القطب المغناطيسي الأرضي

الأقطاب المغناطيسية الأرضية هي نقاط متقابلة يتقاطع فيها محور ثنائي القطب الأنسب مع سطح الأرض . يُعادل هذا الثنائي القطب النظري مغناطيسًا قويًا داخل الأرض. وينتج ثنائي القطب الأنسب عمومًا عن مغناطيس نظري لا يقع تمامًا في مركز الأرض، ويُعرف هذا بنموذج ثنائي القطب اللامركزي . بالنسبة للأرض في عصرنا الحالي (على عكس معظم كواكب نظامنا الشمسي ^{[ 2 ]} )، يُعد نموذج ثنائي القطب المركزي الأبسط تقريبًا كافيًا لاستخدامه في بعض الأغراض. ^{[ 3 ] [ 4 ]} وهناك فترات تاريخية لم يكن فيها مجال الأرض يشبه ثنائي القطب على الإطلاق. ^{[ 5 ]}

على عكس الأقطاب المغناطيسية الأرضية، فإن الأقطاب المغناطيسية المرصودة أو أقطاب الميل المغناطيسي للأرض هي نقاط يتقاطع فيها المجال المغناطيسي الفعلي مع سطحها. ولا تُعدّ الأقطاب المغناطيسية متقابلة، إذ أن عدم التناظر في الأرض والتغيرات في مجالها المغناطيسي تعني أن الخط الذي تقع عليه لا يمر بمركز الأرض.

بسبب حركة السوائل في اللب الخارجي للأرض ، يتحرك المجال المغناطيسي باستمرار، فيما يُعرف بالتغير العلماني المغناطيسي الأرضي . ويؤدي هذا إلى تغيرات قصيرة الأجل في الأقطاب المغناطيسية والمغناطيسية الأرضية.

على الرغم من أن الأقطاب المغناطيسية الأرضية تُخفف من حدة التغيرات المحلية في المجال المغناطيسي، إلا أنها مفيدة في الجيوفيزياء كتقريب فعال وأبطأ تغيراً من الأقطاب المغناطيسية. فعلى سبيل المثال، بما أن المجال المغناطيسي بأكمله هو الذي يحدد مواقع الشفق القطبي ، فإن الأقطاب المغناطيسية الأرضية تُعد نموذجاً فعالاً للتنبؤ بسلوكه.

كتقريب أولي ، يمكن نمذجة المجال المغناطيسي للأرض على أنه ثنائي قطب بسيط (مثل مغناطيس قضيب)، مائل بزاوية 9.6 درجة تقريبًا بالنسبة لمحور دوران الأرض (الذي يحدد القطبين الشمالي والجنوبي الجغرافيين )، ومتمركز في مركز الأرض. ^{[ 7 ]} يُعرف هذا بنموذج ثنائي القطب المتمركز للمجال. يُمثل القطبين المغناطيسيين الشمالي والجنوبي نقطتين متقابلتين يتقاطع فيهما محور هذا الثنائي القطبي النظري مع سطح الأرض. وبالتالي، على عكس الأقطاب المغناطيسية الفعلية ، فإن للأقطاب المغناطيسية الأرضية دائمًا درجة متساوية من خط العرض ودرجات إضافية من خط الطول على التوالي (2017: خط العرض 80.5° شمالًا، 80.5° جنوبًا؛ خط الطول 72.8° غربًا، 107.2° شرقًا). ^{[ 6 ]} إذا كان المجال المغناطيسي للأرض ثنائي قطب مثالي، فإن خطوط المجال ستكون عمودية على السطح عند الأقطاب المغناطيسية الأرضية، وستصطف مع القطبين المغناطيسيين الشمالي والجنوبي ، مع وجود القطب المغناطيسي الشمالي في الطرف الجنوبي من ثنائي القطب.

كتقريب أفضل من الدرجة الثانية، يمكن نمذجة المجال على أنه ثنائي قطب في مكان آخر غير مركز الأرض. يُعرف هذا بنموذج ثنائي القطب اللامركزي. مع ذلك، حتى هذا التقريب ليس مثاليًا؛ إذ تهاجر الأقطاب المغناطيسية مسافة أكبر كل عام من الأقطاب المغناطيسية الأرضية، وعادةً ما تفصل بينها مئات الكيلومترات. ^{[ 8 ]}

كما هو الحال مع القطب المغناطيسي الشمالي ، يجذب القطب المغناطيسي الأرضي الشمالي القطب الشمالي لمغناطيس قضيب ، ولذا فهو في الواقع قطب مغناطيسي جنوبي من الناحية الفيزيائية . وهو مركز خطوط المجال المغناطيسي "المفتوحة" التي تتصل بالمجال المغناطيسي بين الكواكب، وتوفر مسارًا مباشرًا للرياح الشمسية للوصول إلى طبقة الأيونوسفير . (حتى عام 2020)كان موقعه عند خط عرض 80°39′ شمالاً وخط طول 72 °41′ غرباً / 80.65° شمالاً 72.68° غرباً / 80.65؛ -72.68 ( تقديرات القطب الشمالي المغناطيسي لعام 2020 ) ، ^{[ 9 ]} في جزيرة إليسمير ، نونافوت ، كندا ، مقارنةً بعام 2015، عندما كان موقعه عند خط عرض 80°22′ شمالاً وخط طول 72°37′ غرباً / 80.37° شمالاً 72.62 ° غرباً / 80.37؛ -72.62 ( تقديرات القطب الشمالي المغناطيسي لعام 2015 ) ، أيضاً في جزيرة إليسمير. ^{[ 7 ]}

القطب المغناطيسي الجنوبي هو النقطة التي يتقاطع فيها محور هذا النموذج ثنائي القطب المائل الأنسب مع سطح الأرض في نصف الكرة الجنوبي. اعتبارًا من عام 2020، ويقع عند 80°39′S 107°19′E / 80.65°S 107.32°E / -80.65; 107.32 ( القطب الجنوبي المغناطيسي الأرضي 2020 تقديرًا ) ، ^{[ 9 ]} بينما في عام 2005، تم حساب موقعه عند 79°44′S 108°13′E / 79.74°S 108.22°E / -79.74; 108.22 ( القطب الجنوبي المغناطيسي الأرضي 2005 تقديرًا ) ، بالقرب من محطة فوستوك .

