Der stärkste Magnet der Welt: Tesla.

Um extrem starke Magnetfelder zu erzeugen, sind extrem niedrige Temperaturen erforderlich

Vogelperspektive auf das Experiment Control Center

Experimentelles Kontrollzentrum im NHMFL-Labor

Bisher wurden nur zehn solcher Sterne entdeckt. Die Feldstärke dieses Sterns beträgt 100 Milliarden Tesla (in internationales System Einheiten, Magnetfeld wird in Tesla gemessen). Zum Vergleich: Die Erde hat nur 0,00005 Tesla. Es ist unwahrscheinlich, dass wir jemals einen Magneten mit vergleichbarer Kraft wie einen Magnetar herstellen werden. Das heißt aber nicht, dass wir es nicht versuchen. Die Gründe, warum Wissenschaftler weiterhin immer stärkere Magnete bauen, reichen von „Was wäre, wenn?“ bis hin zur tatsächlichen Notwendigkeit, medizinische Projektionsgeräte zu verbessern.

Der bisherige Rekord gehört Spezialisten des National High Magnetic Field Laboratory (NHMFL) in Tallahassee (Florida). Im Dezember 1999 brachten sie einen Hybridmagneten auf den Markt. Es wiegt 34 ​​Tonnen, ist fast 7 Meter hoch und kann ein Magnetfeld von 45 Tesla erzeugen, das etwa eine Million Mal stärker ist als das der Erde. Dies reicht bereits aus, um die Eigenschaften gewöhnlicher elektronischer und magnetischer Materialien deutlich zu verändern.

Dieser vom NHMFL entwickelte Magnet stellt einen sehr wichtigen Meilenstein beim Bau der ISS dar, sagt Laborleiter Jack Crow.

Das ist kein Hufeisen für Sie

Wenn Sie sich ein riesiges Hufeisen vorgestellt haben, werden Sie enttäuscht sein. Der Florida-Magnet (siehe Foto oben) besteht eigentlich aus zwei in einem System arbeitenden Magneten. Die äußere Schicht ist ein unterkühlter, supraleitender Magnet. Es ist das größte seiner Art, das jemals geschaffen wurde. Es wird ständig auf eine Temperatur nahe dem absoluten Nullpunkt abgekühlt. Zu diesem Zweck wird ein System mit superflüssigem Helium verwendet – das einzige in den Vereinigten Staaten, das speziell für die Kühlung dieses Magneten entwickelt wurde. Und in der Mitte des Geräts befindet sich ein massiver Elektromagnet, also ein sehr großer Widerstandsmagnet.

Trotz der gigantischen Größe des am NHMFL gebauten Systems ist der Versuchsstandort äußerst klein. Normalerweise werden Experimente an Objekten durchgeführt, die nicht größer als die Spitze eines Bleistifts sind. In diesem Fall wird die Probe in eine Flasche, ähnlich einer Thermoskanne, gegeben, um die Temperatur niedrig zu halten.

Wenn Materialien ultrahohen Magnetfeldern ausgesetzt werden, passieren ihnen sehr seltsame Dinge. Beispielsweise „tanzen“ Elektronen auf ihren Bahnen. Und wenn die Spannung Magnetfeld 35 T übersteigt, werden die Eigenschaften der Materialien unsicher. Beispielsweise können Halbleiter ihre Eigenschaften hin und her ändern: In einem Moment leiten sie Strom, in einem anderen nicht.

Crowe sagt, dass die Leistung des Florida-Magneten über einen Zeitraum von fünf Jahren schrittweise auf 47, dann 48 und schließlich 50 Tesla erhöht wird, und die Forschungsergebnisse haben bereits seine kühnsten Erwartungen übertroffen: „Wir haben alles bekommen, was wir uns erhofft hatten, und noch viel mehr.“ Unsere Kollegen überhäufen uns nun mit Bitten, auch ihnen die Möglichkeit zum Experimentieren zu geben.“

Anwendung in der Medizin

Während das NHMFL seine Bemühungen auf reine Forschung konzentriert, wird ein Großteil der Entwicklung im Bereich der Hochleistungsmagnete durch die Notwendigkeit vorangetrieben, Medizintechnik zu entwickeln. Das Brain Institute der Florida State University behauptet, über den größten Magneten zu verfügen, der jemals in der Tomographie verwendet wurde. Dieses 24 Tonnen schwere Ungetüm kann eine lange Liste von Krankheiten und Defekten im Gehirn und der Wirbelsäule erkennen. Seine Leistung beträgt 11,7 Tesla, das ist 234.000 Mal mehr als die der Erde.

