнее говорить о магнитной индукции B.
Индукция магнитного поля Земли различна: около
геомагнитных полюсов она равна 6.6 * 10-3 Тл, на магнитном
экваторе – 3 * 10-3 Тл.
Магнитное поле можно количественно охарактеризовать либо
- величиной силы, действующей на пробный магнит, либо
- величиной импульса напряжения, индуцируемого в пробной
катушке при наложении или снятии этого поля.
Тогда, магнитной индукцией называется приходящееся на один
виток отношение площади под кривой напряжения,
индуцированного в катушке, к сечению катушки.
Единицы измерения, принятые в геомагнетизме
СГСМ
СИ
Переход
Индукция (В)
гаусс (Гс)
тесла (Тл)
1 Гс = 10-4 Тл
Напряженность
(Н)
эрстед (Э)
ампер/метр
(А/м)
1Э=
=(1/4π)*103 А/м
Геомагнитные обсерватории
Геомагнитные обсерватории
Польская обсерватория
Hornsund, Шпицберген
Обсерватория Борок,
Ярославская область
Приборы для измерения магнитного поля Земли
1. Компас
2. Феррозондовые магнитометры,
основанные на измерении потока, пронизывающего две
тонкие пластинки пермаллоя (магнитомягкого сплава железа и никеля);
индукционный ток дисбаланса двух обмоток провода вокруг пластинок
пропорционален внешнему полю. Чувствительность – порядка 10 гамм (10 нТл).
Приборы для измерения магнитного поля Земли
3. Протонные магнитометры,
основанные на измерении частоты прецессии спинового магнитного
момента протонов (обычно в протоносодержащих жидкостях –
вода, спирт и т.п.), которая пропорциональна величине внешнего магнитного
поля. Чувствительность – порядка 1 нТл.
4. Оптические магнитометры,
основанные на эффекте расщепления спектральных линий некоторых газов
в магнитном поле. Величина сдвига пропорциональна величине поля.
Чувствительность – порядка 0.01-0.1 нТл.
5. Superconducting Quantum Interference Device (SQUID) (сверхпроводящий
квантовый интерференционный датчик) – современный прибор, основанный
на явлении сверхпроводимости. Величина тока, проходящего через контакт
металл–изолятор–металл при низких температурах, при которых металл
является сверхпроводником (контакты Джозефсона), зависит от величины
внешнего магнитного поля.
Чувствительность – 10-12 Тл.
Приборы для измерения магнитного поля Земли
«Луна-21»
Приборы для измерения магнитного поля Земли
Аналитическое представление магнитного поля Земли
tg (I) = 2 tg (lat)
Модель International Geomagnetic Reference Field (IGRF-2009, 11-ое поколение)
Используя эту модель можно
рассчитать значения всех
элементов геомагнитного поля
в любой точке земного шара в
любой момент времени
от 1945 до 2011 года.
Модель International Geomagnetic Reference Field (IGRF-2004, 10-ое поколение)