المغناطيسية الأرضية:

المغناطيسية الأرضية:

فيما يلي سوف نذكر بعض الأسس العامة في موضوع المغناطيسية الأرضية، وكيفية حساب اتجاهاتها، وكيفية حفظ الخصائص المغناطيسية في أنواع الصخور المختلفة، ومعلومات عديدة أخرى، كل ذلك تمهيداً لدراسة أدلة المغناطيسية القديمة المتمثلة بتجوال القطب الظاهري والانقلابات المغناطيسية.

أولاً: أصل المغناطيسية الأرضية (Origin of Earth Magnetism):

على الرغم من أن موضوع المغناطيسية الأرضية لم تكشف جميع جوانبه بعد، فان أكثر النظريات قبولاً في هذا المجال هي النظرية الديناميكية (DynamoTheory) ـ وتعرف أيضاً بنظرية الكهربائية المغناطيسية(Magnetic Field) ـ 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 (Thermal Convection currents) في غلاف اللب الخارجي السائل ووجود لب داخلي صلب تؤدي إلى توليد تيارات كهربائية خفيفة (الشكل 1). 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 الأقطاب 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 (Ionosphere) 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.

الحقل المغناطيسي الارضي

ثانياً: المجال المغناطيس الأرضي (Geomagnetic Field):

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 (الشكل 2).

خطوط القوة للمغناطيسية الأرضية مع القطبية الاعتيادية


الشكل (2): خطوط القوة للمغناطيسية الأرضية مع القطبية الاعتيادية (كما هي اليوم) (Montgomery,1997).

والمجال المغناطيسي عبارة عن قوة متجهة أي انه يتحدد بقيمة واتجاه، وهي قوة أو كثافة المجال المغناطيسي وباتجاه المجال الذي يمثل المماس لخط القوة المغناطيسية في أي نقطة من نقاط المجال، وتزداد قوة المجال باتجاه قطبي المغناطيس نتيجة لزيادة كثافة خطوط القوة المغناطيسية في تلك المنطقة وتقل كلما ابتعدنا عنها، وهذا ما يمكن مشاهدته بسهولة عند تقريب مغناطيس من براد الحديد، حيث نرى أن البراد يتركز في منطقة القطبين ويقل وسط القضيب.

ومهما قصر القضيب المغناطيسي فانه يبقى يحتفظ بقطبيه الشمالي والجنوبي، فلو قطعنا القطب الشمالي لأي مغناطيس فان قطبه الجنوبي سيولد قطباً شمالياً جديداً والعكس صحيح. ومن هذا يستدل على أن المغناطيسية هي صفة في التركيب الذري للمواد المكونة للمغناطيس، حيث تكون المادة مغناطيسية عندما تترتب مجموعات الذرات بصورة متوازية مع بعضهما وتفقد المواد مغناطيسيتها عندما تسخن إلى درجة حرارة معينة لأن ذلك يسبب حركة الذرات بشكل عشوائي مما يجعلها تضعف مغناطيسية بعضها البعض.

يحدد اتجاه المجال المغناطيسي الأرضي من خلال قياس زاويتين هما:

(1) زاوية الميل المغناطيسي (Inclination): وتسمى أيضاً بالـ (Magnetic Dip)، وهي الزاوية المحصورة بين الشمال المغناطيسي والمستوي الأفقي لسطح الأرض. تتراوح قيمتها من (0º) عند خط الاستواء إلى (90º) عند الأقطاب ويكون اتجاهها نحو الأسفل في نصف الكرة الشمالي ونحو الأعلى في نصفها الجنوبي. وتحسب قيمة هذا الزاوية بواسطة العلاقة الرياضية الآتية: (Tan I = 2 tan L) حيث أن (I) هي زاوية الميل المغناطيسي، و (L) هي قيمة دائرة العرض للأرض (الشكل 3).

تغير ميل الإبرة نسبة لموقعها من خطوط العرض

الشكل(3): تغير ميل الإبرة نسبة لموقعها من خطوط العرض، إذ تكون أفقية عند خط الاستواء المغناطيسي،
وتكون عمودية عند القطب (Montgomery,1997).

(2) زاوية الانحراف المغناطيسي (Declination): 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 90º). وثانيهما التغير المنتظم لقوة المجال أو كثافة خطوط القوة بين القطبين، حيث لجميع المناطق الواقعة على خط عرض مغناطيسي واحد نفس زاوية الميل المغناطيس ونفس قوة المجال المغناطيسي في حالة عدم وجود ما يمكن أن يؤثر على الخواص المغناطيسية في هذه المنطقة.