Je stärker das Magnetfeld, desto genauer und detaillierter sind die Ergebnisse, die mit Technologien wie der Kernenergie erzielt werden können Magnetresonanz(NMR). Ein aktuelles Projekt zielt darauf ab, die Auswirkungen von Lähmungen und den zu ihrer Behandlung eingesetzten Medikamenten auf Gehirnzellen aufzuzeigen. Eine funktionelle Kernspinresonanzstudie (fNMR) wird genau zeigen, wie viel des Medikaments von welchen Zellen aufgenommen wurde.

NMR- und fNMR-Technologien funktionieren auf diese Weise. Mithilfe eines starken Magnetfeldes richten sich die Zellkerne zunächst wie die Nadeln eines Kompasses aus. Ein schwächerer Magnet dreht dann die Kerne. Dadurch entsteht ein messbares Signal, das aufgezeichnet und mithilfe von Computern in ein dreidimensionales Bild umgewandelt wird. Je stärker die Magnete sind, desto mehr Kerne reagieren auf das Signal. Im Gegensatz zu Röntgenstrahlen, die Knochen und Hartgewebe zeigen, konzentriert sich die NMR auf Weichgewebe.

Der zunehmende Einsatz von Magneten in der Medizin wirft natürlich die Frage auf: Ist das sinnvoll? IN letzten JahrenÜber die Auswirkungen nahegelegener Stromleitungen auf Menschen und Tiere wurde viel diskutiert. Da die Stärke des Magnetfelds jedoch so schnell abnimmt, empfängt eine Person, die nur 15 Meter von einer Stromleitung entfernt lebt, nur zwei Milligauss (mG). Neuere Studien stützen die Version, dass es keine Wirkung auf den Menschen hat.

Von „Körper“-Magneten, die oft als Allheilmittel gegen alle Krankheiten, einschließlich Arthritis, verkauft werden, wurden dagegen keinerlei positive Wirkungen festgestellt. Aber das hält Millionen Menschen auf der ganzen Welt nicht davon ab.

Um magnetische Geräte herzustellen, verwendeten Wissenschaftler einst verschiedene Materialien, darunter sogar so exotische Exemplare wie Platin. Die Kraft eines Neodym-Magneten ließ jedoch bis 1982 zu wünschen übrig, als die erstaunlichen Eigenschaften von Neodym entdeckt und genutzt wurden. Seitdem sind nur wenige Jahrzehnte vergangen, aber wir können schon jetzt sagen, dass dieses Element der Seltenen Erden regelrecht explodiert ist technologische Prozesse verschiedene Branchen. Der Durchbruch gelang dank mehrerer Vorteile der Legierung.

Eigenschaften magnetischer Produkte

Erstens können wir das heute mit voller Zuversicht von der ganzen Familie sagen ähnliche Geräte Am stärksten sind Neodym-Magnete. Zweitens ist die hervorragende Haftkraft bei weitem nicht der einzige Vorteil dieser Art von Produkten. Schauen Sie sich nur ihren berühmten Widerstand gegen Entmagnetisierung an. Während Ferrit-Analoga ihre Eigenschaften im Laufe von 20 bis 30 Jahren fast vollständig verlieren, wird Neodym nur um ein paar Prozent schwächer. Dadurch ist die Lebensdauer praktisch unbegrenzt. Jeder, der das Glück hatte, leistungsstarke Neodym-Magnete zu kaufen, konnte sich von deren beeindruckenden Eigenschaften überzeugen.

Die Haftkraft magnetischer Produkte wird unter anderem stark durch deren Gewichts- und Größenparameter beeinflusst. Mit anderen Worten: Je massiver das Produkt, desto große Stärke Es ist erforderlich, es von der Eisenoberfläche abzureißen. Nicht jeder kann auch nur eine 50x30-Scheibe, die weniger als ein halbes Kilogramm wiegt, von einer Stahlplatte lösen, da dies einen Kraftaufwand erfordert, der mit dem Heben von 116 kg vergleichbar ist. Daher sollte jeder, der sich für den Kauf eines großen Neodym-Magneten entscheidet, die Vorsichtsmaßnahmen im Umgang damit beachten. Versuchen Sie, Neodym-Gegenstände in der Nähe von massiven Eisengegenständen aufzubewahren, geben Sie sie nicht an Kinder weiter und setzen Sie sie keinen groben mechanischen Stößen aus – das Material ist ziemlich zerbrechlich.

