آهنربایی كره زمین

میدان مغناطیسی زمین , منظم و پایدار نیست بلكه با گذشت سال ها در یك محل معین , مقدار متوسط زاویهٔ انحراف و میل تغییر می كند

۱ . زمینه

با پیدایش آهنربا ، پس از گذشت زمان كوتاهی پی بردند كه كرهٔ زمین نیز خاصیت آهنربایی دارد ؛ تا آنجا كه نام قطب های آهن ربا را را بر اساس نام قطب های زمین نام گذاری كردند .

به دنبال آن ، برای اولین در سال ۱۶۰۰ میلادی ، توسط « گیلبرت » زمین به عنوان یك آهنربای بزرگ معرفی شد .

برای دلیل وجود خاصیت مغناطیسی در كرهٔ زمین ، نظریه های متفاوتی از آغاز شناخت آن تا كنون ، ارائه شده است و حتی بعضی می گفتند ، خاصیت مغناطیسی كرهٔ زمین ، تحت تأثیر كره های دیگر است . اما آخرین نظریه ، این خاصیت را به مواد مذاب داخل كرهٔ زمین مربوط می داند .

۲ . خاصیت مغناطیسی كرهٔ زمین

یكی از ویژگی های مهم كرهٔ زمین ، وجود خاصیت آهنربایی در آن است و مانند این است كه درون كرهٔ زمین ، آهنربای بسیار بزرگی قرار داده شده است و تا كنون ، نظریه های گو ناگونی برای علت آن ارائه شده است . آخرین نظریه این است كه درون كرهٔ زمین ، مواد مذاب در حال حركت وجود دارد و بیشتر این مواد ، از جنس آهن و نیكل هستند . هنگامی كه این مواد حركت می كنند ، در اطراف جریان های الكتریكی ضعیفی به وجود می آورند كه در مجموع ، باعث می شود كرهٔ زمین ، خاصیت آهنربایی پیدا كند و در اطراف كرهٔ زمین ، میدان مغناطیسی به وجود می آید . ما روی آهنربای بزرگی به نام «زمین » زندگی می كنیم .

چندین سیارهٔ دیگر از سیاره های منظومه شمسی نیز ، میدان مغناطیسی دارند كه از جمله آنها می توان از عطارد و مشتری نام برد . این خاصیت در خورشید و بسیاری ستاره های دیگر نیز دیده می شود .

خاصیت مغناطیسی كرهٔ زمین ، نقش بسیار مهمی در جهت یابی كشتی ها و هواپیماها دارد . شمال و جنوب مغناطیسی زمین ثابت نیست و در فاصله های زمانی ، به میزان قابل ملاحظه ای تغییر می كند .

۳ . زاویه انحراف

چنانچه به كمك عقربهٔ مغناطیسی به طرف قطب شمال یا جنوب برویم ، به قطب شمال و جنوب واقعی كرهٔ زمین نمی رسیم . علت این است كه قطب شمال و جنوب جغرافیایی و مغناطیسی كرهٔ زمین ، با هم یكی نیست ؛ یعنی اینكه قطب شمال مغناطیسی زمین ، درست روی قطب شمال جغرافیایی زمین قرار ندارد و اگر دو قطب جغرافیایی و مغناطیسی زمین را توسط خطی فرضی به به نام « محور » به هم وصل كنیم ، بین دو محور مغناطیسی و محور جغرافیایی زمین ، زاویه ای ساخته می شود كه به آن ، زاویهٔ انحراف گویند . این زاویه ، به مرور زمان ، جزئی تغییر می كند و ثابت نمی ماند ، و اندازهٔ آن در نقاط مختلف زمین متفاوت است . زاویهٔ انحراف در جهت یابی هواپیماها و كشتی ها بسیار مهم است . هم اكنون قطب شمال مغناطیسی كرهٔ زمین ، در شمال كانادا قرار دارد .

۴ . زاویه میل

مطالعهٔ مغناطیسی زمین ، نشان می دهد كه خط های میدان مغناطیسی زمین افقی نیست و با سطح زمین زاویه ای می سازد همچنین می دانیم خاصیت مغناطیسی یك آهنربا در نقاط مختلف آن متفاوت است و در دو قطب آن ، این خاصیت بیشتر است . به همین ترتیب ، خاصیت آهنربایی كرهٔ زمین در دو قطب بیشتر است . پس اگر یك عقربهٔ مغناطیسی آزاد باشد تا بتواند در راستای عمودی نیز حركت كند ، نوك این عقربه نزدیك قطب ها به زمین متمایل می شود و در خط استوای مغناطیسی عقربه ، افقی قرار می گیرد و در قطب ها ، به عنوان مثال قطب شمال ، نوك عقربه N آن ، عمود بر سطح افقی خواهد شد . پس محور مغناطیسی عقربه های مغناطیسی در مكان های مختلف استوا تا قطب ، نسبت به سطح افق تغییر كرده و زاویه ای با افق می سازد ؛ این زاویه را زاویهٔ میل گویند . پس زاویه میل ، زاویه ای است كه محور مغناطیسی عقربه با سطح افق می سازد همچنین این زاویه ، در جهت یابی هواپیماها و كشتی ها نقش بسیار مهمی دارد ؛ در جغرافیا به این زاویه ، عرض جغرافیایی گویند .

۵ . كشف معدن های آهنی زمین

مطالعهٔ میدان مغناطیسی زمین برای هدف های علمی و عملی ، از اهمیت به سزایی برخوردار است . وجود میدان مغناطیس زمین ، انجام پاره ای از بررسی های مهم دیگر را میسر كرده است ؛ از آن جمله ، می توان از روش های اكتشاف و مطالعهٔ ذخایر زمین نام برد . تحلیل دقیق میدان مغناطیسی زمین ، وسیلهٔ توانمندی برای بررسی ذخایر معدنی زمین است . در حال حاضر ، جست و جوی مغناطیس سنجی ، روش ژئوفیزیكی مهم و گسترده ای است كه برای اكتشاف و ذخایر معدنی به كار می رود .

در زمین ، نواحی ای وجود دارد كه در آن جا كمیت های مغناطیسی به طور ناگهانی تغییر می كنند و مقادیری به خود می گیرند كه با مقادیر مربوط به محل های مجاور ، تفاوت زیادی دارند تفاوت زیاد كمیت های مغناطیسی در این ناحیه ها ، ناشی از فشار تودهٔ بزرگی از سنگ آهن های مغناطیسی در زیر سطح زمین است ؛ به همین دلیل ، مطالعهٔ ناهنجاری های مغناطیسی ، دانسته های باارزشی در مورد وجود و محل مخزن های سنگ های مغناطیسی ارائه می دهد .

۶ . مین های دریایی

مواد مغناطیسی مانند آهن كه در میدان مغناطیسی كرهٔ زمین قرار گرفته باشند . به مرور زمان ، خاصیت مغناطیسی پیدا می كنند ؛ مثلاً یك كشتی كه در آن آهن نیز به كار رفته است ، به مرور زمان آهنربا می شود . از این خاصیت برای به دام انداختن آن استفاده می شود .

عملكرد یك مین دریایی ، به گونه ای است كه خاصیت آهنربایی كشتی بر آن اثر گذاشته و فرمان انفجار صادر می شود .

در یك مین دریایی ، عقربه ای مغناطیسی قرار داده اند كه هنگام عبور كشتی از بالای آن ، عقربه تحت تأثیر قرار گرفته و مین از سطح زیرین دریا ، به سطح دریا می رسد و سپس منفجر می شود . برای خنثی كردن این مین ها دو روش وجود دارد .

الف ـ مغناطیس نیرومندی را با كابل های سیمی از زیر هواپیما آویزان كرده و آن را نزدیك سطح آب ، حركت می دهند . آهنربای قوی روی مین ها اثر گذاشته و آنها را خنثی می كند . گاهی كابل سیمی دایره شكل را به طور شناور روی سطح آب قرار می دهند و جریانی را از آن می گذرانند ، كه بر اثر این میدان مغناطیسی یا جریان جریان ساز و كار ، مین ها عمل كرده ، بدون هیچ خسارتی منفجر می شوند .

ب ـ حلقه هایی از سیم عایق شده را به كشتی وصل كنند و جریانی را از آنها می گذرانند ؛ به طوری كه میدان مغناطیسی این جریان مساوی و در خلاف میدان مغناطیسی كشتی كشتی ( كه یك مغناطیس دائمی است ) باشد . وقتی این میدان ها با هم تركیب شوند ، یكدیگر را خنثی می كنند و كشتی بدون این كه ساز و كار مین را به كار اندازند ، از روی آن می گذرد .

۷ . باستان شناسی مغناطیسی

میدان مغناطیسی زمین ، منظم و پایدار نیست ؛ بلكه با گذشت سال ها در یك محل معین ، مقدار متوسط زاویهٔ انحراف و میل تغییر می كند . این انحراف محور مغناطیسی و در نتیجه ، تغییرات زاویه انحراف و زاویه میل در یك محل نسبت به زمان ، شاخهٔ جدیدی را در « باستان شناسی » به نام «باستانو مغناطیسی» ایجاد كرده است كه توسط آن ، عمر كوره ها ، اجاق ها و آتشكده های قدیمی تعیین می شود . اساس كار ، مبتنی بر این است كه بیشتر خاك رسهایی كه این اجسام از آنها ساخته شده اند ، حاوی مقدار كمی مواد مغناطیسی اند . سمتگیری این مواد مغناطیسی ، با گرم شدن در موقع استفادهٔ عادی تثبیت شده است . با مقایسهٔ جهت فعلی میدان مغناطیسی زمین با جهت میدان مغناطیسی این مواد ، می توان قدمت باستانی تقریبی آن ها را تعیین كرد .

در مقیاس طولانی تر زمان ( دوران زمین شناسی ) ، شواهدی وجود دارد كه نشان می دهد محور مغناطیسی زمین در مدت چهار میلیون سال گذشته ، نه بار كاملاً تغییر جهت داده است . این شواهد ، مبتنی بر اندازه گیری های خاصیت مغناطیسی ( ضعیف ) تثبیت شده در تخته سنگ های با عمر زمین شناسی معین هستند .

منبع :

آهنربا ( از مجموعه كتاب های دانش پایه ) ، نوشتهٔ محمد رضا خیاطان ، چاپ دوم ۱۳۸۲ ، از انشارات مدرسه

محمد طلایی زاده