Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Биология -> Киршвинк Дж. -> "Биогенный магнетит и магниторецепция. Новое о биомагнетизме. Том 1" -> 36

Биогенный магнетит и магниторецепция. Новое о биомагнетизме. Том 1 - Киршвинк Дж.

Киршвинк Дж., Джонса Д. Биогенный магнетит и магниторецепция. Новое о биомагнетизме. Том 1 — М.: Мир, 1989. — 353 c.
ISBN 5-03-001274-5
Скачать (прямая ссылка): biogenniymagnetit1989.djvu
Предыдущая << 1 .. 30 31 32 33 34 35 < 36 > 37 38 39 40 41 42 .. 150 >> Следующая

Впервые предложенная Эльзассером (Elsasser, 1946) и Буллардом (Bullard, 1949) теория динамо в настоящее время является общепринятой, и ее дальнейшая разработка представляет собой одну из главных задач геофизики. Суть ее заключается в том, что движения внутри ядра, возникающие, вероятно, в результате тепловой или химической конвекции, усиливают текущие там электрические токи до тех пор, пока не установится равновесие между генерацией этих токов и их естественным омическим затуханием. Вращение Земли создает мощное ограничение для движений жидкости, и в результате образующиеся токи создают магнитное поле, приблизительно симметричное относительно оси вращения Земли. Поэтому примерное совпадение дипольной и географической осей не является случайным, а объясняется действием процессов динамо во вращающейся системе. Динамо-теория происхождения геомагнитного поля в математической форме, доступной даже для неспециалистов, детально рассмотрена в недавно опубликованных обзорах (Busse, 1978, 1980, 1983). Здесь же достаточно краткого качественного изложения ее сути.
Хотя детали теории динамо еще предстоит разработать, принципиальная возможность существования геодинамо уже продемонстрирована как теоретически, так и экспериментально. Дисковое динамо Фарадея отражает принцип работы этого механизма. Рассмотрим проводящий диск, вращающийся в присутствии магнитного поля, как это показано на рис. 3.16. В результате действия силы Лоренца qv х В на содержащиеся в диске заряды его периферийная часть становится заряженной положительно, а ось-отрицательно. Если соединить ось с периферией диска постоянной цепью со скользящими контактами, то в ней потечет ток j, вследствие чего возникнет вторичное магнитное поле. Если цепь представляет собой катушку, направление тока в которой совпадает с направлением вращения диска, то вторичное магнитное поле
Рис. 3.16. Дисковое динамо, вращающееся с угловой скоростью П и создающее ток j и магнитное поле В. (Busse, 1980).
усилит первичное. Если радиус диска достаточно велик или диск вращается достаточно быстро, то источник первичного поля может быть удален и при этом величина вторичного поля будет увеличиваться до тех пор, пока не наступит равновесие между скоростью его регенерации и скоростью распада поля вследствие омической диссипации. Время распада поля для жидкой железной сферы, по размерам сопоставимой с ядром Земли, составит несколько тысяч лет. Следовательно, с некоторой степенью вероятности можно предположить, что медленного вращения Земли достаточно для создания самовозбуждающегося динамо.
На первый взгляд может показаться, что дисковое динамо противоречит законам термодинамики. Однако, даже если пренебречь механическим трением в местах крепления диска, на него все равно оказывала бы действие сила, пропорциональная j х В, препятствующая вращению. Таким образом, чтобы диск продолжал вращаться, к нему нужно непрерывно подводить энергию. При этом кинетическая энергия преобразуется в электромагнитную и затем в тепловую через омическую диссипацию. Источником энергии земного динамо может служить тепловая энергия, которая либо образуется в результате распада радиоактивных элементов в ядре, либо, как впервые предложил Ферхуген (Verhoogen, 1961), является скрытой теплотой, выделяющейся по мере медленного остывания жидкого внешнего ядра с образованием твердого внутреннего. По мнению большинства геофизиков, энергетическим источником геодинамо является гравитационная энергия, высвобождаемая по мере того, как легкие элементы, выделяющиеся в результате кристаллизации на границе внешнего и внутреннего ядра, всплывают вверх через внешнее ядро (Stevenson, 1981).
Дисковое динамо характеризуется двумя очень интересными особен-
ностями. Во-первых, оно создает дипольное поле на больших расстояниях. Во-вторых, если направление вращения диска и направление закручивания витков катушки остаются неизменными, система все равно будет работать как динамо, создающее поле в направлении, противоположном тому, которое показано на рис. 3.16. Это означает, что направление существующего главного дипольного поля Земли также могло быть и обратным. Действительно, как мы вскоре увидим, существует множество доказательств того, что на протяжении геологической истории дипольное поле несколько раз меняло свой знак.
К сожалению, все попытки применить дисковое динамо в качестве модели ядра Земли всегда сталкивались с неразрешимой проблемой-дисковое динамо топологически отличается от ядра. В то время как ядро представляет собой сплошное тело, дисковое динамо подобно бублику с дыркой. Все попытки создать сплошное динамо Фарадея без дырки приводили к тому, что оно переставало работать как динамо. Однако эту трудность удалось преодолеть, когда Герценберг (Herzenberg, 1958) показал теоретически, a Jloyc и Уилкинсон (Lowes, Wilkinson, 1963) экспериментально подтвердили, что такое динамо возможно.
Лабораторное динамо Лоуса-Уилкинсона состоит из двух вращающихся проводящих цилиндров, ориентированных перпендикулярно друг другу и помещенных в проводящую среду. Вся система действует по принципу положительной обратной связи: ток в одном цилиндре индуцируется магнитным полем другого, и наоборот. Следует отметить, что эта модель объясняет даже «инверсии» магнитного поля-через непредсказуемые интервалы времени магнитные поля, создаваемые механизмом динамо, становятся неустойчивыми и через несколько секунд преобретают новые направления.
Предыдущая << 1 .. 30 31 32 33 34 35 < 36 > 37 38 39 40 41 42 .. 150 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed