تبیان، دستیار زندگی
کره زمین نه تنها دو، بلکه چندین قطب دارد. یک جفت آن قطب های شمال و جنوب جغرافیای هستند که محور چرخش زمین را مشخص می کنند. جفت دیگر قطب های شمال و جنوب مغناطیسی اند که محل آن ها وابسته ...
عکس نویسنده
عکس نویسنده
بازدید :
زمان تقریبی مطالعه :

جهت یابی، جلسه دوم

قطب های زمین و میدان مغناطیسی زمین

اهداف: --------------------------------

وسائل مورد نیاز: --------------------------------

درس دوم:

کره زمین و قطب های آن:

کره زمین نه تنها دو، بلکه چندین قطب دارد. یک جفت آن قطب های شمال و جنوب جغرافیای هستند که محور چرخش زمین را مشخص می کنند. جفت دیگر قطب های شمال و جنوب مغناطیسی اند که محل آن ها وابسته به میدان مغناطیسی زمین است. هنگامی که شما از قطب نما استفاده می کنید عقربه آن در واقع قطب شمال مغناطیسی را نشان می دهد نه قطب شمال جغرافیایی.

جهت یابی، جلسه دوم

جابه جایی قطب ها:

قطب ها مغناطیسی زمین ثابت نیستند و در یک چرخه یک روزه حرکتی نزدیک به 80 کیلومتر را دارا هستند. البته موقعیت واقعی قطب ها میانگین مجموع جابه جایی هایشان است که مقداری نزدیک به 40 کیلومتر در سال تغییر دارد. در 150 سال گذشته میزان حرکت قطب ها در حدود 1102 کیلومتر بوده است. می بینید که این حرکت به قدری کند هست که بتوان با کمک یک قطب نمای ساده جهت قطب ها را تعیین کرد.

قطب ها ی شمال و جنوب مغناطیسی همچنین می توانند با هم جابه جه شوند. دانشمندان زمان و چگونگی این جابه جایی را با بررسی تغییر شکل صخره های کف اقیانوس توضیح می دهند. این صخره ها اطلاعات میدان مغناطیسی زمین را همچون نوار کاست های مغناطیسی، به صورت خطوط در خود ثبت می کنند. آخرین باری که قطب های زمین جابه جا شده اند مربوط به 780 هزار سال پیش می شود و این رویداد در 330 میلیون سال گذشته در حدود 400 بار رخ داده است!

جهت یابی، جلسه دوم

اطلاعات ثبت شده از میدان مغناطیسی زمین همچنین حاکی از آن است که میدان مغناطیسی زمین در طی 150 سال گذشته در حدود 10% ضعیف شده است. برخی دانشمندان بر این عقیده اند که این امر می تواند نشانه ای از یک تغییر در حال وقوع باشد.

اما منشا تمامی این تغییرات میدان مغناطیسی، ساختار فیزیکی کره زمین است. هسته داخلی این سیاره از آهن جامد است. اطراف این هسته جامد را هسته خارجی مذابی احاطه کرده است. لایه خارجی بعدی که گوشته نام دارد و با آنکه جامد است اما همچون پلاستیک نرم و انعطاف پذیر است. در پایان هم لایه ای است که هر روز آن را می بینیم و با آن سر و کار داریم که به آن پوسته گفته می شود.

جهت یابی، جلسه دوم

ساختار لایه های زمین

همانطور که در بالا گفته شد مرکز کره زمین مملو از آهن یونیزه است که به معنای باردار بودن آن می باشد. همچنین شعاع این ماده در حدود 50% از شعاع کره زمین می باشد. با چرخش کره زمین حول محورش، هسته داخلی که جامد است با سرعتی مشابه چرخش دارد اما سرعت چرخش برای هسته خارجی که مایع است متفاوت می باشد. این هسته مذاب آهنی بر روی هسته خارجی حرکتی ناهمگن دارد. این حرکت نوعی جریان و هدایت الکتریکی را برای الکترون های آزاد این سیال ایجاد کرده و به این ترتیب هسته زمین همچون یک آهنربای الکتریکی غول آسا عمل خواهد کرد.

همچنین تغییراتی که در شدت و جهت میدان مغناطیسی زمین مشاهده می شود نیز ناشی از همین جریان ناهمگن هسته مذاب است. به گفته ای تغییر محل قطب ها مغناطیسی وابسته است به تغییر جهت جریان این مواد. البته اینکه دقیقاً چگونه این موضوع بر روی تغییرات میدان تاثیر دارد هنوز بر دانشمندان آشکار نشده است! اما چیزی که مشخص است این است که ما همگونی های هسته به ویژه هنگامی که در مرز مشترک با گوشته قرار می گیرد همانطوری که موجب تغییراتی بر روی پوسته از جمله زمین لرزه های غول آسا می شود، عامل تغییرات میدان مغناطیسی زمین نیز هستند.

میدان مغناطیسی زمین:

جهت یابی، جلسه دوم

به شکل فوق دقت نمایید. در این جا قطب جنوب جغرافیایی زمین در پایین و شمال جغرافیایی در بالا قرار دارد. اگر میدان مغناطیسی زمین را ناشی از آهنربایی غول آسا در درون زمین فرض کنیم، مطابق شکل قطب های شمال و جنوب مغناطیسی در جهت عکس قرار دارند! این موضوع اشتباهی است بسیار متداول! اغلب افراد فکر می کنند که شمال های مغناطیسی و جغرافیایی در یک سو هستند در حالیکه همانطور که در شکل نشان داده شده این طور نیست!

جهت یابی، جلسه دوم

البته تعجب نکنید! با کمی دقت متوجه می شوید که به همین دلیل است که قطب شمالی عقربه آهنربا (که معمولا به رنگ قرمز است) جهت شمال جغرافیایی را به ما نشان می دهد. چون همانطور که از قوانین آهنربا ها می دانیم این قطب های ناهمنام هستند که همدیگر را جذب می کنند و عقربه قرمز قطب نما در واقع جذب قطب جنوب مغناطیسی که همان شمال جغرافیایی است، می شود!

اندازه میدان مغناطیسی زمین چقدر است؟

میدان مغناطیسی زمین از هسته زمین منشا گرفته و در فضای اطراف زمین در فضا منتشر می شود و این گسترش تا محدوده طوفان های خورشیدی (جریانی از ذرات پر انرژی که از خورشید منتشر می شوند) در فضای اطراف ادامه دارد.

جهت یابی، جلسه دوم

اندازه این میدان در سطح زمین از 25/0 تا 65/0 گاوس (25 تا 65 میکرو تسلا) تغییر می کند.برای آنکه از اندازه این میدان احساس واقعی پیدا کنید به جدول زیر که مربوط به اندازه میدان مغناطیسی های مختلف است توجه کنید.

میدان در مجاورت آهنربای یخچال

50 گاوس یا 5 میلی تسل

میدان مغناطیسی آهنربای کوچک موجود در اسباب بازی ها

100 گاوس

میدان مغناطیسی دستگاه های MRI در پزشکی

1/5 الی 3 تسل

میدان مغناطیسی مغز انسان

10-9 الی 8-10 گاوس

به ناحیه ای از فضا که میدان مغناطیسی زمین در خارج از جو در آن ادامه دارد magnetosphere گفته می شود. این لایه در واقع نقش یک لایه محافظ را در برابر اشعه های مضر کیهانی ایفا می کند.

تکلیف: ----------------

محل بازدید/ اردو/ خرید: ------------------

منابع مطالعه: اگر علاقمند به دانستن اطلاعات بیشتری درباره میدان مغناطیسی زمین هستید، سری به لینک های زیر بزنید! می توانید نتایج آموخته هایتان را به صورت اسلاید در کلاس برای دوستانتان ارائه دهید.

شمال و جنوب مغناطیسی

تعریف میدان مغناطیسی

شفق قطبی

مطالب مرتبط:

جهت یابی، جلسه اول

جهت یابی، جلسه دوم

جهت یابی، جلسه سوم

جهت یابی، جلسه چهارم

جهت یابی، جلسه پنجم

بخش پژوهش های دانش آموزی تبیان، تنظیم: نسرین صادقی