Campo geomagnético, elementos geomagnéticos, geomagnetismo, el campo geomagnético cambia con el espacio y el tiempo.

Hace mucho tiempo, las brújulas se usaban ampliamente en todo el mundo y la gente comprendió gradualmente que, sin importar dónde se encuentre, la aguja magnética apunta a los polos norte y sur, por lo que se dio cuenta de que la tierra es un gran imán. En el siglo XVII, se había demostrado teórica y experimentalmente que la Tierra era un gran imán y se había calculado que su campo magnético era similar a un dipolo magnético dentro de la Tierra, con el Polo Norte en el extremo norte y el Polo Norte en el sur. final (Figura 2-4). Las líneas del campo magnético se originan en el Polo Norte en el sur y convergen en el Polo Sur en el norte. Con el desarrollo de la ciencia, la gente descubrió que el Polo Sur de la Tierra está ubicado a 72° de latitud norte, 65,438+002° de longitud oeste, y el Polo Norte está ubicado a 68° de latitud sur. El eje geomagnético no coincide con el eje de rotación terrestre y el ángulo de intersección es 65, 438 + 065, 438 + 0,44’.

2. Elementos geomagnéticos

Para estudiar las características de distribución del campo geomagnético, primero debemos expresar cuantitativamente la magnitud y dirección de la intensidad del campo geomagnético en cualquier punto del espacio. Supongamos que la intensidad geomagnética total de un punto es T. Para determinar su orientación, se acostumbra utilizar el meridiano geográfico del punto como dirección de referencia. Generalmente, se utiliza la componente y el ángulo de dirección de T en el sistema de coordenadas rectangular. para representar su tamaño y dirección.

Figura 2-4 Diagrama esquemático del campo dipolar central oblicuo

Figura 2-5 Elementos geomagnéticos

Seleccione un sistema de coordenadas rectangular con el punto de observación como origen de las coordenadas El eje X apunta al Polo Norte geográfico, el eje Y apunta al este y el eje Z apunta verticalmente hacia abajo (Figura 2-5). La componente de T en el eje Z es la componente vertical Z, que es positiva hacia abajo y negativa hacia arriba. La componente de t en el plano XOY es la componente horizontal, representada por H, y su dirección es el norte magnético, el ángulo entre T y el plano horizontal es el ángulo de inclinación magnético, representado por I. Cuando T tiene pendiente hacia abajo, el ángulo I es positivo y cuando T tiene pendiente hacia arriba, I es negativo. La dirección de extensión de esta dirección es el meridiano magnético. El ángulo plano entre el meridiano magnético y el meridiano geográfico en este punto se llama declinación, representado por D. El meridiano magnético se desvía hacia el este del meridiano geográfico y D es positivo. y viceversa. Los componentes del componente horizontal H en los ejes X e Y se denominan componente en dirección norte y componente en dirección este respectivamente, y están representados por X e Y respectivamente. t, Z, H, I, D, Entre ellos, T, H, Z e I están todos directamente relacionados con la dirección radial. La dirección radial es la dirección característica de un punto en la esfera y es una cantidad física inherente al campo geomagnético. d, X e Y son cantidades de referencia necesarias para determinar la orientación y el tamaño de H en el sistema de coordenadas seleccionado, y son las cantidades de referencia relativas del campo geomagnético. La relación entre los siete elementos geomagnéticos anteriores es la siguiente:

Exploración geofísica general

Para describir las características del campo geomagnético, es necesario conocer tres elementos independientes, como X, Y, Z o H, D, I o T, D, I, se pueden obtener otros elementos mediante la ecuación (2-5).

3. Mapa geomagnético

Para expresar las características de distribución geográfica del campo geomagnético, de acuerdo con los datos de medición geomagnética, se pueden trazar en el mapa los valores de los elementos geomagnéticos obtenidos. mapa geográfico de acuerdo con las coordenadas de longitud y latitud de los puntos de medición. Conéctese en contornos suaves y compile un gráfico de contorno de cada elemento. Este tipo de mapa se llama mapa geomagnético. Los mapas de contorno de intensidad total T, componente horizontal H, componente vertical Z, declinación magnética e inclinación magnética generalmente se compilan y dividen en mapas geomagnéticos mundiales o mapas geomagnéticos nacionales.

Existen mapas magnéticos de toda China. Dado que los elementos geomagnéticos cambian lentamente con el tiempo, es necesario compilar mapas de contorno de la variabilidad anual de cada elemento para corregir el cambio anual. Los mapas magnéticos generalmente se reemplazan por mapas nuevos cada cinco o diez años. Dado que los datos compilados no se miden al mismo tiempo y tienen un proceso temporal, deben normalizarse en el tiempo, es decir, los datos se normalizan al 1 de enero o 1 de julio de un año determinado, y se adjuntan Z e I. .

Figura 2-6 Diagrama de isoclina

(1980, en grados)

Como se puede observar en la Figura 2-6, el ángulo de inclinación geomagnética es igual a La línea de inclinación es aproximadamente paralela a la línea de latitud y la línea de inclinación cero está cerca del ecuador geográfico, que se llama ecuador magnético. De aquí hacia el norte, el ángulo de inclinación magnética es hacia abajo (positivo), y hay un punto cerca del Polo Norte I = 90, que se llama Polo Norte Magnético. Desde el ecuador magnético hacia el sur, el ángulo de inclinación magnético es negativo y aumenta gradualmente. En el extremo sur se encuentra la Antártida. Los polos magnéticos norte y sur cambian lentamente con el tiempo. Tampoco son simétricos en la superficie de la Tierra. Las líneas de contorno del mapa de intensidad total también son aproximadamente paralelas entre los polos. Su intensidad es de aproximadamente (3 ~ 4) × 104 nt cerca del ecuador, aumentando gradualmente hacia los polos, y la intensidad total en los polos norte y sur aumenta a aproximadamente (6 ~ 7) × 104 nt.

Como puede verse en la Figura 2-7, los contornos de intensidad vertical son básicamente paralelos a la dirección latitudinal, con el mayor gradiente norte-sur. La intensidad es cero cerca del ecuador, aumenta gradualmente hacia los polos y aumenta a (6 ~ 7) × 104 nt en los polos. Porque en las regiones polares, T=Z, la intensidad también es equivalente. El valor z es positivo en el hemisferio norte y negativo en el hemisferio sur. Los contornos de intensidad horizontal son aproximadamente paralelos a las líneas de latitud. La intensidad alcanza un valor máximo cerca del ecuador, aproximadamente (3 ~ 4) × 104 nt, y se debilita gradualmente hacia los polos, donde el valor del campo es cero. La dirección de intensidad es hacia el norte excepto en los polos.

Figura 2-7 Mapa de contorno de fuerza vertical

(1980, unidad: 1000nT)

En el mapa magnético de arriba, podemos ver la intensidad. El gráfico es no exactamente paralelo a la latitud, lo que se debe a la superposición de varios campos magnéticos no dipolares a escala continental.

4. Cambios espaciales del campo geomagnético

La distribución del campo geomagnético en la dirección horizontal global ha sido descrita anteriormente. En vastas áreas de mi país, los mapas de contorno I, T, Z y H están distribuidos casi uniformemente a lo largo de las líneas de latitud magnética, y la dirección del gradiente máximo es la dirección del meridiano magnético. Las tasas de cambio de T y Z hacia el norte son: T es de aproximadamente 26 ~ 27 nt/km, Z es de aproximadamente 20 ~ 21 nt/km; el cambio de H hacia el norte es negativo, aproximadamente -3 ~ -4 nt/km; La intensidad del campo disminuye al aumentar la altitud: t =-20 ~-26 nt/km, z =-20 ~-23 nt/km. Los cambios por encima de h = -13 ~ -15nt/km se denominan gradiente horizontal normal y gradiente vertical normal del campo geomagnético.

5. Cambios del campo geomagnético a lo largo del tiempo

(1) Composición del campo geomagnético

El campo dipolar de la Tierra (A) y el campo magnético continental ( Tm) Constituye el campo magnético básico de la Tierra. Debido a las diferencias y la distribución desigual del magnetismo en las rocas de la corteza terrestre, el campo magnético de la corteza terrestre se distribuye en un área pequeña, generalmente cientos de kilómetros cuadrados. El campo magnético dentro de unos pocos kilómetros cuadrados se llama campo magnético local Ta. Es el principal objeto de la investigación de exploración magnética. Estos son campos magnéticos tranquilos en la pelota. El otro es el campo magnético Te procedente del exterior de la esfera, incluidos los campos magnéticos del espacio exterior como la ionosfera o los rayos cósmicos.

②Cambios a largo plazo en el campo geomagnético

El campo geomagnético básico cambia lentamente con el tiempo durante un largo período de tiempo y cambia regularmente en ciclos de cientos de años. Para estudios magnéticos a pequeña escala, este cambio es insignificante.

③Cambios a corto plazo en el campo geomagnético

Proviene de cambios a corto plazo causados ​​por campos magnéticos externos y se puede dividir en dos categorías: una son cambios continuos, regulares y periódicos. El otro tipo son los cambios accidentales, repentinos y bruscos a corto plazo. El primero es un cambio tranquilo, que puede estar relacionado con la ionosfera en el espacio, y se caracteriza por un cambio periódico de un día solar, llamado cambio diurno. Como se muestra en la Figura 2-8, el rango de variación diaria generalmente está entre 10 y 100 nt. La curva es tranquila durante la noche, cambia durante el día y tiene un valor negativo evidente al mediodía. En diferentes estaciones, el verano es caluroso, el invierno aburrido y la primavera y el otoño se encuentran en el medio. Las variaciones diurnas tienen una gran influencia en la exploración magnética y deberían corregirse. Estas últimas son las perturbaciones magnéticas y las tormentas magnéticas. Los cambios repentinos e irregulares en el campo magnético se denominan perturbaciones magnéticas, que tienen formas complejas y cambian rápidamente. Las fuertes perturbaciones magnéticas se denominan tormentas geomagnéticas y son efectos globales que duran horas o días. Según la intensidad, se puede dividir en tres niveles: intensidad media, intensidad media e intensidad fuerte. Las tormentas moderadas pueden alcanzar cientos de nanómetros y la causa de las tormentas magnéticas está relacionada con el flujo de partículas solares.

Figura 2-8 Curva de variación diurna Z en diferentes estaciones