المغناطيسية الأرضية

أصل المغناطيسية الأرضية

على الرغم من أن موضوع المغناطيسية الأرضية لم تكشف جميع جوانبه بعد، فان أكثر النظريات قبولاً في هذا المجال هي النظرية الديناميكية وتعرف أيضاً بنظرية الكهربائية المغناطيسية التي جاء بها إلساسر وبولارد (Elsasser and Bullard )اللذان افترضا أن الديناميكية اللازمة لتوليد الجزء الأكبر من المجال المغناطيسي الأرضي (ما يقرب من 94%) يوجد في الغلاف الخارجي لمنطقة اللب التي تتكون بصورة رئيسية من سبائك الحديد والنيكل مع كميات قليلة من العناصر الخفيفة كالكبريت والسيليكون وبعض العناصر المشعة، وتوجد مواد هذه المنطقة بشكل مائع وموصل للكهربائية.

وتفترض النظرية الديناميكية أن حركة دوران الأرض باتجاه عكس دوران عقرب الساعة مع وجود تيارات حمل حراري في غلاف اللب
الخارجي السائل ووجود لب داخلي صلب تؤدي إلى توليد تيارات كهربائية خفيفة.
ويؤدي التداخل بين التيارات الكهربائية وحركة تيارات الحمل الحراري في غلاف اللب الخارجي إلى توليد مجالاً مغناطيسياً. وتتأثر حركة السوائل في منطقة غلاف اللب بحركة دوران الأرض وبالتالي تؤثر الأخيرة على المجال المغناطيسي للأرض وتكسبه خاصية ثنائية الاستقطاب، حيث يلاحظ أن أقطاب المغناطيس متقاربة مع بعضها اغلب الأوقات.

ومما تجدر الإشارة إلية أن نسبة ضئيلة من المجال الأرضي لا يعود مصدرها إلى باطن الأرض بل إلى حركة التيارات الكهربائية في منطقة الايونوسفير من الغلاف الجوي حتى أن بعض العلماء ذهب إلى الاعتقاد إن حوالي (3%) من المجال المغناطيسي الأرضي لا يمكن احتسابه على نظرية الجهد. بل انه يعود إلى جريان تيارات كهربائية من الأرض إلى الغلاف الخارجي وبالعكس من خلال سطح الأرض. وهذه العملية تحتاج إلى تيارات كهربائية كثافتها (10 –12 أمبير/سم3) وهو ما لم تتم ملاحظته حتى الآن في التيارات الجوية.

المجال المغناطيس الأرضي

يعرف المجال المغناطيسي بأنه المنطقة التي تؤثر فيها القوة المغناطيسية على الأجسام المغناطيسية. ويوجد المجال المغناطيسي بثلاثة أبعاد حول المغناطيس ولكنه يمثل عادة بخطوط قوة وهمية تتجه من القطب الشمالي نحو القطب الجنوبي دون أن تتقاطع مع بعضها، لذا نرى الإبرة المغناطيسية تتجه بصورة موازية لاتجاه خطوط القوة المغناطيسية

يحدد اتجاه المجال المغناطيسي الأرضي من خلال قياس زاويتين هما:

(1) زاوية الميل المغناطيسي: وهي الزاوية المحصورة بين الشمال المغناطيسي والمستوي الأفقي لسطح الأرض. تتراوح قيمتها من (0عند خط الاستواء إلى90)عند الأقطاب ويكون اتجاهها نحو الأسفل في نصف الكرة الشمالي ونحو الأعلى في نصفها الجنوبي.

(2) زاويةالانحراف المغناطيسي: وهي الزاوية المحصورة بين اتجاه الشمال المغناطيسي شرقاً أو غرباً مع الشمال الجغرافي للأرض. وتختلف قيمة زاوية الانحراف باختلاف المواقع على سطح الأرض. وفي حالة تطابق الشمال الجغرافي مع الشمال المغناطيسي (إذا افترضنا أن المغناطيس الأرضي ينطبق تماماً مع محور الدوران) فأن قيمة زاوية الانحراف تكون صفراً.

يتميز المجال المغناطيسي الأرضي بخاصيتين رئيسيتين: أولهما كونه ثنائي القطب (القطب المغناطيسي هو الموقع الذي تكون فيه زاوية الميل تساوي 90°)وثانيهما التغير المنتظم لقوة المجال أو كثافة خطوط القوة بين القطبين، حيث لجميع المناطق الواقعة على خط عرض مغناطيسي واحد نفس زاوية الميل المغناطيسي ونفس قوة المجال المغناطيسي في حالة عدم وجود ما يمكن أن يؤثر على الخواص المغناطيسية في هذه المنطقة.

