ERDKUNDE
ERDE IM WELTRAUM

Das magnetische Feld der Erde

Die Erde verfügt über ein dipolartiges Magnetfeld; in ihrem Zentrum scheint sich ein riesiger Streifenmagnet zu befinden. Die Konfiguration dieses Feldes verändert sich langsam, wahrscheinlich aufgrund der Bewegung geschmolzenen Materials im äußeren Erdkern in Tiefen von mehr als 2900 km.Das Hauptmagnetfeld wird von Quellen verursacht, die sich in den Tiefen der Erde befinden. Auf der empfangenden Schwingung des Hauptteils Magnetfeld schnelle, aber geringfügige Änderungen, die durch verursacht werden elektrische Ströme in der Ionosphäre. Die elektrischen Eigenschaften der Ionosphäre hängen mit der Anwesenheit geladener Teilchen in ihr zusammen, die entstehen, wenn die Atmosphäre durch Sonnenstrahlung ionisiert wird. Winde, die in der Ionosphäre in Gegenwart des konstanten Magnetfelds der Erde wehen, führen zur Entstehung elektrischer Ströme, die wiederum ein zusätzliches magnetisches Wechselfeld erzeugen. Zusätzlich zu diesen regelmäßigen magnetischen Schwingungen werden auch Störungen durch periodische Sonneneruptionen beobachtet – Quellen ultravioletter und Röntgenstrahlung sowie ein gestörter Fluss geladener Teilchen im Sonnenwind. Diese Strahlung erhöht die Ionisierung und verursacht zusätzliche elektrische Ströme in der Ionosphäre. Im Laufe der Zeit interagiert der Sonnenwind so effektiv mit dem Erdmagnetfeld, dass er einen ringförmigen elektrischen Strom aus mehreren Erdradien bildet; dies führt zu einer Abnahme des Kopfmagnetfeldes; Solche magnetischen Störungen sind auf der ganzen Welt zu spüren, am stärksten sind sie jedoch in den Polarregionen. In Zeiten starker magnetischer Störungen treten besonders intensive Polarlichter auf und die Funkkommunikation ist häufig gestört. Untersuchungen des Erdmagnetfelds werden verwendet, um den physikalischen Zustand des tiefen Erdinneren und die in den hohen Schichten der Atmosphäre ablaufenden Prozesse zu untersuchen. Auch in Sphären, die Tausende von Kilometern von der Erdoberfläche entfernt sind, spielt das Magnetfeld eine wichtige Rolle; Innerhalb ihrer Grenzen stellt der intensive Fluss der vom Magnetfeld eingefangenen Partikel ernsthafte Probleme für die Luft- und Raumfahrtforschung dar. Sonnen- und galaktische kosmische Strahlen werden trotz ihrer hohen Energie vom Erdmagnetfeld abgelenkt, noch bevor sie in die Atmosphäre gelangen. An jedem Punkt der Erde wird das Magnetfeld durch seine Intensität und Richtung charakterisiert, deren Winkel mit der horizontalen Fläche als magnetische Neigung (I) bezeichnet wird. Wenn wir das Feld auf eine horizontale Ebene projizieren, wird die Richtung in erster Näherung von Norden nach Süden ausgerichtet sein, aber im allgemeinen Fall wird sie einen bestimmten Winkel mit der wahren Richtung des geografischen Meridians bilden; Diese Abweichung wird auch als magnetische Deklination bezeichnet ( D ). Die Amplitude oder Stärke des Magnetfelds wird als gesamte magnetische Intensität bezeichnet ( F ). Das Magnetfeld kann durch zwei zueinander senkrechte Komponenten dargestellt werden: horizontal (H) und vertikal ( Z ). Wenn die Vektoren, die die Intensität und Richtung der horizontalen Komponente an verschiedenen Punkten der Erde zeigen, auf einer Karte aufgetragen werden, ist klar, dass sie von einem Punkt in der Nähe des Südpols divergieren und an einem Punkt in der Nähe des Nordpols zusammenlaufen. Diese Punkte werden als magnetische Süd- bzw. Nordpole bezeichnet. An den Polen ist das Magnetfeld vertikal gerichtet.

Die Linie, auf der das Magnetfeld horizontal ausgerichtet ist, wird magnetischer Äquator genannt.

Magnetische Pole stimmen nicht mit geografischen überein und bewegen sich schnell. Der magnetische Nordpol liegt in den nördlichen Gewässern Kanadas. Seine Koordinaten waren im Jahr 1900 69° N. w. und 97° West. gest. 1950 - 72° N. w. und 96° West. gest. 1980 - 75° N. w. und 100° West. gest. 1985 - 77° N. w. und 102° West. d. Der magnetische Südpol hatte 1985 die Koordinaten 65,5° Süd. w. und 139,5° E. e. Eine durch diese Magnetpole gezogene Gerade geht nicht durch den Mittelpunkt der Erde. Messungen des Erdmagnetfeldes zeigen, dass es sich auf der gesamten Erdoberfläche als das Feld eines Magneten im Zentrum des Planeten darstellen lässt. Es wird auch magnetisches Dipolfeld genannt. Die beiden Punkte, an denen die Dipolachse die Erdoberfläche schneidet, werden geomagnetische Pole genannt. Anfang der 1990er Jahre war der geomagnetische Äquator um 12° zum geografischen Äquator geneigt. Der geomagnetische Nordpol hatte die Koordinaten 79° N. w. und 70° West. und die Dipolachse befand sich 460 km vom Erdmittelpunkt entfernt in Richtung des Pazifischen Ozeans (18° N, 148° E). Die gesamte magnetische Intensität an den geomagnetischen Polen beträgt etwa 0,6 Gauss; am magnetischen Äquator ist die Intensität etwa halb so hoch.

Vorlesungsübersicht

1.1.Form und Grundparameter der Erde.

1.2. Das Gravitationsfeld der Erde.

1.3. Wärmefeld der Erde.

1.4. Das Magnetfeld der Erde.

Die Geologie, als eine Wissenschaft, die in erster Linie unseren Planeten und seine obere Gesteinshülle untersucht, ignoriert nicht die umgebende schlammige Welt – das Universum. Dies liegt daran, dass die Struktur der Erde gewisse Ähnlichkeiten und Unterschiede mit den Planeten aufweist; Einige geologische Prozesse stehen in direktem Zusammenhang mit kosmischen Phänomenen.

Die Erde ist ein typischer Planet Sonnensystem– gekennzeichnet durch das Vorhandensein gut entwickelter Innen- und Außenhüllen.

1.1. Form und Grundparameter der Erde

Mit Figur oder Form der Erde meinen wir ihre Form solide gebildet von der Oberfläche von Kontinenten und dem Boden von Meeren und Ozeanen. Die Form des Planeten wird durch seine Rotation, das Verhältnis der Anziehungs- und Zentrifugalkräfte, die Dichte der Materie und ihre Verteilung im Körper bestimmt

Geodätische Messungen haben gezeigt, dass sich das vereinfachte Firmament der Erde einem Rotationsellipsoid (SPHEROID) nähert. Polarradius Rn 6356,8 km, Äquatorial - 6378,2 km, der Unterschied zwischen den Radien beträgt 21,4 km.

Detaillierte Messungen haben gezeigt, dass die Erde eine komplexere Form hat. Diese nur für die Erde charakteristische Zahl wird GEOID genannt. An jedem Punkt des Geoids verläuft der Schwerkraftvektor senkrecht zu seiner Oberfläche, was durch die Erweiterung der Oberfläche des Weltozeans unter den Kontinenten erreicht werden kann. Bei der Berechnung von Höhen in der Topographie, Geodäsie und Vermessung wird die Geoidoberfläche als Basis verwendet.

Geoid und Sphäroid stimmen nicht überein und die Abweichung zwischen den Positionen ihrer Oberflächen beträgt 160 km (100 m in der UdSSR). Nach den genauesten jüngsten Daten wurde festgestellt, dass die Erde ein birnenförmiges (d. h. herzförmiges) dreiachsiges Ellipsoid hat.

Die Masse der Erde beträgt 5,977 10 21 Tonnen, das Volumen 1,083 Milliarden km 3, die Fläche 510 Millionen km 2. Die durchschnittliche Dichte der Erde beträgt 5,52 g/cm 3 . Es wurde festgestellt, dass der äußere, steinerne Teil Erdkruste hat eine durchschnittliche Dichte von 2,8 g/cm 3 . Damit die Gesamtdichte 5,52 beträgt, muss das Innere der Erde dichter sein als das Äußere. Die Zunahme der Dichte mit der Tiefe lässt sich durch Unterschiede in der Zusammensetzung und die enorme Kraft erklären, mit der die äußeren Teile der Erde auf die inneren Teile drücken. Es wird angenommen, dass der innere Kern eine Dichte von etwa 13 g/cm 3 aufweist, was offenbar dem Zustand von metallischem Eisen bei diesem Druck entspricht.

1.2. Das Gravitationsfeld der Erde

Die vom Planeten als Ganzes und einzelnen isolierten Körpern erzeugten physikalischen Felder werden durch die Eigenschaften bestimmt, die jedem physischen Objekt innewohnen. Die Untersuchung geophysikalischer Felder ist bei der Untersuchung physikalischer Eigenschaften wichtig Felsen in Samples und Arrays. Die Untersuchung der Eigenschaften und die Interpretation der erhaltenen Daten sollten auf der Kenntnis der allgemeinen und lokalen Muster der Struktur der physikalischen Felder der Erde basieren.

Die enorme Masse der Erde ist der Grund für die Existenz von Kräften

Reize, die auf den Körper und darauf befindliche Gegenstände einwirken Oberflächen. Der Raum, in dem sich die Gravitationskräfte der Erde manifestieren, wird Schwerefeld oder Gravitationsfeld (lateinisch „gravitas“ – Schwerkraft) genannt. Es spiegelt die Art der Massenverteilung im Darm wider und steht in engem Zusammenhang mit der Gestalt der Erde. Jeder Punkt auf der Erdoberfläche hat seine eigene Schwerkraft; im Erdmittelpunkt ist die Schwerkraft Null.

Die Schwerkraft ist numerisch gleich der resultierenden Anziehungskraft und der Zentrifugalkraft P, die pro Masseneinheit eines Stoffes wirken

Im CGS-System wird die Größe der Schwerkraft in Gallen (cm/s) ausgedrückt. In der Praxis wird häufig ein Tausendstel Gallonenmilligal verwendet. Die Schwerkraft hängt von der Höhe des Gebiets ab, da sich dadurch die Entfernung ändert Zu

Mittelpunkt der Erde. Daher werden Messungen der Schwerkraft normalerweise auf eins reduziert

Ebene wie das Geoid oder Ellipsoid. Der Wert der Schwerkraft auf der Erdoberfläche nimmt vom Äquator zu den Polen von 978,049 auf 963,235 Gallonen zu. Die durchschnittliche Schwerkraft auf der Geoidoberfläche beträgt 981 Gallonen.

Die Stärke der Schwerkraft hängt nicht nur von der Höhenposition ab, sondern auch von der geografischen Breite des Gebiets. Es wird auch durch die ungleichmäßige Massenverteilung im Erdinneren beeinflusst. Aus diesem Grund kommt es zu lokalen Abweichungen der Schwerkraftwerte von ihren theoretisch berechneten Werten. Solche Abweichungen nennt man Gravitationsanomalien.

Es gibt positive und negative Gravitationsanomalien. Positive werden beobachtet, wenn dichte Massen (Eisenerze) in den Tiefen der Erdkruste liegen; negative werden durch Ablagerungen leichter Massen (Gips, Kalisalz) verursacht. Schwerkraftanomalien werden mit Gravimetern und Pendelinstrumenten festgestellt. Basierend auf den Messergebnissen werden gravimetrische Karten erstellt, auf denen anhand von Isolinien Schwerkraftanomalien in Milligal dargestellt werden.

Veränderungen der Schwerkraft können durch bestimmte aus der Astronomie bekannte Phänomene verursacht werden, wie etwa die Verlangsamung oder Beschleunigung der Erdrotation um ihre Achse, Veränderungen in der Form und Dichte der Erde.

1.3. Wärmefeld der Erde

Das Wärmefeld der Erde wird durch äußere und innere Quellen gebildet. Die Hauptquelle externer Energie ist die Sonnenstrahlung. Die Strahlungsenergie der Sonne, die die Erdoberfläche pro Jahr empfängt, beträgt 5,44 * 10 J. Ungefähr 55 % Es wird von der Atmosphäre, der Vegetation und dem Boden absorbiert. Der Rest der Energie wird in den Raum reflektiert.

Die inneren Wärmequellen der Erde sind folgende: radioaktiver Zerfall von Elementen; Energie der gravitativen Differenzierung von Materie; Restwärme usw.

Die entstehende Sonnenwärme erwärmt das Gestein direkt und dringt nur in geringe Tiefen ein. Die Oberflächentemperatur der Schichten variiert im Laufe des Tages, der Jahreszeit und des Jahres. Mit der Tiefe nimmt die Amplitude der Temperaturschwankungen ab: Zuerst verschwindet der Einfluss täglicher Lufttemperaturschwankungen, dann saisonaler und schließlich jährlicher. Ab einer bestimmten Tiefe bleibt die Temperatur des Gesteins über Jahre hinweg konstant – eine Zone konstanter Temperatur. Darüber liegen Schichten langfristiger, saisonaler und täglicher Schwankungen.

Die Tiefe des Gürtels konstanter Temperaturen variiert mit der Breite des Gebiets und mit Änderungen der thermophysikalischen Eigenschaften von Gesteinen. In den äquatorialen Regionen erreicht der Gürtel konstanter Temperatur 1-2 m, in den mittleren Breiten 20-30 m (in Moskau - 20 m).

Die konstante Temperatur dieser Zone entspricht ungefähr der durchschnittlichen Jahrestemperatur der Bodenschicht eines bestimmten Gebiets (für Moskau +4,2 ° C, für Paris + I8). Wenn die durchschnittliche Jahrestemperatur des Gebiets unter 0 liegt, dann Niederschlag und Grundwasser wird zu Eis. Dies ist die Hauptvoraussetzung für die Bildung von „Permafrost“.

Ausgehend von der Zone konstanter Temperaturen steigt die Temperatur der Gesteine ​​mit zunehmender Tiefe stetig an, was durch eine geothermische Stufe und einen geothermischen Gradienten gekennzeichnet ist. GEOTHERMISCHE STUFE – numerisch gleich der Anzahl der Meter, die man tiefer gehen muss, damit die Temperatur des Gesteins um 1 ansteigt, und hat die Dimension m/Grad. Der GEOTHERMISCHE GRADIENT ist der Kehrwert und entspricht numerisch der Gradzahl, um die die Temperatur von Gesteinen bei einer Tiefe von 100 m (m/Grad) ansteigt.

Die durchschnittliche geothermische Stufe wird mit 33 m/Grad angenommen, ihr Wert schwankt jedoch an verschiedenen Punkten stark zwischen 2 und 250 m/Grad. Oftmals weicht der Wert der Geothermiestufe in unterschiedlichen Tiefen desselben Punktes erheblich ab. Es hängt ab: von unterschiedlichen Wärmeleitfähigkeiten und Vorkommensbedingungen von Gesteinen, Grundwasser, Entfernung zu Meeren und Ozeanen, Gelände, geochemischen Bedingungen.

Die höchste Gesteinstemperatur in unterirdischen Minenbauwerken liegt bei C und wurde in den Kupferminen von Magna (USA) in einer Tiefe von 1200 m beobachtet. Die Gesteinstemperatur in den Minen von Donbass in einer Tiefe von 800-1000 übersteigt . und erreicht in einer Tiefe von 1545 m 56,3. Um Mineralvorkommen in großen Tiefen und im Permafrostbereich zu erschließen, ist es notwendig, das thermische Regime tiefer Bergwerke und Bergwerke zu regulieren.

1.4. Das Magnetfeld der Erde

Rund um den Globus und in seinem Inneren gibt es Magnetfelder. Weltraumstudien zufolge erstreckt es sich über den Planeten hinaus in einer Entfernung von mehr als dem Zehnfachen des Erdradius und bildet die Magnetosphäre. Es wurde eine komplexe asymmetrische äußere Form der Magnetosphäre festgestellt, die sich kontinuierlich in Form und Stärke ändert. Auf der von der Sonne beleuchteten Seite der Erde wird die Magnetosphäre deutlich komprimiert und auf der gegenüberliegenden Seite unter Bildung einer magnetischen Wolke gedehnt.

Die Asymmetrie der Magnetosphäre ist auf den Einfluss des Sonnenwinds (kosmische Strahlung) zurückzuführen.

Nach Angaben aus dem Jahr 1960 liegt die Magnetismusgrenze in einer Höhe von 93.000 km. Die Stärke des Erdmagnetfeldes nimmt bis zu einer Höhe von etwa 43.000 km proportional zur dritten Potenz der Entfernung ab. Im erdnahen Raum gibt es jenseits der Grenzen des Erdmagnetismus ein Magnetfeld des interplanetaren Raums. Die Natur des Erdmagnetfeldes ist derzeit nicht vollständig verstanden. Es ist bekannt, dass die Auswirkungen von Prozessen in hohen Schichten der Atmosphäre darauf gering sind und 6 nicht überschreiten %. Auf dieser Grundlage wird angenommen, dass das Magnetfeld mit Prozessen im tiefen Erdinneren zusammenhängt. Das Magnetfeld beeinflusst die Ausrichtung ferromagnetischer Mineralien (Magnetit, Ilmenit, Hämatit) in Gesteinen. Ultrabasische und basische magmatische Sande (Basalte, Gabbros) und rot gefärbte Sande reagieren am stärksten auf das Magnetfeld. Sedimentäre Genese.

Die Pole des Erdmagnetfeldes stimmen nicht mit den geografischen Polen überein.

Die Haupteigenschaften des Magnetfelds sind wie folgt:

MAGNETISCHE DEKLINATION – der Winkel zwischen der Achse der Magnetnadel, den magnetischen Meridianen und dem geografischen Meridian.

MAGNETISCHE NEIGUNG – der Neigungswinkel der Magnetnadel zum Horizont.

Die STÄRKE des Erdmagnetfeldes wird durch eine Vektorgröße ausgedrückt – MAGNETSPANNUNG. Die Maßeinheit für die magnetische Intensität ist ein Hunderttausendstel Oersted, genannt Gamma ().

Abweichungen der Elemente des Erdmagnetfeldes werden magnetische Anomalien genannt. Sie werden entweder durch das Vorkommen großer magnetischer Massen (Eisenerze) oder durch Störungen der Homogenität der geologischen Struktur verursacht.

Die größte magnetische Anomalie der Welt, die durch das Auftreten großer magnetischer Massen verursacht wird, ist die KMA.

Die Untersuchung des Erdmagnetfeldes wird häufig zur Suche nach Mineralvorkommen, einschließlich Öl und Gas, eingesetzt.

Ministerium für Bildung und Wissenschaft

Russische Staatliche Universität

Öl und Gas benannt nach I.M. Gubkin

Abteilung für Geologie

Kursarbeit

ZUM THEMA: Geophysikalische Felder der Erde

Magnetische Erfassung thermischer Felder

Einführung

Wärmefeld der Erde

1 Parameter des Erdwärmefeldes

2 Anwendung der thermischen Aufklärung

Schwerkraftfeld

1 Schwerkraftfeldparameter

2 Interpretation und gelöste Probleme durch gravimetrische Untersuchung

3 Anwendung der gravimetrischen Vermessung

Das Magnetfeld der Erde

1 Über den Ursprung des Erdmagnetfeldes

2 Hauptelemente des Magnetfeldes

3 Magnetometrische oder magnetische Aufklärung

4 Magnetisierung von Gesteinen und ihre magnetischen Eigenschaften

5 Anwendung der magnetischen Prospektion zur Kartierung, Prospektion und Exploration von Mineralien

Das elektromagnetische Feld der Erde

1 Elektromagnetische Felder

2 Elektromagnetische Eigenschaften von Gesteinen

3 Elektromagnetische Aufklärung

4Merkmale der Verwendung elektromagnetischer Sondierung

Referenzliste

Magnetische Erfassung thermischer Felder

Einführung

Geophysik- ein Komplex von Wissenschaften, der die Struktur der Erde mit physikalischen Methoden untersucht. Geophysik im weitesten Sinne untersucht die Physik der festen Erde (Erdkruste, Erdmantel, flüssiger äußerer und fester innerer Kern), die Physik der Ozeane, Oberflächengewässer von Land (Seen, Flüsse, Eis) und Grundwasser sowie die Physik der Atmosphäre (Meteorologie, Klimatologie, Aeronomie).

Zu den geophysikalischen Bereichen gehören:

Wärmefeld der Erde.

Schwerkraftfeld.

Das Magnetfeld der Erde.

Elektromagnetisches Feld der Erde.

1. Wärmefeld der Erde

Die Erde gehört zur Gruppe der kalten Himmelskörper. Es gibt weniger Energie in den Weltraum ab, als es von außen aufnimmt. Seine Oberfläche wird von einem enormen Energiefluss beeinflusst, der von der Sonne ausgeht. Laut M.D. Khutorsky beträgt sie 5,5 * 10 24 J pro Jahr, was zehntausend Mal mehr ist als das thermische Feld der Erde. Etwa 40 % dieser Energie werden in den Weltraum reflektiert. Nur 2 % der Energie werden für die Zerstörung von Gestein verwendet.

Wissenschaftler wissen seit langem, dass die Temperatur im Erdinneren viel höher ist als in der Oberflächenschicht, basierend auf Fakten wie vulkanischer Aktivität und dem Vorhandensein hydrothermaler Quellen. All dies zeugt von den eigenen Energieressourcen der Erde.

.1 Parameter des Erdwärmefeldes

A) geothermischer Gradient.

B) Geothermiestufe.

B) Wärmeleitfähigkeitskoeffizient.

D) Wärmekapazität.

D) Wärmestromdichte.

E) die Menge der erzeugten Wärme.

Der geothermische Gradient charakterisiert die Temperaturänderung von Gesteinen pro Entfernungseinheit. Je nachdem, ob sich die Temperatur flächig oder in einem vertikalen Abschnitt ändert, werden horizontale und vertikale geothermische Gradienten unterschieden.

Der Kehrwert des geothermischen Gradienten wird als geothermischer Schritt bezeichnet. Sie charakterisiert die Länge des Gesteinsintervalls, innerhalb dessen die Temperatur um ein Grad ansteigt.

Laut B. Guttenberg ist der geothermische Gradient in verschiedenen Teilen der Erde unterschiedlich. Sein Maximalwert ist mehr als 15-mal höher als der Minimalwert, was auf eine unterschiedliche endogene Aktivität der Regionen und eine unterschiedliche Wärmeleitfähigkeit der sie bildenden Gesteine ​​hinweist.

Die Fähigkeit von Gesteinen, Wärme zu leiten, wird durch den Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten (K) charakterisiert, der der Wärmemenge entspricht, die pro Zeiteinheit bei einem Temperaturgradienten von eins durch eine Oberflächeneinheit übertragen wird.

Am meisten Gesamte Beschreibung Das Wärmefeld wird durch die Wärmestromdichte angegeben, die gleich dem Produkt aus dem geothermischen Gradienten und dem Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten ist.

Im Durchschnitt beträgt die Wärmeflussdichte auf dem Planeten 75 mW/mm, wobei es zwischen Kontinenten und Ozeanen keine wesentlichen Unterschiede gibt. Abweichungen des Wärmeflusses von Durchschnittswerten werden als Anomalien bezeichnet, die in regionale und lokale unterteilt werden.

.2 Anwendung der thermischen Aufklärung

In verschiedenen natürliche Bedingungen Die daraus resultierenden geothermischen Profile und Karten dienen der Abgrenzung von Permafrost und aufgetautem Gestein mit unterschiedlichen thermischen Eigenschaften. Untersuchung der Dynamik des Grundwassers; Vorhersage der Annäherung der Ortsbrust an Überschwemmungsgebiete und Lösung anderer Probleme.

2. Schwerkraftfeld

.1 Schwerefeldparameter

Die wichtigste Messgröße im Schwerefeld ist die Erdbeschleunigung g, die entweder absolut oder relativ bestimmt wird.

Gravimetrische oder Schwerkraftexploration (abgekürzt als Schwerkraftexploration) ist eine geophysikalische Methode zur Untersuchung der Erdkruste und zur Mineralienexploration, die auf der Untersuchung der Verteilung von Anomalien im Schwerefeld der Erde in der Nähe der Erdoberfläche, in Wassergebieten und in der Luft basiert . Das Schwerefeld wird hauptsächlich durch die Newtonsche Anziehung aller Körper mit Masse durch die Erde verursacht. Da die Erde kugelförmig inhomogen ist und sich zudem dreht, ist das Schwerefeld auf der Erdoberfläche nicht konstant. Diese Veränderungen sind klein und erfordern hochempfindliche Instrumente, um sie zu untersuchen. Die wichtigsten gemessenen Parameter des Gravitationsfeldes sind die Erdbeschleunigung und Gradienten (Änderungen der Beschleunigung in verschiedene Richtungen). Die Größe der Parameter des Schwerefeldes hängt einerseits von den Ursachen ab, die durch die Anziehung und Rotation der Erde (Normalfeld) verursacht werden, und andererseits von der ungleichmäßigen Änderung der Dichte der Gesteine bilden die Erdkruste (anomales Feld). Diese beiden Hauptgründe für Änderungen der Schwerkraft auf der Erde dienten als Grundlage für zwei Zweige der Gravimetrie: die geodätische Gravimetrie und die Schwerkraftaufklärung.

.2 Interpretation und durch Schwerkraftmessung gelöste Probleme

Als Ergebnis der Schwerkraftuntersuchung werden Karten und Diagramme der Bouguer-Anomalien ∆ erstellt, die die Heterogenität der lateralen Dichte von Gesteinen in unterschiedlichen Tiefen hervorheben. Positive Anomalien entsprechen dichterem Gestein und negative Anomalien weniger dichtem Gestein, sie stellen jedoch immer eine Überlagerung von Gravitationsfeldern dar, die durch anomalieerzeugende Objekte unterschiedlich tiefer Strukturböden verursacht werden.

Die Interpretation der Schwerkraftvermessungsdaten kann qualitativ oder quantitativ erfolgen und wird von einer geologischen Interpretation der Ergebnisse begleitet. Bei der qualitativen Interpretation werden Anomalien visuell oder mithilfe statistischer Methoden identifiziert. Mit einer quantitativen, rechnerischen Interpretation werden die Lage der Epizentren (Projektionen auf die Erdoberfläche) anomalieerzeugender Objekte, die Tiefen ihrer Zentren, Formen, Größen und Überdichten bestimmt.

.3 Anwendung gravimetrischer Untersuchungen

Die Schwerkraftexploration wird zur Lösung eines breiten Spektrums von Problemen im Zusammenhang mit der Untersuchung der Tiefenstruktur der Erde, zumindest des oberen Erdmantels und der Erdkruste, der regionalen tektonischen Zonierung von Land und Ozeanen, der Suche nach vielen Mineralien und der Untersuchung der Erdkruste eingesetzt geologische Umgebung.

Die Schwerkraftexploration wird auch zur Suche und Exploration von Ölstrukturen, Kohlebecken, Erzen und nichtmetallischen Mineralien eingesetzt.

Lassen Sie uns überlegen kurze Beschreibung Diese Anwendungsbereiche der Schwerkrafterkundung. Die Schwerkraftexploration wird zur Erkundung folgender Ölstrukturen eingesetzt: Salzstöcke, Antiklinalfalten, Riftmassive, kuppelförmige Plattformstrukturen.

Salzstöcke sind für die Erkundung am günstigsten, da Salz im Vergleich zu den umliegenden Gesteinen und scharfen Steilhängen eine geringe Dichte (ρ = 2,1 g/cm 3) aufweist. Salzstöcke in der Ural-Emben-Region, der Dnjepr-Donez-Senke und anderen Gebieten zeichnen sich durch isometrisch intensive negative Anomalien aus, anhand derer man nicht nur ihre Lage und Form, sondern auch ihre Tiefe beurteilen kann.

Antiklinale Falten zeichnen sich durch verlängerte Isolinien von Anomalien aus, die oft positiv sind, seltener negatives Zeichen abhängig von der Dichte der im Faltenkern liegenden Gesteine. Die Interpretation der Ergebnisse erfolgt qualitativ, gelegentlich auch quantitativ.

Viele Öl- und Gasfelder sind auf Rift-Massive beschränkt, deren Exploration mithilfe der Schwerkraftexploration ist jedoch keine leichte Aufgabe. Zur Erforschung von Riftkalksteinen zwischen terrigenen Sedimentgesteinen wird die Analyse sowohl regionaler als auch lokaler Anomalien verwendet, wobei Riftkalksteine ​​in der Regel durch positive Anomalien unterschieden werden.

Mithilfe hochpräziser Schwerkraftmessungen werden die Betriebsbedingungen von Öl- und Gasfeldern sowie unterirdischen Gasspeicheranlagen untersucht. Im Zusammenhang mit der Erkundung von Kohlelagerstätten wird die Gravimetrie sowohl zur Bestimmung der Grenzen des Kohlebeckens als auch zur direkten Suche nach einzelnen Lagerstätten und Kohleschichten mit geringer Dichte (ρ≤2g/cm 3) eingesetzt.

Die Schwerkraftexploration wird in Kombination mit anderen geophysikalischen Methoden zur Exploration von Erzen und nichtmetallischen Mineralien eingesetzt und dient sowohl der großräumigen Kartierung und Identifizierung tektonischer Zonen und Strukturen, die für das Vorkommen bestimmter Mineralien günstig sind, als auch der direkten Suche und Erkundung von Lagerstätten. Daher wird die Schwerkraftaufklärung erfolgreich zu ihrer Entdeckung eingesetzt.

3. Das Magnetfeld der Erde

.1 Über den Ursprung des Erdmagnetfeldes

Sie versuchen, den Ursprung des Erdmagnetfelds durch verschiedene Gründe zu erklären, die mit der inneren Struktur der Erde zusammenhängen. Die zuverlässigste und akzeptabelste Hypothese zur Erklärung des Magnetismus der Erde ist die Hypothese der Wirbelströme im Kern. Diese Hypothese basiert auf der etablierten geophysikalischen Tatsache, dass sich in einer Tiefe von 2900 km unter dem Erdmantel (der Erdhülle) ein „flüssiger“ Kern mit hoher elektrischer Leitfähigkeit befindet. Dank des sogenannten gyromagnetischen Effekts und der Rotation der Erde während ihrer Entstehung könnte ein sehr schwaches Magnetfeld entstanden sein. Das Vorhandensein freier Elektronen im Kern und die Rotation der Erde in einem so schwachen Magnetfeld führten zur Induktion von Wirbelströmen im Kern. Diese Ströme wiederum erzeugen (regenerieren) ein Magnetfeld, wie es bei Dynamos der Fall ist. Eine Zunahme des Erdmagnetfeldes sollte zu einer erneuten Zunahme der Wirbelströmungen im Kern führen, und letztere sollte zu einer Zunahme des Magnetfeldes usw. führen. Der Prozess einer solchen Regeneration dauert so lange, bis der Energieverlust aufgrund der Viskosität des Kerns und seines elektrischen Widerstands durch die zusätzliche Energie von Wirbelströmen und anderen Gründen ausgeglichen wird.

.2 Hauptelemente des Magnetfeldes

An jedem Punkt der Erdoberfläche herrscht ein Magnetfeld, das durch den Gesamtintensitätsvektor T bestimmt wird. Entlang des Vektors T ist eine im Schwerpunkt aufgehängte Magnetnadel installiert. Die Projektion dieses Vektors auf die horizontale Fläche und die vertikale Richtung sowie die Winkel, die dieser Vektor mit den Koordinatenachsen bildet, werden als Hauptelemente des Magnetfelds bezeichnet (Abb. 1).

Wenn die Achse X Punkt des rechteckigen Koordinatensystems zum geografischen Norden, Achse bei- nach Osten und zur Achse z- entlang einer Lotlinie nach unten, dann die Projektion des Vollvektors T auf die Achse z wird als vertikale Komponente bezeichnet und mit z bezeichnet. Die Projektion des Vollvektors T auf die horizontale Ebene wird als horizontale Komponente (H) bezeichnet. Die Richtung von H stimmt mit dem magnetischen Meridian überein. Projektion von H auf die Achse X wird als nördliche (oder südliche) Komponente bezeichnet; Projektion von H auf die Achse j wird als östliche (westliche) Komponente bezeichnet. Winkel zwischen Achsen X und die Komponente H wird Deklination genannt und mit D bezeichnet. Es ist allgemein anerkannt, dass die östliche Deklination positiv und die westliche Deklination negativ ist. Der Winkel zwischen dem Vektor T und der horizontalen Ebene wird Neigung genannt und mit J bezeichnet. Wenn das nördliche Ende des Pfeils nach unten geneigt ist, wird die Neigung als Norden (oder positiv) bezeichnet, wenn das südliche Ende des Pfeils geneigt ist, wird sie als Nord (oder positiv) bezeichnet heißt Süden (oder negativ). Die Beziehung zwischen den erhaltenen Elementen des Erdmagnetfeldes wird durch die Formeln ausgedrückt:

Die sieben Elemente des Erdmagnetfeldes können durch drei beliebige Komponenten ausgedrückt werden. Bei magnetischen Untersuchungen werden nur eine oder zwei Feldkomponenten gemessen (normalerweise Z, H oder T).

Reis. 1. Elemente des Erdmagnetfeldes

Die Verteilung der Werte magnetischer Feldelemente auf der Erdoberfläche wird üblicherweise in Form von Isolinienkarten dargestellt, d.h. Linien, die Punkte mit gleichen Werten des einen oder anderen Parameters verbinden. Deklinationsisolinien werden als Isogonen bezeichnet, Neigungsisolinien werden als Isoklinen bezeichnet, H- oder Z-Isolinien werden als H- bzw. Z-Isodynamik bezeichnet. Karten werden für den 1. Juli erstellt und als Karten der Epoche dieses oder jenes Jahres bezeichnet. Abb. 2 zeigt beispielsweise eine Karte der 1980er-Ära.

Reis. 2Die Gesamtstärke des Erdmagnetfelds für die Epoche 1980. T-Isolinien sind durch 4 μT gezeichnet (aus dem Buch „Geophysical Methods in Regional Geology“ von P. Sharma)

3.3 Magnetometrische oder magnetische Aufklärung

(abgekürzt magnetische Prospektion) ist eine geophysikalische Methode zur Lösung geologischer Probleme, die auf der Untersuchung des Erdmagnetfelds basiert. Magnetische Phänomene und das Vorhandensein eines Magnetfelds in der Nähe der Erde waren der Menschheit bereits in der Antike bekannt. Schon vor langer Zeit wurden diese Phänomene von Menschen für praktische Tätigkeiten genutzt (z. B. mit einem Kompass). Aus der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts. Zur Suche nach magnetischen Erzen wurden Magnetfeldstärkemessungen durchgeführt.

Die magnetische Prospektion unterscheidet sich von anderen Methoden der Geophysik durch ihre größte Produktivität (insbesondere die aeromagnetische Prospektion). Die magnetische Prospektion ist die effektivste Methode zur Suche und Erkundung von Eisenerzvorkommen.

.4 Magnetisierung von Gesteinen und ihre magnetischen Eigenschaften

Regionale und lokale magnetische Anomalien hängen von der Intensität der Magnetisierung von Gesteinen J durch sowohl moderne (induzierte Magnetisierung J i) als auch alte (Restmagnetisierung J r) Magnetfelder ab, d. h. Dies ist die Vektorsumme J=J i +J r . Die induzierte Magnetisierung jeder Gesteinsprobe ist gleich J i =kT, wobei k (kappa) ihre magnetische Suszeptibilität und T der Gesamtvektor des konstanten Erdmagnetfelds ist. Allerdings enthält dieselbe Probe Informationen über die Magnetisierung, die zum Zeitpunkt der Gesteinsbildung existierte und sich bis heute auf komplexe Weise verändert hat. Es wird Residuum (J r) genannt. Zusammen mit dem Verhältnis Q=J r /J i charakterisiert die Restmagnetisierung quantitativ die Fähigkeit eines Gesteins, die Magnetisierung über sein gesamtes Alter, vielleicht viele Millionen Jahre, aufrechtzuerhalten oder zu ändern.

Ein Beispiel für Materialien und Erze, die auch bei Abschirmung vom Erdmagnetfeld ein starkes Magnetfeld aufweisen, sind künstliche Magnete oder natürliche Magnetitproben, bei denen die Magnetisierung aufgrund der Restmagnetisierung stabil ist.

.5 Anwendung der magnetischen Prospektion zur Kartierung, Prospektion und Exploration von Mineralien

Die Suche und Erkundung von Eisenerzvorkommen ist eine Aufgabe, die am besten durch magnetische Prospektion gelöst wird. Die Forschung beginnt mit aeromagnetischen Untersuchungen im Maßstab 1:100.000. Eisenerzlagerstätten zeichnen sich durch sehr intensive (Hunderte und Tausende von Gammas) Z(T)-Anomalien aus. Die Detaillierung von Anomalien erfolgt durch Bodenuntersuchung. Dabei erfolgt nicht nur eine qualitative, sondern auch eine quantitative Interpretation, d.h. Die Tiefe des Vorkommens magnetischer Massen, Streichen, Neigung, Größe eisenhaltiger Schichten und manchmal sogar die Qualität des Erzes werden anhand der Intensität der Magnetisierung beurteilt.

Am günstigsten für die Exploration sind Magnetit-Erze, Hämatit-Lagerstätten zeichnen sich durch weniger ausgeprägte Anomalien aus.

4. Elektromagnetisches Feld der Erde

.1 Elektromagnetische Felder

Natürliche elektromagnetische Wechselfelder umfassen quasiharmonische niederfrequente Felder kosmischer (sie werden magnetotellurischer) und atmosphärischer (Gewitter) Natur („Tellurik“ und „Atmosphärik“).

Der Ursprung magnetotellurischer Felder wird durch den Einschlag eines Stroms geladener Teilchen aus dem Weltraum (hauptsächlich durch Korpuskularstrahlung der Sonne) auf die Ionosphäre der Erde erklärt. Aufgrund der unterschiedlichen Sonnenaktivität und des Sonnenwinds führen periodische (11-jährige), jährliche und tägliche Schwankungen des Erdmagnetfelds und magnetischer Stürme zu Störungen in der Magnetosphäre und Ionosphäre. Durch Induktion in der Erde entstehen magnetotellurische Felder. Im Allgemeinen haben diese Felder eine infraniedere Frequenz (von 10 -5 bis 10 Hz). Die Theorie zeigt, dass bei solchen Frequenzen der Skin-Effekt schwach ist, sodass magnetotellurische Felder bis zu einer Tiefe von mehreren zehn und einigen hundert Kilometern in die Erde eindringen. Das stabilste, beständigste und universellste am Morgen und Tagesstunden Insbesondere im Sommer und in Jahren erhöhter Sonnenaktivität kommt es zu kurzperiodischen Oszillationen (SPO) mit einer Periode von wenigen bis hundert Sekunden. Felder anderer Perioden werden seltener beobachtet.

Die gemessenen Parameter sind die elektrischen (E x ; E y) und magnetischen (H x ; H y ; H z) Komponenten der magnetotellurischen Feldstärke. Ihre Amplituden und Phasen hängen einerseits von der Intensität der Variation des tellurischen und geomagnetischen Feldes und andererseits vom elektrischen Widerstand der Gesteine ​​ab, aus denen der geoelektrische Abschnitt besteht.

Aus den gemessenen zueinander senkrechten elektrischen und magnetischen Komponenten lässt sich der \rho eines homogenen Halbraums (Normalfeld) nach folgender Formel aus der Theorie der elektrischen Prospektion berechnen:

ρ=αT*(E x /H g) 2

wobei T die Schwingungsperiode und α der Dimensionskoeffizient ist. Er beträgt 0,2, wenn T in s gemessen wird, E x in mV/km, H in Nanotesla (nT), ρ in Ohm*m. Über einem inhomogenen Medium wird der mit dieser Formel erhaltene spezifische Widerstand als scheinbarer Widerstand (CS oder ρ z) bezeichnet.

Der Ursprung natürlicher variabler Felder atmosphärischer Natur ist mit der Gewitteraktivität verbunden. Bei jedem Blitzeinschlag auf die Erde (auf der gesamten Erdoberfläche beträgt die Anzahl der Blitzeinschläge pro Sekunde durchschnittlich etwa 100) wird ein elektromagnetischer Impuls angeregt, der sich über weite Strecken ausbreitet. Im Allgemeinen entsteht unter dem Einfluss von Gewittern in den oberen Teilen der Erde überall und immer ein schwaches Gewitterfeld, das als Lärm bezeichnet wird. Es besteht aus periodisch wiederholten Impulsen (Zügen) quasi-sinusförmiger Natur mit vorherrschenden Frequenzen von 10 Hz bis 10 kHz und einer Spannung der elektrischen Komponente in Bruchteilen von mV/m.

Der durchschnittliche Pegel des „atmosphärischen“ Feldes unterliegt deutlichen tages- und jahreszeitlichen Schwankungen, d. h. Die Stärkevektoren der elektrischen (E) und magnetischen (H) Komponenten bleiben in Amplitude und Richtung nicht konstant. Allerdings hängt das durchschnittliche Intensitätsniveau (E avg, H avg) über einen Zeitraum von zehn Sekunden vom spezifischen elektrischen Widerstand der Schichten des geoelektrischen Abschnitts ab, über den Beobachtungen durchgeführt werden. Somit sind die gemessenen Parameter der „Atmosphäre“ verschiedene Komponenten von E avg und H avg.

4.2 Elektromagnetische Eigenschaften von Gesteinen

Zu den wichtigsten elektromagnetischen Eigenschaften von Gesteinen gehören: elektrischer Widerstand (ρ), elektrochemische Aktivität (α), Polarisierbarkeit (ƞ), dielektrische (ɛ) und magnetische (µ) Permeabilität. Die Parameter ρ, ɛ, µ sowie die Feldfrequenz bestimmen den Feldabsorptionskoeffizienten des Mediums.

4.3 Elektromagnetische Untersuchung

(genauer gesagt elektromagnetische Erkundung) kombiniert physikalische Methoden zur Untersuchung der Geosphären der Erde, zur Suche und Erkundung von Mineralien, basierend auf der Untersuchung elektrischer und elektromagnetischer Felder, die auf der Erde entweder aufgrund natürlicher kosmischer, atmosphärischer, physikalischer und chemischer Prozesse vorhanden sind oder erzeugt werden künstlich.

