Лекции по Физике Земли

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

ПЛАЗМОСФЕРА

Пространство внутри магнитосферы Земли размером порядка трех земных радиусов, где поле приблизительно соответствует дипольному, называют плазмосферой. В этой области магнитосферы Земли располагаются радиационные пояса Земли

– области, где геомагнитное поле, как в магнитной ловушке, удерживает потоки быстрых частиц с энергией в сотни кэВ

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943ИОНОСФЕРА

•Ионосфера – часть атмосферы, расположенная выше 50 км представляет собой слабоионизированную плазменную оболочку, которая состоит из смеси

свободных электронов, ионов и нейтральных частиц и находится под непосредственным влиянием магнитного и гравитационного полей Земли.

•Нижнюю границу ионосферы определяет переходная зона, где свободные электроны вследствие большой плотности атмосферы быстро прилипают к нейтральным частицам, образуя при этом отрицательные ионы. Над верхней границей ионосферы, расположенной на высотах 600–1000 км (в зависимости от времени суток), концентрация нейтральных частиц значительно меньше концентрации ионизированных.

•Ионосфера играет роль посредника между магнитосферой и атмосферой и представляет собой открытую физическую систему и, помимо регулярных изменений, характеризуется широким спектром неоднородностей, связанных с различными видами воздействий – солнечными и магнитными бурями, метеорологической и сейсмической активностью, термическими приливами. Особенно интенсивные крупномасштабные возмущения в ионосфере возникают при взаимодействии её с магнитосферой (полярные сияния, ионосферные токи на высоких широтах и экваторе – электроджеты), что вызывает вариации геомагнитного поля, приводящие к нарушению работы наземных линий электропередач и к сбоям в работе спутников.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Магнитотеллурическое поле

•Это – естественное переменное электромагнитное поле Земли, включающее поля различного происхождения в широком диапазоне частот. Оно создается воздействием на ионосферу Земли потока заряженных частиц, посылаемых космосом (в основном, корпускулярным излучением Солнца). Вызываемые разной активностью Солнца и солнечным ветром периодические (11-летние), годовые,

суточные вариации магнитного поля Земли и магнитные бури создают возмущения в магнитосфере и ионосфере.

•Вследствие индукции в Земле возникают магнитотеллурические поля. В целом эти поля инфранизкой частоты (от 10-5 до 10 Гц). В теории показано, что на таких частотах скин-эффект проявляется слабо, поэтому

магнитотеллурические поля проникают в Землю до глубин в десятки и первые сотни километров. Наиболее устойчивыми, постоянно и повсеместно существующими в утренние и дневные часы, особенно летом и в годы повышенной солнечной активности являются короткопериодичные колебания (КПК) с периодом от единиц до ста секунд. Поля иных периодов наблюдаются реже.

vk.com/club152685050Принципиальная| vk.com/id446425943 схема формирования

естественных электромагнитных полей

Базовый физический принцип – «электромагнитная индукция»

Передающая катушка (на которую доставляется

переменный ток) создает

первичное магнитное поле (пмп).

Под воздействием пмп на

электрический проводник

(объект исследования) в последнем индуцируется

переменный ток. Этот ток

индуцирует вторичное магнитное поле.

В приемной катушке фиксируется вторичное магнитное поле; электроды –

дают значение разности потенциалов.

vk.com/club152685050Естественные| vk.com/id446425943 переменные поля

атмосферной природы

•Происхождение естественных переменных полей атмосферной природы связано с грозовой активностью. При каждом ударе молнии в Землю (по всей поверхности Земли в среднем ежесекундно число молний равно примерно 100) возбуждается электромагнитный импульс, распространяющийся на большие расстояния. В целом под воздействием гроз в верхних частях Земли повсеместно и всегда существует слабое грозовое поле, которое называют шумовым. Оно состоит из периодически повторяемых импульсов (цугов), носящих квазисинусоидальный характер с преобладающими частотами от 10 Гц до 10 кГц и напряженностью по электрической составляющей в доли мВ/м.

•Средний уровень поля "атмосфериков" подвержен заметным суточным и сезонным вариациям, т.е. вектора напряженности электрической (E) и магнитной ( H) составляющих не остаются постоянными по амплитуде и

направлению.

vk.com/club152685050Естественные| vk.com/id446425943 постоянные

электрические поля Земли

•- это сумма медленно изменяющихся во времени локальных электромагнитных полей. Основными источниками таких полей и постоянных электрических токов в земной коре являются:

-электрохимические процессы,

-фильтрация вод и диффузия водных растворов.

•Соответственно, естественные постоянные локальные электрические поля (ЕП) подразделяются на поля:

-электрохимической природы

-электрокинетической природы.

• Интенсивность потенциалов ЕП

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

определяется распределением кислорода по глубине и изменением ЕП водородного показателя кислотности

подземных вод (pH). В верхних

частях залежей, где больше атмосферного кислорода, идут окислительные реакции, которые сопровождаются освобождением электронов. В нижних частях залежей, где преобладают застойные воды, идут восстановительные реакции с присоединением электронов. Во вмещающей среде и подземной воде наблюдается обратное распределение ионов, а в целом образуются гальванические элементы с катодом вверху и анодом внизу. Разность потенциалов на концах получающегося естественного электрического диполя достигает 1-1,2 В.

vk.com/club152685050Естественные| vk.com/id446425943поля электрокинетической

природы

•Электрокинетические постоянные естественные поля (ЕП) обусловлены диффузионно-адсорбционными и фильтрационными процессами в горных

породах, насыщенных подземными водами.

•Выделяется несколько механизмов формирования.

- Электрокинетические поля фильтрационного происхождения - образуются

в результате фильтрации подземных вод в горных породах.

•Электрические поля диффузионного происхождения возникают в местах контакта вод с различной минерализацией, в том числе при различной минерализации пластовых вод, при контакте подземных и поверхностных вод. Благодаря различной подвижности катионов и анионов происходит неравномерное распределение зарядов в подземных водах разной концентрации, что и ведет к созданию естественного электрического поля диффузионной природы. Возникновение ЕП в море связано с донными фильтрационными процессами, с электрохимическими процессами в самой водной среде, а также с динамикой электропроводящих водных масс.

•Термокапиллярные поля отмечаются на выходах тонкопористых окварцованных пород, где имеют периодический суточный и сезонный ход, и над залежами термальных вод

vk.com/club152685050 |Электрокинетическиеvk.com/id446425943 поля

фильтрационного происхождения

•Естественные потенциалы наблюдаются при фильтрации подземных вод через пористые породы. Границы и поры в горной породе можно рассматривать как капилляры, стенки которых (в том числе частицы глины) способны адсорбировать ионы одного знака (чаще всего отрицательные). В жидкой среде накапливаются заряды противоположного знака. Чем больше скорость движения подземных вод (или давление на концах капилляров), тем больше будет разность потенциалов ЕП. Знак ЕП зависит от направления течения подземных вод: положительный потенциал возрастает в направлении движения воды. Места оттоков подземных вод выделяются отрицательными потенциалами, а притоков - положительными.