مغناطيسية المعادن والصخور

يتغيرالبناء الذري لأغلب المواد تحت تأثير المجال المغناطيسي حيث ترتب مجمعة الذرات نفسها بموازاة خطوط القوة المغناطيسية أو على طولها، كما لو أنها كانت أبر بوصلة. ويتكون لها نتيجة لذلك أقطاباً شمالية وجنوبية. وبعد زوال تأثير المجال المغناطيسي فأن بعض المواد تفقد مغناطيسيتها في حين تحتفظ الأخرى بجزء منها. وهكذا نرى أن بعضاً من الصخور تحتفظ بالمجال المغناطيسي الذي كان سائداً وقت تكونها.

تحمل اغلب أنواع الصخور صفات مغناطيسية نتيجة لوجود كميات متفاوتة من المعادن المغناطيسية التي يمكن تقسيمها من الناحية الجيوكيميائية إلى ثلاثة مجموعات رئيسية من المعادن هي:

(1)مجموعة الحديد ـ التيتانيوم ـ الأوكسجين.

(2)مجموعة الحديد ـ الكبريت.

(3)مجموعة أكسيد الحديد المائية.

يمكن استخدام المعادن المغناطيسية كبوصلة لتحديد قيمة واتجاه المجال المغناطيسي الأرضي الذي كان سائداً وقت تكونها، إذا ما افترضنا أن هذه المعادن لم تتعرض إلى ما يمكن أن يؤثر على مغناطيسيتها بأي شكل من الأشكال. وتقسم مغناطيسية الصخور إلى مركبتين هما:

(1)مغناطيسية الحث: وتتكون في الصخور لوجودها في مجال مغناطيسي وتفقدها بعد إزاحتها من المجال وخلال فترات متفاوتة.

(2)المغناطيسية المتبقية: وهي جزء المغناطيسية التي تحتفظ به الصخور بعد إبعادها من المجال المغناطيسي، ويحمل هذا الجزء من قبل المعادن الحديدية مثل معادن الماكنيتايت والهيمتايت والماكهمايت والفوستايت.

00ر[/b]غ.[/size]

فيما يلي عرض مختصر لطبيعة المغناطيسية المتبقية في كل من أنواع الصخور الرئيسة الثلاث، الرسوبية والنارية والمتحولة.

(1)مغناطيسية الصخور الرسوبية: فيما يتعلق بالصخور الرسوبية والترسبات البحرية منها بصفة خاصة فان الحبيبات المعدنية والأصداف البحرية وهياكل الكائنات الحية فيها تستقر ببطء في القيعان البحرية. وتمتاز اغلب الحبيبات المعدنية، خصوصاً المتعرية من الصخور النارية، بكونها معادن مغناطيسية يتصرف كل منها وكأنه مغناطيس صغير. وعندما توجد هذه الحبيبات بصورة عالقة قبل عملية الترسيب فأنها تكون حرة الحركة في الماء وتتأثر اتجاهاتها بالتيارات البحرية أكثر من تأثرها بالمجال المغناطيسي الأرضي. ويحدث نفس الشيء عندما ترسو هذه الحبيبات على سطح القاع. وبالنظر لكون ترسبات السطح لا تزال غير متماسكة فان الحبيبات تكون لديها القدرة على تحريك نفسها باتجاه المجال المغناطيسي للأرض وبذلك تحتفظ باتجاه المجال الأرضي بذلك الوقت. وعندما تترسب مواد جديدة فوقها تبدأ الترسبات الأولى تتماسك محتفظة باتجاه المجال المغناطيسي فيها.

(2)مغناطيسية الصخور النارية: بالنسبة للصخور النارية فان درجة حرارتها العالية التي تفوق درجة حرارة كوري تجعل حركة الذرات فيها مبعثرة مما يؤدي إلى انعدام المغناطيسية فيها. أماعند التبريد فان حركة الذرات تقل بسبب قلة الطاقة الحرارية وعندئذ يظهر تأثيرالمجال المغناطيسي الأرضي على الذرات حيث تبدأ بترتيب نفسها بصورة موازية للمجال المغناطيسي الأرضي. وعندما تنخفض درجة الحرارة أكثر يصبح من الصعب على الذرات أن تتحرك بصورة مخالفة لاتجاه المجال الأرضي. وبذلك تخزن أو تحفظ اتجاه المجال المغناطيسي في ذلك الوقت.