Im Katalog auf der Website finden Sie Magnete von ein paar Gramm bis zu mehreren Kilogramm und einer Kupplung von mehreren Zentnern.

Magnetische Stürme werden normalerweise nicht als gewaltige Naturphänomene wie Erdbeben, Tsunamis oder Taifune angesehen. Sie stören zwar die Funkkommunikation in den hohen Breiten des Planeten und bringen die Kompassnadeln zum Tanzen. Jetzt sind diese Eingriffe nicht mehr beängstigend. Die Fernkommunikation erfolgt zunehmend über Satelliten, mit deren Hilfe Navigatoren den Kurs von Schiffen und Flugzeugen bestimmen.

Es scheint, dass die Launen des Magnetfelds niemanden mehr stören. Doch inzwischen gibt es Fakten, die Befürchtungen aufkommen lassen, dass Veränderungen im Erdmagnetfeld Katastrophen auslösen können, die selbst die gewaltigsten Kräfte der Natur in den Schatten stellen!

Eine dieser Feldveränderungen findet heute statt ... Seit der deutsche Mathematiker und Physiker Carl Gauss zum ersten Mal gab mathematische Beschreibung Magnetfeld, Folgemessungen - über 150 Jahre zuvor Heute– zeigen, dass das Erdmagnetfeld stetig schwächer wird.

In diesem Zusammenhang scheinen die Fragen natürlich: Wird das Magnetfeld vollständig verschwinden und wie kann es Erdbewohner gefährden?

Denken wir daran, dass unser Planet ständig von kosmischen Teilchen bombardiert wird, besonders intensiv von Protonen und Elektronen, die von der Sonne emittiert werden, dem sogenannten Sonnenwind. Mit einer Durchschnittsgeschwindigkeit von 400 km/s rasen sie an der Erde vorbei. Die Magnetosphäre der Erde verhindert, dass geladene Teilchen die Oberfläche des Planeten erreichen. Sie leitet sie zu den Polen, wo sie in der oberen Atmosphäre fantastische Lichter hervorbringen. Aber wenn es kein Magnetfeld gibt, wenn Pflanze und Fauna Da sich die Umwelt unter einem solchen Dauerfeuer befindet, können wir davon ausgehen, dass Strahlenschäden an Organismen die verheerendsten Auswirkungen auf das Schicksal der gesamten Biosphäre haben werden.

Um zu beurteilen, wie real eine solche Bedrohung ist, müssen wir uns daran erinnern, wie das Erdmagnetfeld entsteht und ob es in diesem Mechanismus unzuverlässige Verbindungen gibt, die versagen können.

Nach modernen Vorstellungen besteht der Kern unseres Planeten aus einem festen Teil und einer flüssigen Hülle. Durch den festen Kern erhitzt und durch den darüber liegenden Mantel gekühlt, wird die flüssige Substanz des Kerns in die Zirkulation, in die Konvektion, gezogen, die sich in viele einzelne zirkulierende Ströme auflöst.

Das gleiche Phänomen ist aus den Ozeanen der Erde bekannt, wenn sich tiefe Wärmequellen in der Nähe des Meeresbodens befinden und dieser dadurch erwärmt wird. Dann entstehen in der Wassersäule vertikale Strömungen. Beispielsweise ist eine solche Strömung im Pazifischen Ozean vor der Küste Perus gut untersucht. Es transportiert eine große Menge an Nährstoffen aus der Tiefe an die Wasseroberfläche, was diesen Bereich des Ozeans besonders fischreich macht...

Die Substanz des flüssigen Teils des Kerns ist eine Schmelze mit einem hohen Metallgehalt und weist daher eine gute elektrische Leitfähigkeit auf. Aus dem Schulunterricht wissen wir, dass, wenn sich ein Leiter in einem Magnetfeld bewegt und dessen Linien kreuzt, in ihm eine elektromotorische Kraft angeregt wird.

Ein schwaches interplanetares Magnetfeld könnte zunächst mit den Schmelzflüssen interagieren. Der dadurch erzeugte Strom wiederum erzeugte ein starkes Magnetfeld, das den Planetenkern ringförmig umgab.

