De Verborgen Attractie van de Aarde De Verborgen Attractie van de ...
Transcript of De Verborgen Attractie van de Aarde De Verborgen Attractie van de ...
1
De Verborgen Attractie van de Aarde
2017 - HOVO cursus 3N7 333
Cor Langereis
Paleomagnetisch Laboratorium
Fort Hoofddijk
Department Aardwetenschappen
Universiteit Utrecht
De Verborgen Attractie van de Aarde
De Aarde is één grote magneetHOVO
Docent: Cor Langereis
1979: doktoraal Geofysica
1984: promotie Paleomagnetisme
1995: hoofd Fort Hoofddijk
1999: hoogleraar Paleomagnetisme
2000: oratie met als titel …
Beste werkplek in Utrecht
De Verborgen Attractie van de Aarde
Oratie, January 2000
De Verborgen Attractie van de Aarde
Beating magnetism into it …
Shock-induced Remanent Magnetization
Paleomagnetisch Laboratorium Fort Hoofddijk (1963)
Onderdeel Nieuwe Hollandse Waterlinie
2
Deelnemers aan de cursus 2017 (15)
Opzet van de cursus
1 - Magnetisme & Aardmagneetveld
2 – Het Aardmagneetveld in het verleden
3 – Drift der Continenten en Plaattektoniek
4 – Omkeringen van het Aardmagneetveld
5 – Gastlezing &
bezoek Fort Hoofddijk
De Verborgen Attractie van de Aarde
Informatie omtrent de cursus
1 - Handouts van de Powerpoint presentaties
2 - Website: www.geo.uu.nl/~forth (click op Teaching)
De Verborgen Attractie van de Aarde
1- Magnetisme en Aardmagneetveld
- Wat is magnetisme: de basis
- Geschiedenis van magnetisme
- Het externe magneetveld
- Het interne magneetveld
- Magnetisch veld H (wiki)
- Magnetisch moment m (wiki)
- Magnetische inductie B (wiki)
- Magnetische susceptibiliteit (wiki)
- Magnetische permeabiliteit m (wiki)
- Magnetisatie M (wiki)
- Magnetische dipool (wiki)
Magnetische monopool ?
Wat is magnetisme: de basis
3
Magnetisch veld H
Tauxe, 2005
H = i / l = i / 2 r [A/m]
m = i O = i r2 [Am2]
Tauxe, 2005
Magnetisch moment m (dipool)
m = n i O = n i r2 [Am2]
Magnetisch moment van een tram
Bovenleiding: 600-750 Volt
Afvoer via rails (aarding)
Duizenden Ampères stroomvooral bij optrekken en afremmen
Stroomkringen klein houden
Magnetic background noise (2012-2013)
nachtnacht nacht nacht
Fort Hoofddijk Another Uithof building
Maxwell sees the Light
Nikola Tesla
Magnetische inductie B
B = m H [Tesla]
4
Nikola Tesla Magnetische inductie B
MRI scan = 3 – 7 Tesla
Bmagnet = ~ 0.1 T
Belectromagnet = ~2 T
Magnetische inductie B
Link: Magnificent Magnets
Pulsed magnets: 100 T (non-destructive)-350 T (destructive)
Magnetische inductie B
August 2017: New world record (Guinnes Book …)
41.4 Tesla in Florida / New Mexico
Magnetische inductie B
BEarth = 30-60 mT
Tauxe, 2005
Magnetostatische Energie
Chinese compass, Han Dynasty
5
Magnetisatie M
Geïnduceerde magnetisatie (Mi = c H)
Remanente magnetisatie: Mr
Totale magnetisatie (bv. in gesteente)
Mtot = Mi + Mr
Eenheid als veldsterkte H [A/m]
Ofwel: magnetisch moment m [Am2] per volume V [m3]
Geschiedenis van magnetisme
Magnetische declinatie in China
Compass via Arabs to Europe
Pierre Pèlerin de Maricourt AKA
Petrus Peregrinus (‘Peter de Pelgrim’)
1269 AD: Beleg van Lucera (Apulia)ingenieur in leger van Charles d’Anjou
‘Epistola de Magnete’
Castle of Lucera
Petrus Peregrinus
Vroegste kompassen
- calamita (it), kalamos (gr) or
qaramît (ar): drijvende naald
- lodestone (loadstone), leiderstein,
leidarsteinn, segelstein, zeilsteen
- adamas (lat): adamant & aimant
Petrus Peregrinus - kompas
Kompas het eerste fysische meetintrument ?
Vroegste kompassen en poëzie
- Mazzeo di Rico (1230s)
“your loviliness attracts me irresistibly, as the lodestone does,
following its nature when it draws the needle”
- Gaulthier d’Espinois (before 1250)
“as the adamant turns away the little magnetic needle …, to
my lady is everybody detained, who knows and observes her
beauty”
De verborgen attractie …
Aimant (fr) betekent magneet maar ook geliefde
6
Petrus ontdekte dipool eigenschappen en schreef het oudst bekende wetenschappelijk artikelHij construeerde het eerste kompas met opgehangen naald (navigatie!)
Epistola de Magnete (1269) Navigatie
Les premières Oeuvres de Iacquesde Vaulx, pilotteen la Marine (Havrede Grace 1583)
(National Library, Paris)
Wat is een magneet ?
De Aarde ….