لأن المجال المغناطيسي للأرض ليس ثنائي القطب تمامًا، فإن القطبين المغناطيسيين الشمالي والجنوبي (المحسوبين) لا يتطابقان مع القطبين المغناطيسيين الشمالي والجنوبي. فلو كان المجال المغناطيسي للأرض ثنائي القطب تمامًا، لأشار القطب الشمالي لإبرة البوصلة المغناطيسية مباشرةً إلى القطب المغناطيسي الشمالي. ولكن في الواقع، لا يحدث ذلك لأن المجال المغناطيسي الأرضي الناشئ في اللب يحتوي على جزء غير ثنائي القطب أكثر تعقيدًا، كما أن الشذوذات المغناطيسية في قشرة الأرض تُسهم أيضًا في المجال المحلي. ^{[ 7 ]}

تُحسب مواقع الأقطاب المغناطيسية الأرضية من خلال مطابقة إحصائية لقياسات المجال المغناطيسي للأرض بواسطة الأقمار الصناعية وفي المراصد المغناطيسية الأرضية. ويمكن أن يكون هذا المجال هو المجال المغناطيسي المرجعي الدولي (الذي يغطي فترة زمنية واسعة من التاريخ) ^{[ 10 ]} أو النموذج المغناطيسي العالمي الأمريكي (الذي يغطي فترة خمس سنوات فقط).

تتحرك الأقطاب المغناطيسية الأرضية بمرور الوقت لأن المجال المغناطيسي الأرضي ينتج عن حركة سبائك الحديد المنصهرة في اللب الخارجي للأرض . (انظر: الدينامو الأرضي ). على مدار اليوم، تؤدي تغيرات الرياح الشمسية إلى انحراف المجال المغناطيسي، مما قد يجعل الأقطاب تتأرجح في مسار بيضاوي قطره حوالي 80 كيلومترًا . [ ^{4 ] وتهاجر} الأقطاب سنويًا حوالي 48 كيلومترًا . [ ^{4 ] وعلى} مدى الـ 150 عامًا الماضية، تحركت الأقطاب غربًا بمعدل يتراوح بين 0.05 و0.1 درجة سنويًا، واقتربت من القطبين الحقيقيين بمعدل 0.01 درجة سنويًا. ^{[ 8 ]}  

على مدى آلاف السنين، يتطابق الموقع المتوسط ​​للأقطاب المغناطيسية الأرضية مع الأقطاب الجغرافية. لطالما اعتمد علماء المغناطيسية القديمة على فرضية ثنائي القطب المحوري المتمركز حول الأرض ، والتي تنص على أنه - باستثناء فترات الانعكاسات المغناطيسية الأرضية - يتطابق الموقع المتوسط ​​للأقطاب المغناطيسية الأرضية مع الأقطاب الجغرافية. وهناك أدلة مغناطيسية قديمة تدعم هذه الفرضية. ^{[ 11 ]}

يحدث انعكاس القطبين مرة كل مليون سنة تقريباً (أي يتبادل الشمال مكانه مع الجنوب)، على الرغم من أن الإطار الزمني لهذا التبادل يمكن أن يتراوح بين كل 10 آلاف سنة وكل 50 مليون سنة. ^{[ 12 ]}

على مرّ تاريخ الأرض، انعكس اتجاه المجال المغناطيسي للأرض مرات عديدة، حيث أصبح الشمال المغناطيسي جنوبًا مغناطيسيًا والعكس صحيح - وهي ظاهرة تُعرف بالانعكاس المغناطيسي الأرضي . ويمكن ملاحظة أدلة على هذه الانعكاسات في سلاسل منتصف المحيطات حيث تتباعد الصفائح التكتونية . فعندما تتسرب الصهارة من الوشاح وتتصلب لتشكل قاعًا محيطيًا جديدًا، تتمغنط المعادن المغناطيسية الموجودة فيها في اتجاه المجال المغناطيسي. ويُطلق على دراسة هذه المغناطيسية المتبقية اسم المغناطيسية القديمة . وبالتالي، بدءًا من أحدث قاع محيطي تشكل، يمكن تحديد اتجاه المجال المغناطيسي في العصور السابقة كلما ابتعدنا إلى قاع محيطي أقدم.

• المجال المغناطيسي للأرض

• ماكيلهيني، مايكل دبليو؛ ماكفادين، فيليب إل. (2000). المغناطيسية القديمة: القارات والمحيطات . دار النشر الأكاديمية . ISBN 0-12-483355-1.
• ميريل، رونالد ت. (2010). أرضنا المغناطيسية: علم المغناطيسية الأرضية . مطبعة جامعة شيكاغو . ISBN 978-0-226-52050-6.
• ميريل، رونالد ت.؛ ماكيلهيني، مايكل و.؛ ماكفادين، فيليب ل. (1996). المجال المغناطيسي للأرض: المغناطيسية القديمة، واللب، والوشاح العميق . دار النشر الأكاديمية . ISBN 978-0-12-491246-5.

• الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي (NOAA) - موارد الويب المتعلقة بالمجال المغناطيسي الأرضي