In den Tiefen der Erde geschieht im Prinzip alles wie in einem selbsterregten Dynamo, dessen schematisches Modell normalerweise in jedem Physikunterricht der Schule vorhanden ist. Der Unterschied besteht darin, dass in der Tiefe anstelle von Drähten flüssiges, elektrisch leitendes Material fließt. Und offenbar ist die Analogie zwischen den Abschnitten des Dynamorotors und den Konvektionsströmen der Schmelze in der Tiefe durchaus legitim. Der Mechanismus, der das Erdmagnetfeld erzeugt, wird daher hydromagnetischer Dynamo genannt.

Aber das Bild ist natürlich komplizierter: Ringfelder, auch toroid genannt, erreichen die Oberfläche des Planeten nicht. Durch die Wechselwirkung mit derselben elektrisch leitenden, sich bewegenden Flüssigkeitsmasse erzeugen sie ein weiteres äußeres Feld, mit dem wir es auf der Erdoberfläche zu tun haben.

Unser Planet mit seinem äußeren Magnetfeld wird üblicherweise schematisch als symmetrisch magnetisierter Ball mit zwei Polen dargestellt. In Wirklichkeit ist das äußere Feld nicht so ideal geformt. Die Symmetrie wird durch viele magnetische Anomalien gebrochen.

Einige von ihnen sind sehr bedeutsam und werden als kontinental bezeichnet. Eine solche Anomalie liegt vor Ostsibirien, der andere - in Südamerika. Solche Anomalien entstehen, weil der hydromagnetische Dynamo im Erdinneren nicht so symmetrisch „konstruiert“ ist wie Elektroautos, gebaut in einer Fabrik, wo sie für die Ausrichtung von Rotor und Stator sorgen und die Rotoren auf speziellen Maschinen sorgfältig ausbalancieren, um sicherzustellen, dass ihre Massenschwerpunkte (genauer gesagt die zentrale Hauptträgheitsachse) mit der Rotationsachse übereinstimmen. Und die Kraft der Materie fließt, und Temperaturbedingungen, von der die Geschwindigkeit ihrer Bewegung abhängt, sind in verschiedenen Zonen des Erdinneren, in denen der natürliche Dynamo arbeitet, bei weitem nicht gleich. Ein tiefer Dynamo lässt sich höchstwahrscheinlich mit einer Maschine vergleichen, bei der Abschnitte in der Rotorwicklung unterschiedlich dick sind und der Spalt zwischen Rotor und Stator variiert.

Anomalien kleineren Maßstabs – regional und lokal – werden durch die Besonderheiten der Zusammensetzung der Erdkruste erklärt – wie zum Beispiel die magnetische Kursk-Anomalie, die durch riesige Eisenerzvorkommen entstand.

Kurz gesagt, der Mechanismus, der das Erdmagnetfeld erzeugt, ist stabil und zuverlässig, und es scheint, dass es darin keine Teile gibt, die plötzlich ausfallen können. Darüber hinaus, so Professor der Universität München G. Zoffel, elektrische Leitfähigkeit flüssiges Material in der Tiefe ist so groß, dass, wenn der hydromagnetische Dynamo aus irgendeinem Grund plötzlich „abschaltet“, die magnetischen Kräfte auf der Oberfläche des Planeten uns dies erst nach vielen Jahrtausenden signalisieren.

Aber der „Zusammenbruch“ eines natürlichen Mechanismus ist eine Sache, die allmähliche Abschwächung seiner Wirkung, ähnlich den Kälteeinbrüchen, die zu Vereisungen auf dem Planeten führten, eine andere.

Um diesen Umstand zu analysieren, benötigen wir eine detailliertere Kenntnis des Verhaltens des Magnetfelds: wie und warum es sich im Laufe der Zeit ändert.

Beliebig Felsen Jede Substanz, die Eisen oder ein anderes ferromagnetisches Element enthält, steht immer unter dem Einfluss des Erdmagnetfelds. Elementarmagnete in diesem Material neigen dazu, sich wie eine Kompassnadel entlang der Feldlinien auszurichten.

Wenn das Material jedoch erhitzt wird, kommt es zu einem Punkt, an dem die thermische Bewegung der Teilchen so energiereich wird, dass sie die magnetische Ordnung zerstört. Dann, wenn unser Material abkühlt, beginnend mit bestimmte Temperatur(es wird Curie-Punkt genannt) wird das Magnetfeld über die Kräfte der chaotischen Bewegung siegen. Die Elementarmagnete richten sich wieder entsprechend dem Feld aus und bleiben in dieser Position, wenn der Körper nicht erneut erhitzt wird. Das Feld scheint im Material „eingefroren“ zu sein.

Dieses Phänomen ermöglicht es uns, die Vergangenheit des Erdmagnetfeldes sicher zu beurteilen. Wissenschaftler können in so ferne Zeiten vordringen, als die feste Kruste auf dem jungen Planeten abkühlte. Aus dieser Zeit erhaltene Mineralien erzählen, wie das Magnetfeld vor zwei Milliarden Jahren aussah.

Wenn es um die Untersuchung von Zeiträumen geht, die viel näher an uns liegen – innerhalb der letzten 10.000 Jahre –, ziehen Wissenschaftler für die Analyse lieber Materialien künstlichen Ursprungs als natürliche Laven oder Sedimente heran. Dabei handelt es sich um von Menschen gebackenen Ton – Geschirr, Ziegel, Ritualfiguren usw., der mit den ersten Schritten der Zivilisation auftauchte. Vorteil Kunsthandwerk aus Ton ist, dass Archäologen sie ziemlich genau datieren können.

Am Institut für Erdphysik der Russischen Akademie der Wissenschaften untersuchte das Labor für Archäomagnetismus Veränderungen im Magnetfeld. Es wurden umfangreiche Daten aus dem Labor und aus führenden ausländischen Quellen gebündelt wissenschaftliche Zentren. Das tun auch russische Wissenschaftler.

Tatsächlich bestätigen diese Daten, dass das Magnetfeld in unserer Zeit schwächer wird. Doch hier ist ein Vorbehalt notwendig: Genaue Messungen des Feldverhaltens über lange Zeiträume deuten darauf hin, dass das Magnetfeld des Planeten zahlreichen Schwingungen mit unterschiedlichen Perioden unterliegt. Wenn wir sie alle addieren, erhalten wir die sogenannte „geglättete Kurve“, die recht gut mit einer Sinuskurve mit einer Periode von 8.000 Jahren übereinstimmt.

Zu diesem Zeitpunkt liegt der Gesamtwert des Magnetfelds im absteigenden Segment der Sinuskurve. Dies löste bei manchen Autoren Besorgnis aus. Dahinter mehr hohe Werte, eine weitere Schwächung des Feldes steht bevor. Es wird noch etwa zweitausend Jahre andauern. Aber dann wird sich das Feld verstärken. Diese Phase wird 4.000 Jahre dauern und dann wieder abklingen. Das bisherige Maximum ereignete sich zu Beginn unserer Zeitrechnung. Die Vielfalt der Magnetfeldschwingungen erklärt sich offenbar aus dem Ungleichgewicht der beweglichen Teile des hydromagnetischen Dynamos und deren unterschiedlicher elektrischer Leitfähigkeit.

Es ist wichtig zu beachten, dass die Amplitude der Sinuswelle weniger als die Hälfte beträgt durchschnittliche Größe Feldstärke. Mit anderen Worten: Diese Schwankungen können den Feldwert in keiner Weise auf Null reduzieren. Dies ist die Antwort für diejenigen, die glauben, dass die derzeitige Abschwächung des Feldes irgendwann die Oberfläche freilegen wird Globus zum Abfeuern von Partikeln aus dem Weltraum.

Wie bereits erwähnt, ist die Kurve die Summe verschiedener überlappender Schwingungen des Erdmagnetfelds – etwa ein Dutzend davon wurden bisher identifiziert. Genau definierte Zeiträume haben eine Dauer von 8000, 2700, 1800, 1200, 600 und 360 Jahren. Die Zeiträume von 5400, 3600 und 900 Jahren sind weniger deutlich erkennbar.

Einige dieser Perioden sind mit bedeutenden Phänomenen im Leben des Planeten verbunden.

Ein Zeitraum von 8000 Jahren hat zweifellos einen globalen Maßstab, im Gegensatz zu Schwankungen beispielsweise von 600 oder 360 Jahren, die regionalen, lokalen Charakter haben.

Interessante Zusammenhänge zu vielen Naturphänomenen aus der Zeit um 1800. Der Geograph A.V. Shnitnikov verglich verschiedene natürliche Rhythmen der Erde und entdeckte deren Zusammenhang mit dem genannten astronomischen Phänomen. Große Sonnenstrahlen, wenn Sonne, Erde und Mond auf derselben Geraden liegen und sich die Erde gleichzeitig in der kürzesten Entfernung sowohl von der Leuchte als auch vom Satelliten befindet. In diesem Fall erreichen sie höchsten Wert Gezeitenkräfte. Der Große Sares wiederholt sich alle 1800 Jahre (mit Abweichungen) und geht mit der Ausdehnung des Globus in der Äquatorzone einher – aufgrund einer Flutwelle, in der die Weltmeere und Erdkruste. Dadurch ändert sich das Trägheitsmoment des Planeten und er verlangsamt seine Rotation. Auch die Lage der polaren Eisgrenze verändert sich und der Meeresspiegel steigt. Great Sares beeinflusst das Klima der Erde – Trocken- und Regenperioden beginnen sich unterschiedlich abzuwechseln. Solche Veränderungen in der Natur spiegelten sich in der Vergangenheit in der Weltbevölkerung wider: Beispielsweise nahm die Völkerwanderung zu ...

Das Institut für Physik der Erde wollte herausfinden, ob es Zusammenhänge zwischen den durch den Großen Sares verursachten Phänomenen und dem Verhalten des Magnetfelds gibt. Es stellte sich heraus, dass die 1800-jährige Periode der Feldschwingungen gut mit dem Rhythmus der Phänomene übereinstimmt, die durch die relativen Positionen von Sonne, Erde und Mond verursacht werden. Die Anfänge und Enden der Veränderungen und ihre Maxima fallen zusammen... Dies kann durch die Tatsache erklärt werden, dass in der flüssigen Masse, die den Kern des Planeten umgibt, während des Großen Sares auch die Flutwelle ihren größten Wert erreichte, also die Wechselwirkung von Auch die Materieströme mit dem inneren Feld veränderten sich.

In den letzten 10.000 Jahren irdische Natur Es gab keine Katastrophen aufgrund des unruhigen Magnetfelds. Aber was verbirgt sich hinter der tieferen Vergangenheit? Bekanntlich liegen die dramatischsten Ereignisse in der Biosphäre der Erde weit über 10.000 Jahre zurück. Vielleicht wurden sie durch einige Veränderungen im Magnetfeld verursacht?

Hier müssen wir uns mit einer Tatsache auseinandersetzen, die einige Wissenschaftler beunruhigt hat.

Es stellte sich heraus, dass die Magnetfelder der Vergangenheit zu vulkanischer Lava „eingefroren“ waren, als sie abkühlten und den Curie-Punkt passierten. Auch in Bodensedimenten sind Magnetfelder eingeprägt: Auf den Boden sinkende Partikel orientieren sich, wenn sie Ferromagnete enthalten, wie Kompassnadeln entlang der Linien des Magnetfelds. Es bleibt in versteinerten Sedimenten für immer erhalten, es sei denn, die Sedimente werden starker Erhitzung ausgesetzt...

Paläomagnetologen untersuchen antike Magnetfelder. Sie konnten wirklich enorme Veränderungen entdecken, die das Magnetfeld in der fernen Vergangenheit durchgemacht hat. Das Phänomen der Inversion – eine Änderung der Magnetpole – wurde entdeckt. Der nördliche zog an die Stelle des südlichen, der südliche an die Stelle des nördlichen.

Übrigens ändern sich die Pole nicht so schnell – Schätzungen zufolge dauert der Wechsel 5.000 oder sogar 10.000 Jahre.

Die letzte Bewegung dieser Art fand vor 700.000 Jahren statt. Das vorherige ist weitere 96.000 Jahre früher. Es gibt Hunderte solcher Veränderungen in der Geschichte des Planeten. Hier konnte keine Regelmäßigkeit festgestellt werden – lange Ruhephasen sind bekannt, sie wurden durch Zeiten häufiger Inversionen ersetzt.

Es wurden auch die sogenannten „Exkursionen“ entdeckt – die Abkehr der magnetischen Pole von den geografischen über weite Strecken, die jedoch mit der Rückkehr an ihren vorherigen Platz endete.

Viele haben versucht, die Polaritätsumkehr zu erklären. Die amerikanischen Wissenschaftler R. Muller und D. Morris glauben beispielsweise, dass die Hauptursache dafür der Einschlag riesiger Meteoriten war. Die „Erschütterung“ des Planeten erzwang eine Veränderung der Art der Schmelzbewegung in seinen Tiefen. Die Autoren dieser Hypothese basierten auf der Tatsache, dass vor 65 Millionen Jahren gleichzeitig die Inversion und der Fall eines großen kosmischen Körpers auf die Erde stattfanden, wie die damaligen Sedimente belegen, die reich an kosmischem Iridium waren. Die Hypothese sah beeindruckend aus, war aber nicht überzeugend, schon allein deshalb, weil der zeitliche Zusammenhang zwischen diesen Ereignissen nur sehr schwach bewiesen war. Eine andere Hypothese besagt, dass Umkehrungen durch tiefe Schmelzströme ausgelöst werden, wenn riesige Klumpen ferromagnetischen Materials in sie eindringen. Diese Klumpen, die die Linien des Magnetfelds in sich konzentrieren, scheinen es mit sich zu „ziehen“.

Und diese Hypothese ist umstritten.

Offensichtlich muss der Erdkern im Laufe der Milliarden Jahre seines Bestehens an Größe zugenommen haben. Es scheint, dass dies nur Auswirkungen auf das Erdmagnetfeld haben könnte. Mittlerweile vergleichen Wissenschaftler, die Informationen darüber haben, wie das Magnetfeld des Planeten vor zwei Milliarden Jahren aussah, diese Daten mit den heutigen Daten und finden nicht einmal Spuren des Einflusses des Kernwachstums auf das Magnetfeld. Könnte ein Phänomen von viel bescheidenerem Ausmaß, wie es die hypothetischen „Klumpen“ darstellen, den Zustand des Feldes beeinflussen?

Die derzeit akzeptierte Theorie des hydromagnetischen Dynamos ist in der Lage, die Inversion zu erklären, aber diese Theorie bedeutet nicht, dass ein Polwechsel obligatorisch ist, sie widerspricht diesem Phänomen einfach nicht.

Der Grund für die Inversionen sind die gleichen „konstruktiven Unvollkommenheiten“ des natürlichen hydromagnetischen Dynamos. Dabei handelt es sich jedoch um andere Defekte als diejenigen, die das bereits bekannte Spektrum von zehn Schwingungen des Magnetfelds verursachen, Schwingungen, die sich nach bestimmten Zeiträumen monoton wiederholen. Inversionen haben keinen so regelmäßigen, systematischen Charakter.

Man könnte meinen, dass das Phänomen der Inversion, die Suche nach seinen Ursachen und seinen Folgen nur das Interesse von Forschern des Erdmagnetismus wecken wird. Aber nein, dieses Phänomen hat die Aufmerksamkeit einer Vielzahl von Wissenschaftlern auf sich gezogen, darunter auch derjenigen, die sich mit der Entwicklung der Biosphäre der Erde befassen.

IN in letzter Zeit in mehreren wissenschaftliche Artikel Es wurde vermutet, dass das Erdmagnetfeld bei Umkehrungen verschwindet. Wir sprechen also davon, dass der Planet für einige Zeit seine unsichtbare Rüstung verliert. Und dies kann offenbar zum Tod vieler Pflanzen- und Tierarten führen. Aus diesem Grund sehen manche in den Veränderungen, denen das Magnetfeld ausgesetzt ist, eine größere Gefahr als die, die von dem zerstörerischen Trio ausgeht: Erdbeben, Tsunamis, Taifune.

Als Beweis für ihre Richtigkeit führen die Autoren dieser Annahme den Zusammenhang zwischen dem Aussterben der Dinosaurier, die vor 65 Millionen Jahren von der Erdoberfläche verschwanden, und den für diese Zeit charakteristischen häufigen Inversionen an.

Die Hypothese über einen so radikalen Einfluss von Polarumkehrungen auf die Entwicklung aller Lebewesen auf der Erde stieß bei Evolutionisten auf besondere Befriedigung, die in der jüngeren Vergangenheit einen Computer verwendeten, um die Geschichte der Biosphäre unseres Planeten zu simulieren Primärformen lebende Materie. Das Programm umfasste alle damals bekannten Faktoren, die Mutationen beeinflussten und natürliche Selektion. Die Ergebnisse der Studie waren unerwartet: Die Evolution von der ersten Zelle bis zum Menschen verlief in der mathematischen Interpretation viel langsamer als unter realen Bedingungen der irdischen Natur.

Offensichtlich, so die Schlussfolgerung der Wissenschaftler, habe das Programm einige energetische Faktoren nicht berücksichtigt, die die Natur dazu zwingen, gleichzeitig Arten zu verändern. Nun, so glauben sie, sei einer dieser starken Beschleuniger der Evolution gefunden worden – das ist der Effekt auf organische Welt kosmische Strahlung während der Zeiten, in denen die Pole ihre Plätze tauschten... Etwas Ähnliches, zumindest wie bei der Katastrophe von Tschernobyl.