Als Grundlage für die Konstruktion geoelektrischer Abschnitte dienen die elektromagnetischen Eigenschaften geologischer Medien, des Wirtsmediums, von Schichten, Objekten sowie deren geometrische Parameter. Ein geoelektrischer Abschnitt über einem Halbraum, der in der einen oder anderen elektromagnetischen Eigenschaft homogen ist, wird üblicherweise als normal und über einem inhomogenen Abschnitt als anomal bezeichnet. Die elektrische Prospektion basiert auf der Identifizierung von Anomalien.

Aufgrund der Vielfalt der verwendeten Felder, ihrer Zeit-Frequenz-Spektren und der elektromagnetischen Eigenschaften von Gesteinen unterscheidet sich die elektrische Prospektion in einer Vielzahl von Methoden (über 50) von anderen geophysikalischen Methoden. Entsprechend ihrer physikalischen Natur können sie in Methoden des natürlichen elektromagnetischen Wechselfelds, der Polarisation (geoelektrochemisch), des Widerstands, der niederfrequenten Induktion, der Hochfrequenz, der Mikrowelle und der biogeophysikalischen Methoden eingeteilt werden.

4.4 Merkmale der Verwendung elektromagnetischer Strahlung Sondierungen

Obwohl alle elektromagnetischen Sondierungsverfahren darauf ausgelegt sind, horizontale und hohl geschichtete Medien zu trennen, sind ihre geologischen Fähigkeiten unterschiedlich und hängen in erster Linie von der projizierten Tiefe und den zu lösenden Aufgaben ab.

Mit elektromagnetischer Sensorik werden folgende Aufgaben gelöst:

ü Bestimmung der Mächtigkeit und Zusammensetzung von Deck- und Grundgesteinssedimenten, der Tiefe des Fundaments, was für die strukturgeologische Volumenkartierung sehr wichtig ist;

ü Bewertung geometrischer Parameter und physikalischer Eigenschaften von Gesteinsmassen, die für die ingenieurgeologische, permafrostglaziologische und hydrogeologische Kartierung von großem Interesse sind;

ü Suche nach geschichteten, meist nichtmetallischen Mineralien. Für Strukturstudien an Land und im Meer bis zu einer Tiefe von 5 - 10 km.

5. Schlussfolgerung

Basierend auf dem untersuchten Material können wir den Schluss ziehen, dass die geophysikalischen Felder der Erde in großem Umfang zur Untersuchung der geologischen Struktur einzelner Abschnitte der Erdkruste sowie zur Suche und Erkundung von Mineralvorkommen genutzt werden.

6. Referenzen

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Seismische Erkundung. Ein Nachschlagewerk für Geophysiker in zwei Büchern. - M.: Nedra, 1990.

Elektrische Prospektion. Ein Nachschlagewerk für Geophysiker in zwei Büchern. - M.: Nedra, 1989.

Sharma P. Geophysikalische Methoden in der regionalen Geologie. - M.: Mir, 1989.

Geologie. Lithologie. Gegenstand und Aufgaben dieser Wissenschaften.

Geologie ist die Wissenschaft von der Erde. Lithologie ist die Wissenschaft, die Sedimentgesteine ​​untersucht. Petrographie ist eine Wissenschaft, die magmatische Gesteine ​​untersucht. Die Hauptaufgaben der lithologischen Forschung: 1) Untersuchung der Merkmale und Muster der räumlichen Verteilung von Sedimentgesteinen auf der Erde; 2) Auf der Grundlage identifizierter Muster wird nach Mineralvorkommen gesucht, die genetisch, paragenetisch und räumlich mit Sedimentgesteinen in Zusammenhang stehen. Das Problem der Geologie ist die Abfolge geologischer Ereignisse.

Moderne Ansichten über den Ursprung des Universums, des Sonnensystems und der Erde darin.

Das Universum, das wir jetzt beobachten, enthält nur 1/9 der Materie, aus der nach Berechnungen die Masse des Universums gebildet werden sollte. Folglich bleiben 8/9 der Masse seiner Substanz vor uns verborgen. Das Universum entstand in seiner beobachtbaren Form vor etwa 20 Milliarden Jahren.

Theorien: 1. „Streuung“ von Galaxien und ihren Clustern. Der Nachweis dieses Phänomens ist mit dem aus der Physik bekannten Doppler-Effekt verbunden, der darin besteht, dass die spektralen Absorptionslinien in den beobachteten Spektren eines sich von uns entfernenden Objekts immer zur roten Seite verschoben werden, und denen, die sich ihnen nähern ins Blaue. 2. CMB-Strahlung. Arno Penzias und Robert Wilson nutzten eine Hornantenne, um den Hintergrund zu erfassen elektromagnetische Strahlung bei einer Wellenlänge von 7,35 cm, in alle Richtungen identisch und unabhängig von der Tageszeit. Diese Strahlung entspricht der Schwarzkörperstrahlung mit T~2,75K. 3. Chemische Zusammensetzung Die Masse des Universums beträgt ¾ Wasserstoff und ¼ Helium. Alle anderen Elemente machen in der Zusammensetzung des Universums nicht einmal 1 % aus. In diesem Verhältnis 3:1 entstanden H 2 und He bereits in den ersten Minuten des Urknalls.

Form und Abmessungen der Erde (Geoid, dreiachsiges Ellipsoid).

Die Erde hat die Form eines zweiachsigen Ellipsoids. 1. Kompression an den Polen. Die 2. Kompression ist äquatorial. Die Länge des Äquators beträgt 40.075 km; Radius 6377 km; Gewicht 5,9737*. Ein Geoid ist eine imaginäre Fläche, auf die die Schwerkraft senkrecht gerichtet ist.

Geophysikalische Felder der Erde (gravitative, magnetische, elektrische, thermische); ihre Herkunft.

Das Schwerefeld der Erde ist ein Schwerefeld, das durch die Schwerkraft der Erde und die durch ihre tägliche Rotation verursachte Zentrifugalkraft verursacht wird. Gekennzeichnet durch die räumliche Verteilung der Schwerkraft und des Gravitationspotentials.

Das Erdmagnetfeld ist ein Magnetfeld, das durch Ströme im flüssigen Teil des Kerns erzeugt wird. Magnetpole stimmen weder in Zeichen noch in Koordinaten mit geografischen Polen überein. Im Laufe der geologischen Geschichte der Erde kam es zu einer Verschiebung der Magnetpole. Die magnetische Deklination ist der Winkel zwischen der Richtung der Magnetnadel und der Richtung des geografischen Meridians. Die magnetische Neigung ist der Winkel, um den die Nadel unter dem Einfluss des Erdmagnetfelds in der vertikalen Ebene ausgelenkt wird. Auf der Nordhalbkugel weicht das nach Norden zeigende Ende des Pfeils nach unten ab, auf der Südhalbkugel nach oben. Arten von Magnetfeldern: normal, alternierend, anomal.

Elektrisches Feld der Erde. Die Ionosphäre erhält unter dem Einfluss des Strahlungsfeldes der Sonne eine positive Ladung. Zwischenschichten mit Lithosphäre (-) und Ionosphäre (+) wirken isolierend. Daher entstehen Gewitter und schlagen von oben nach unten (von + nach -) zu.

Wärmefeld der Erde. Quellen: 1) von der Sonne empfangene Wärme; 2) Wärme aus dem Erdinneren (Wärmefluss); 3) radioaktiver Zerfall; 4) Ebbe und Flut; 5) Bewegung der Platten. Der geothermische Gradient gibt an, um wie viel die Temperatur beim Tauchen pro Distanzeinheit (m) ansteigt. Die geothermische Stufe ist die Distanz, die abgesenkt werden muss, damit die Temperatur um ansteigt. Die Zone konstanter Temperatur ist die Tiefe, in der die Temperatur dem Jahresdurchschnitt (konstant) entspricht.

Das Magnetfeld der Erde. Jeder, der schon einmal einen Kompass benutzt hat, weiß, dass ein frei hängender Pfeil, egal wie sehr er von seiner ursprünglichen Richtung abweicht, immer in diese zurückkehrt. Das bedeutet, dass in geografische Hülle und im erdnahen Raum gibt es ein Magnetfeld, in dessen jedem Punkt sich die Kompassnadel parallel zu den magnetischen Kraftlinien befindet. In diesem Fall zeigt ein Ende des Pfeils auf den magnetischen Nordpol und das andere auf den Süden.

Die Erde ist ein großer Magnet, um den sich ein Magnetfeld befindet. Die Region des erdnahen Weltraums, physikalische Eigenschaften die durch das Erdmagnetfeld und seine Wechselwirkung mit Strömen kosmischer Teilchen bestimmt wird, wird Magnetosphäre genannt. Seine äußere Grenze – die Magnetopause (ca. 200 km breit) – liegt auf der Tagseite in einer Höhe von 10–14 Erdradien (die Magnetosphäre wird unter den Einwirkungen des Sonnenwinds komprimiert) und erstreckt sich auf der Nachtseite bis zu einer Höhe von 10–14 Erdradien Höhe von 900–1000 Erdradien (die Magnetosphäre ist länglich und bildet einen „Schwanz“). Mit zunehmender Entfernung von der Erdoberfläche glättet sich die Heterogenität der Magnetosphäre, ihre Spannung schwächt sich ab und jenseits der Magnetopause verliert das Erdmagnetfeld seine Fähigkeit, geladene Teilchen einzufangen. Dank der Magnetosphäre ist die magnetische Kompassnadel in Richtung der magnetischen Kraftlinien ausgerichtet. Der Großkreis, in dessen Ebene sich die magnetische Kompassnadel befindet, heißt magnetischer Meridian dieser Punkt. Magnetische Meridiane bilden auf der Erdoberfläche kein regelmäßiges Gitter und laufen in zwei sogenannten Punkten zusammen magnetische Pole. Sie fallen nicht mit den geografischen Polen zusammen und ändern langsam ihren Standort, wobei sie mit einer Geschwindigkeit von 7 bis 8 km/Jahr „driften“. So hatte der magnetische Nordpol im Jahr 1950 die Koordinaten 72° N. Breitengrad: 96°w. lang. und der südliche - 70° S. Breitengrad, 150°w. D.; im Jahr 1970 jeweils 75° 42" N, 101° 30" W. und 65°30" S, 140°18" W, 1985 - 77 o 36 / N. und 102 o 48 / W und der Süden - 65 o 06 / S. und 139 o.e.

Magnetpole sind keine Antipodenpunkte. Der erste von ihnen bewegt sich in Richtung Nordpol, der zweite in Richtung Australien. Es wird erwartet, dass um das Jahr 2185 herum die magnetischen und geografischen Pole auf der Nordhalbkugel am gleichen Punkt liegen werden.

Das Erdmagnetfeld wird durch drei Elemente des Erdmagnetismus charakterisiert: magnetische Deklination, magnetische Neigung und Stärke.

Magnetische Deklination- der Winkel zwischen der wahren Nordrichtung, also dem geografischen Meridian, und der Richtung des nördlichen Endes der Magnetnadel. Die magnetische Deklination ist entweder östlich oder westlich. Wenn das nördliche (blaue) Ende der magnetischen Kompassnadel östlich vom geografischen Meridian abweicht, spricht man von Deklination östlich und hat ein Pluszeichen (positiv), wenn es nach Westen abweicht - Western und hat ein Minuszeichen (negativ). Auf allen Geräten muss die magnetische Deklination angegeben werden topografische Karten. Beispielsweise beträgt die magnetische Deklination Moskaus etwa +8°. Um die Richtung des geografischen Meridians herauszufinden, müssen Sie 8° West (gegen den Uhrzeigersinn) vom nördlichen Ende der magnetischen Kompassnadel aus zählen. In diesem Fall zeigt das blaue Ende der Kompassnadel die Richtung nach Norden an. Linien gleicher magnetischer Deklination werden genannt Isogonen. Ihr Wert variiert von 0° bis ±180°. Das Nullisogon heißt Agonielinie. Es trennt die Regionen östlicher und westlicher Deklination und verläuft durch beide geografischen und magnetischen Pole. Darauf zeigen die Kompassnadeln auf die geografischen Pole, da der geografische und der magnetische Meridian zusammenfallen.

Magnetische Neigung- der Winkel zwischen der horizontalen Ebene und einer Magnetnadel, die frei auf einer horizontalen Achse hängt. Auf der nördlichen geomagnetischen Hemisphäre ist es positiv, auf der südlichen negativ. Die magnetische Neigung variiert von 0° bis ±90°. An den Magnetpolen beträgt er +90° und -90°, die magnetische Kompassnadel nimmt also eine vertikale Position ein: Auf der Nordhalbkugel zeigt das blaue Ende des Pfeils nach unten (+90°), auf der Südhalbkugel das rote Ende (-90°). Als Magnetpole gelten Punkte mit einer Neigung von ±90°. Linien, die Punkte mit gleicher magnetischer Neigung verbinden, werden genannt Isoklinen. Null-Isokline - magnetischer Äquator- verläuft ungefähr entlang des geografischen Äquators: etwas südlich - auf der Westhalbkugel, etwas nördlich - auf der Osthalbkugel. Es teilt die Erde in zwei geomagnetische Hemisphären.

Die Stärke des Magnetfeldes wird charakterisiert durch Spannung. Seine Größe nimmt vom magnetischen Äquator zu den Polen hin zu. Auf der Nordhalbkugel ist sie größer als auf der Südhalbkugel und generell sind die Energiereserven der Magnetosphäre enorm. In einigen Gebieten der Erde unterscheidet sich die Stärke des tatsächlichen Magnetfelds aufgrund der Heterogenität der inneren Struktur der Erde vom normalen (theoretischen) Feld, d. h. dem, das die Erde hätte, wenn sie gleichmäßig wäre magnetisierte Kugel. Diese Abweichungen werden aufgerufen magnetische Anomalien. Große globale Anomalien werden in Ostsibirien, im Gebiet der Sundainseln usw. beobachtet; regionale sind Kursk, Krivorozhskaya usw., und es gibt viele lokale.

Das Erdmagnetfeld besteht aus zwei Magnetfeldern unterschiedlichen Ursprungs – konstant und variabel. Die Hauptkomponente ist ein konstantes Feld (99 % der Stärke). Seine Entstehung ist auf dynamische Prozesse im Erdkern zurückzuführen. Ein konstantes Feld ist mehr oder weniger stabil und unterliegt regelmäßigen Schwankungen – täglich, jährlich, säkular. Variables Feld(1 % in der Größenordnung) wird durch äußere Gründe verursacht – den Einfluss des Sonnenwinds und der damit verbundenen elektrischen Ströme in der Magnetosphäre und der oberen Atmosphäre. Sie verursachen in der Regel aperiodische starke Störungen aller Elemente des Erdmagnetismus, d.h. magnetische Stürme, die mit Polarlichtern, einer Verschlechterung der Kurzwellenfunkkommunikation, Funkstörungen, einer Verschlechterung des Wohlbefindens der Menschen usw. einhergehen. Trotz einiger Störungen verstärken sich Magnetstürme im Frühling und Herbst und schwächen sich im Sommer und Winter ab.

Die Bedeutung der Magnetosphäre ist äußerst groß. Es hat eine isolierende Funktion für die korpuskuläre Sonnenstrahlung und wird vom Sonnenwind umströmt. Die Magnetosphäre ist also die wichtigste unsichtbare „Panzerbarriere“ des Planeten. Allerdings gelangt Sonnenplasma von der Tagseite der Polarregionen in geringen Mengen in die Magnetosphäre und dann in die oberen Schichten der Atmosphäre – die sogenannten Ionosphäre bis zu Höhen von 80-100 km. Für alle austretenden geladenen Teilchen erweist sich die Magnetosphäre als eine Art Falle. Im Inneren bewegen sich geladene Teilchen entlang geschlossener Flugbahnen entlang magnetischer Feldlinien und bilden sich Strahlungsgürtel: intern (Proton) mit einer maximalen Partikelkonzentration in einer Höhe von 3 - 4.000 km über dem Äquator und extern (elektronisch) - in einer Höhe von etwa 22.000 km. Somit ist die Magnetosphäre unser „magnetischer Regenschirm“. Durch die Übertragung der Strahlungsenergie der Sonne elektromagnetischer Natur auf die Erde verzögert es die Korpuskularstrahlung und schützt so die geografische Hülle und alle Lebewesen vor dem Tod.

Medizinische und biologische statistische Materialien (Häufigkeit von Herz-Kreislauf-Anfällen beim Menschen, Prävalenz). Infektionskrankheiten, Arbeitsunfälle, Verkehrsunfälle usw.) weisen auf einen Zusammenhang zwischen den aufgeführten Phänomenen und Veränderungen im Erdmagnetfeld hin.

Bei der Untersuchung natürlicher Magnetfelder sollte man die künstlichen elektromagnetischen Felder nicht vergessen, die von Industrieanlagen, Fernsehzentren, Stromleitungen usw. erzeugt werden. Der Wirkungsmechanismus von Magnetfeldern auf biologische Objekte ist ein sehr komplexes Phänomen, und es ist eine Frage der Entschlüsselung die Zukunft. Magnetische Stürme beeinträchtigen auch technische Systeme – Energie, Rohrleitungen usw., in denen es zu Überlastungen kommt.

Das Erdmagnetfeld hilft Forschungsteams, Schiffen, U-Booten, Flugzeugen und Touristen bei der Navigation im Weltraum. Bei Verwendung eines Kompasses zur Bestimmung der Seiten des Horizonts ist eine Korrektur der magnetischen Deklination erforderlich. Schiffe verwenden heute Kreiselkompasse, die sofort die Richtung des geografischen Meridians anzeigen. Anhand einiger Veränderungen im Magnetfeld ist es möglich, das Herannahen eines Magnetsturms im Voraus vorherzusagen, was für Signalwärter, Schiffskapitäne und andere Spezialisten, mit denen die Standortkommunikation erfolgt, sowie für Ärzte wichtig ist. Lokale magnetische Anomalien weisen auf Vorkommen von Eisenerzmineralien hin, weshalb bei der Suche nach ihnen häufig magnetometrische Explorationsmethoden eingesetzt werden.

Die Struktur des Erdmagnetfeldes variiert je nach Breitengrad. Auf jeder Hemisphäre gibt es drei Breitengrade.

1. Äquatorialzone (25°N – 25°S), gekennzeichnet durch geringes Eindringen energiereicher Protonen in die Erdatmosphäre. Die Barriere zu ihnen wird durch magnetische Kraftlinien geschaffen, die hier nahezu parallel zur Erdoberfläche verlaufen und für Teilchen des Kosmos undurchdringlich werden.

2. Zone gemäßigter Breiten (30° N und 55° S), gekennzeichnet durch eine Zunahme der Strömungsintensität. Zu den Polen hin nimmt die Permeabilität des Magnetfeldes zu.

3. Zone über den Polarregionen der Erde. Dabei verlaufen die magnetischen Feldlinien mehr oder weniger senkrecht zur Erdoberfläche und bilden eine trichterförmige Konfiguration. Durch sie dringt ein Teil des Sonnenwinds von der Tagseite in die Magnetosphäre und dann in die obere Atmosphäre ein. Bei magnetischen Stürmen strömen Partikel aus dem Schweif der Magnetosphäre hierher und erreichen die Grenzen der oberen Atmosphäre in hohen Breiten der nördlichen und südlichen Hemisphäre. Es sind diese geladenen Teilchen, die hier die Polarlichter verursachen.

Das Magnetfeld wird zum Haupthindernis für das Eindringen der für lebende Materie schädlichen Korpuskularstrahlung der Sonne in die geografische Hülle. Gleichzeitig sendet die Magnetosphäre Röntgen- und Ultraviolettstrahlen, Radiowellen und Strahlungsenergie an die Oberfläche des Planeten, die als Hauptwärmequelle und Energiebasis für die in der geografischen Hülle ablaufenden Prozesse dient. Die Zusammenhänge zwischen verschiedenen Funktionen von Pflanzen und Tieren in Abhängigkeit von ihrer Ausrichtung im Magnetfeld wurden experimentell nachgewiesen. Wiederholte Experimente mit Kultur- und Wildpflanzen haben gezeigt, dass die besondere Lage des Samenembryos in Bezug auf die Richtung des Erdmagnetfeldes Einfluss auf die Wachstumsgeschwindigkeit und Ausrichtung der Wurzeln in der Zukunft hat. Dieses Phänomen in der organischen Welt der Erde wird Magnetotropismus genannt. Verschiedene Pflanzengruppen reagieren nicht gleich auf Änderungen der Erdmagnetfeldstärke. Einige Samen bilden, wenn sie künstlich davor geschützt werden, mehr Wurzeln für Wachstumsknospen, während bei anderen, zum Beispiel bei Nadelbäumen, die Ruhezeit verlängert wird, die Keimung abnimmt, die Sauerstoffaufnahme abnimmt und der Trockenmassegehalt um durchschnittlich 30 sinkt %. Über die hohe Empfindlichkeit von Insekten, Vögeln, Fischen, Weichtieren, Würmern und sogar Algen gegenüber Magnetfeldern wurden viele verlässliche Fakten gesammelt.

Das Gravitationsfeld der Erde- das ist das Schwerkraftfeld. Die Schwerkraft wirkt überall auf der Erde und ist entlang einer Lotlinie auf die Oberfläche des Geoids gerichtet, wobei ihre Stärke von den Polen zum Äquator hin abnimmt. Die Erde hätte es getan normales Gravitationsfeld vorausgesetzt, es hat die Form eines Rotationsellipsoids und eine gleichmäßige Massenverteilung darin. Die Erde ist jedoch kein solcher Körper. Man nennt die Differenz zwischen der Intensität des realen Gravitationsfeldes und dem theoretischen (Normal-)Feld Schwerkraftanomalie. Diese Anomalien werden sowohl durch unterschiedliche Materialzusammensetzung und Dichte der Gesteine ​​als auch durch sichtbare Unebenheiten der Erdoberfläche verursacht. Berge verursachen jedoch nicht immer eine Zunahme der Schwerkraft (positive Anomalie), und ozeanische Tiefdruckgebiete führen nicht immer zu einem Mangel an Schwerkraft (negative Anomalie). Diese Situation wird erklärt Isostasie(aus dem Griechischen isostasios- gleich im Gewicht) - Ausgleich der festen und relativ leichten Oberhorizonte der Erde auf dem schwereren Obermantel, der sich in der Schicht in einem plastischen Zustand befindet Asthenosphäre. Nach modernen geophysikalischen Konzepten kommt es im Erdinneren ab einer bestimmten Tiefe (Ausgleichstiefe) zu einer horizontalen Ausbreitung subkrustaler Materiemassen von Orten ihres Überschusses an der Oberfläche (in Form von Bergen etc.) zu den Peripherie und Ausgleich des Drucks der darüber liegenden Schichten. Das Vorhandensein asthenosphärischer Strömungen ist eine notwendige Voraussetzung für das isostatische Gleichgewicht der Erdkruste.

Wenn in Gebieten mit alten und modernen Gletschern Gletscherlast auftritt oder verschwindet, wird auch das isostatische Gleichgewicht gestört. Wenn die Eismasse der Deckgletscher zunimmt, sackt die Erdkruste ab, und wenn das Eis schmilzt, steigt es an. Solche vertikalen Bewegungen der Erdkruste nennt man Glazioisostasie(von lat. Gletscher- Eis). Die glaziisostatische Absenkung ist unter den zentralen Teilen moderner Eisschilde – der Antarktis und Grönland – am ausgeprägtesten, wo sich das Gletscherbett stellenweise unter den Meeresspiegel biegt. Besonders intensiv sind Hebungen in Gebieten, die kürzlich vom Kontinentaleis befreit wurden (z. B. in Skandinavien, Kanada), wo ihre Gesamtwerte in der Nacheiszeit mehrere zehn Meter erreichen. Moderne Hebungsraten erreichen nach instrumentellen Messungen mancherorts 1 m pro Jahrhundert, beispielsweise an der schwedischen Küste des Bottnischen Meerbusens.

Die Schwerkraft ist extrem stark. Es bestimmt die wahre Gestalt der Erde – das Geoid. Subkrustale Strömungen in der Asthenosphäre verursachen tektonische Verformungen und Bewegungen der Lithosphärenplatten, wodurch große Landformen der Erde entstehen. Die Schwerkraft bestimmt gravitative Reliefbildungsprozesse: Erosion, Erdrutsche, Geröllhalden, Erdrutsche, Schlammlawinen, Gletscherbewegungen in den Bergen usw. Die Schwerkraft bestimmt die maximale Höhe der Berge auf der Erde. Es hält die Atmosphäre und die Hydrosphäre und steuert die Bewegung von Luft- und Wassermassen. Die Schwerkraft hilft Menschen und vielen Tieren, aufrecht zu bleiben. Geotropismus- Wachstumsbewegungen von Pflanzenorganen unter dem Einfluss der Schwerkraft - bestimmt die vertikale Richtung der Stängel und Primärwurzeln. Nicht umsonst zählt die Gravitationsbiologie, die in der Zeit entstand, als der Mensch begann, eine Welt ohne Schwerkraft – den Weltraum – zu bewohnen, Pflanzen zu ihren Versuchsobjekten. Bei der Betrachtung buchstäblich aller Prozesse in der geografischen Hülle muss die Schwerkraft berücksichtigt werden. Ohne Berücksichtigung der Schwerkraft ist es unmöglich, die Ausgangsdaten für Raketenstarts und zu berechnen Raumschiffe ist eine gravimetrische Erkundung von Erzmineralien sowie Öl- und Gasstrukturen unmöglich.