ملاحظة: درجة حرارة كوري: هي الدرجة الحرارية التي تفقد عندها المعادن مغناطيسيتها. ولما كانت أغلب أنواع الصخور تتكون من مجموعة من المعادن المختلفة فلا تمثل حرارة كوري في الصخور درجة حرارة محددة بل تمثل مدا حرارياً معيناً. وتعتمد درجة كوري على التركيب الكيميائي الأصلي للصخور وعلى عمليات الأكسدة والاختزال التي تتعرض لها، حيث تؤثر عمليات الأكسدة عادة في زيادة هذه الدرجة وعمليات الاختزال في إنقاصها.

(3)مغناطيسية الصخور المتحولة: تعد حالة وسطية بين مغناطيسية الصخور الرسوبية ومغناطيسية الصخور النارية.

الشدة المغناطيسية في الصخور الرسوبية والنارية: تحمل أغلب أنواع الترسبات كميات قليلة جداً من الحبيبات المعدنية، إضافة إلى أن تركيب الحبيبات يكون في الغالب مبعثراً بحيث يقلل المحصلة النهائية للمغناطيسية في هذه الترسبات، لذا فان شدة المغناطيسية في الصخور الرسوبية تكون في الغالب (1/100) عنها في الصخور النارية. إضافة إلى أن المغناطيسية تكون اقل استقراراً وثباتاً في الرسوبيات منها في الصخور النارية نتيجة لكون الرسوبيات قبل تصلبها وتحولها إلى صخور تحتاج إلى فترة طويلة، مما يعطي الفرصة الأكبر للعوامل الفيزيائية والكيميائية للتأثير عليها وتغير مغناطيسيتها.

الانقلابات المغناطيسية

[center]ذكرنا سابقاً، أن حركة المواد المائعة في منطقة اللب الخارجي للأرض هي السبب الرئيسي لتوليد المجال المغناطيسي الأرضي. لذلك فان عدم انتظام حركة المواد السائلة فيها يولد اختلافاً في قيمة واتجاه المجال المغناطيسي ويكون أحياناً من القوة بحيث يؤدي إلى عكس المجال المغناطيسي وجعل قطبه الشمالي يحل محل قطبه الجنوبي وبالعكس. وليس هناك حتى الآن تفسير واضح لسبب تغيرالمواد المائعة في منطقة اللب الخارجي لاتجاه حركتها والتي تؤدي بالتالي لتغير القطبية المغناطيسية. وتستغرق عملية تغير القطبية حوالي (2000) سنة، حيث تنخفض قيمة الميل المغناطيسي إلى الصفر ثم ترتفع ثانية في الاتجاه الآخر حتى تصل إلى نفس قيمتها السابقة في الاتجاه الجديد.

تاريخ الانقلابات المغناطيسية:

من خلال دراسة النماذج الصخرية في القيعان البحرية تم اكتشاف (171) حالة انقلاب في القطبية المغناطيسية خلال الـ (76) مليون سنة الماضية، منها (9) انقلابات حدثت خلال الأربعة ملايين سنة الماضية. وكانت أطول فترة متواصلة للقطبية الاعتيادية قد تجاوزت (3) مليون سنة، فيحين سجلت اقصر فترة بـ (50) ألف سنة. أما بالنسبة للفترة الحالية التي تمثل القطبية الاعتيادية فهي مستمرة منذ ما يزيد عن (700) ألف سنة. ومن المعروف أن قيمة المجال المغناطيسي تنخفض بصورة منتظمة بمعدل (6%) منذ عام (1835)، وإذا ما استمر الانخفاض بهذا المعدل فان قيمة المجال المغناطيسي ستصل إلى الصفر خلال الألفي سنة القادمة.

[/font]

[/center]

» ¶ ¶ ¶ الطاقة المغناطيسية .. في معالجة الآلام ¶ ¶ ¶
» حركة القشرة الأرضية
» فنانين يتحدون الجاذبية الأرضية‎
» الشبه بين البنت والكرة الأرضية
» الكعبة المشرفة".. قلب الكرة الأرضية.. وسر الرقم المثالي 1.618