N
S
De Magnete (1600)
De Magnete, Magneticisque
Corporibus, et de Magno
Magnete Tellure (William Gilbert)
Eerst bekende fysische eigenschap van de Aarde (Newton ontdekte zwaartekracht in 1672)
… zèlf is een Grote Magneet
19e eeuw:
Natuurlijke remanente magnetisatie (NRM)
Aardmagneetveld geregistreerd in gesteente
‘Rock Music of the Earth’
Paleomagnetisme
Mathematische beschrijving van het Aardmagneetveld
)(02 Laplacegraddiv
a
P
Cr
aC
a
rg m
Sr
aS
a
rh m
l
m
m
l
l
l
m l
l
m l
l
m
l
m l
l
m l
l
m0 00
1
1
1
1
(cos )
( ) ( )( ) cos
( ) ( )( ) sin
a a
rP g m h mllm
m
l
llm
lm
0
1
00
( ) (cos ) cos sin
Carl Friedrich Gauss (1838)
7
Bernard Brunhes (1906):veldomkeringen
Joseph Larmor (1919):dynamo proces
Recente geschiedenis
50-er jaren: Bewijs van continental drift
60-er jaren: Geboorte platentektoniek
Het externe magneetveld
De Aarde zelf is een grote magneet (en beschermt het leven op Aarde)
Het externe magneetveld is het domein van Space Weather
Zonnewind & ‘Space Weather’
1‰ of the internal field
Dagelijkse variatie (zonnewind)
8
Folklore & Mythologie
Bovennatuurlijke krachten, geestenwereldVoorteken van onheil en oorlogKracht van het ijs op GroenlandReflectie van school haringenDansende geesten, branden van de hemel
Relatie met zonnevlekken
1826: Duitse apotheker & sterrekundige
1840: Ierse sterrekundige & militair
Fysica
Zonnewind en uitbarstingen (zonnevlam)AMV: afbuiging naar Noordpool en ZuidpoolBotsingen met zuurstof/stikstof atomenEnergie komt vrij als poollicht (1957)
Poollicht
Het Aardmagneetveld:
heeft invloed op dieren zeeschildpadden, walvissen, vogels & bacteriën
maar ook op de mens ?vliegtuigen, satellieten, energie centrales, …
Magnetische stormen
Prachtig noorderlicht ….
Magnetische stormen
… maar ook grote schade
Magnetische stormen Magnetische stormen
9
Gas pijplijn (Finland)
I > 10 Ampere
Bijvoorbeeld …
Magnetische stormen hebben impact:- op satellieten & vliegtuigen- op globale telecommunicatie- op pijplijnen- …
Magnetische stormen
Augustus-September 1859- Coronal Mass Ejection (plasmawolk)- Poolicht tot in Hawaii, Cuba, Italië- Veld met 1600 nT gereduceerd
(~4% van het huidige veld)
Maart 1989- Coronal Mass Ejection- Poollicht tot in Texas- Quebec: in 90 seconden 6 miljoen
mensen zonder electriciteit
IJskernen laten zien dat magnetische stormen - zoals in 1859 –gemiddeld 1x per 500 jaar voorkomen.
Grootste magnetische stormen Het interne magneetveld
De Aarde is zèlf een
grote magneet …
… et de Magno Magnete Tellure
… maar geeft ook een kijkje in de diepe Aarde
Het interne magneetveld
Simpel: een staaf magneet (dipool) Niet zo simpel: dynamo proces in vloeibare buitenkern
Het dipoolveld van de Aarde
10
MantleConvection time scale ~100 Myr
Reversal frequency, Superchrons
Solid inner coreDiffusion time scale 3-5 kyr
Stabilises geodynamo process
Kuang & Bloxham, 1997
Liquid outer coreConvection time scale 300-500 yr
Geodynamo action: Secular variation, excursions, reversals
Oorsprong van het veld
Tauxe, 2005
Geomagnetische pool:(90%) best passende dipool
di-
quadru-
octu-
Non-dipoolveld van de Aarde
eclinatie
nclinatie
De elementen van het veld
Declinatie en inclinatie variëren in
plaats en in tijd: Seculaire Variatie
Magnetische Observatoria
Magnetische Observatoria Magnetische Observatoria
Wat ongelijk verdeeld …
11
Hulot et al., 2002
Magnetische observaties: satellieten
Verschillende generaties zoals Magsat (1980), Oersted (1999), CHAMP (2000)
Magnetische observaties: satellieten
Laatste generatie: SWARM (European Space Agency) Gelanceerd November 2013
Magnetische observaties: satellieten
SWARM (European Space Agency) – 3 satellieten
Verandering in het veld
SWARM (European Space Agency)
Huidige veld: declinatie Huidige veld: declinatie
12
Jaarlijkse verandering in declinatie
Borssele, in 1615 gesticht
Seculaire Variatie (SV)
Seculaire Variatie: declinatie Seculaire Variatie:inclinatie
DD ~65°
DI ~20°
~3000 yr
Seculaire Variatie laatste 3 millennia Polen
Geographisch
vs.
Magnetisch
vs.
Geomagnetisch
Butler, 1992
13
Magnetische & geomagnetischepolen
Noordelijk halfrond
Magnetische & geomagnetischepolen
Zuidelijk halfrond
NRC 19-01-2013
Het kan erger ...
14
En als het veld omkeert … ? Daarover later …