Vor diesem Hintergrund klingt die Behauptung amerikanischer Geophysiker entweder alarmierend oder beruhigend, sie hätten in Oregon Lavaschichten entdeckt, die zeigen, dass sich das darin „eingefrorene“ Feld in nur zwei Wochen um 90 Grad gedreht habe. Mit anderen Worten: Veränderungen erfordern nicht unbedingt Tausende von Jahren, sondern können nahezu augenblicklich erfolgen. Das heißt, die Zeit der zerstörerischen Wirkung der kosmischen Strahlung ist kurz, was ihre Gefahr verringert. Es ist nicht klar, warum sich das Feld nicht um 180 Grad, sondern nur um 90 Grad drehte.

Die Annahme, dass bei Polaritätsumkehr das Magnetfeld verschwindet, ist jedoch nur eine Annahme und keine darauf basierende Wahrheit verlässliche Fakten. Im Gegenteil legen einige paläomagnetische Studien nahe, dass das Feld während der Umkehrung erhalten bleibt. Es hat jedoch keine Dipolstruktur und ist viel schwächer – 10- und sogar 20-mal. Die Interpretation plötzlicher Feldveränderungen, die in Laven aus Oregon gefunden wurden, hat ernsthafte Einwände hervorgerufen. Professor G. Zoffel, den wir erwähnt haben, glaubt, dass die Entdeckung amerikanischer Kollegen auf ganz andere Weise erklärt werden kann, zum Beispiel so: Ein Magnetfeld, das durch einen in diesem Moment einschlagenden Blitz erzeugt wurde, wurde in der abkühlenden Lava „eingefroren“. .

Diese Einwände schließen jedoch die Möglichkeit eines direkten, möglicherweise abgeschwächten Einflusses kosmischer Teilchen auf die Flora und Fauna nicht aus. Viele Wissenschaftler haben sich der Suche nach Antworten auf die Fragen dieser Hypothese angeschlossen.

Bemerkenswert sind die einst von V.P. Shcherbakov, einem Mitarbeiter des Instituts für Erdphysik der Akademie der Wissenschaften der UdSSR, geäußerten Überlegungen. Er glaubte, dass das Magnetfeld des Planeten bei Umkehrungen, wenn auch geschwächt, seine Struktur, insbesondere seine magnetische Struktur, beibehält Stromleitungen im Bereich der Pole liegen sie noch an der Erdoberfläche an. Über den sich bewegenden Polen befinden sich während der Inversionsperioden in der Magnetosphäre ständig, wie auch in unseren Tagen, Trichter, in die kosmische Teilchen zu strömen scheinen.

In Umkehrphasen können sie bei geschwächtem Feld auf engstem Raum an die Oberfläche des grünen Balls heranfliegen und ihn vielleicht sogar erreichen.

Auch Paläontologen beteiligten sich an der Suche. Zum Beispiel der deutsche Professor G. Herm, der in Zusammenarbeit mit vielen ausländischen Labors Bodensedimente aus dem Ende der Kreidezeit untersuchte. Er fand Hinweise darauf, dass es in dieser Zeit einen Sprung in der Artenentwicklung gab. Allerdings hält der Wissenschaftler die damaligen Umkehrungen nur für einen der Faktoren, die die Evolution vorangetrieben haben. G. Herm sieht keinen Grund, sich um zukünftiges Leben auf dem Planeten zu sorgen, wenn plötzliche Veränderungen im Magnetfeld auftreten.

Auch Professor B. M. Mednikov, Professor an der Moskauer Staatsuniversität, ein Evolutionsbiologe, hält sie nicht für gefährlich und erklärt, warum. Der Hauptschutz vor dem Sonnenwind sei nicht das Magnetfeld, sondern die Atmosphäre, sagt er. Protonen und Elektronen verlieren ihre Energie in den oberen Schichten über den Polen des Planeten, was dazu führt, dass Luftmoleküle leuchten, „leuchten“. Wenn das Magnetfeld plötzlich verschwindet, dann wird sich das Polarlicht wahrscheinlich nicht nur über den Polen befinden, wo die Magnetosphäre jetzt Teilchen antreibt, sondern im gesamten Himmel – und zwar auf denselben große Höhen. Der Sonnenwind bleibt für Lebewesen weiterhin ungefährlich.

B. M. Mednikov sagt auch, dass die Evolution keinen „Ansporn“ braucht Kosmische Kräfte. Die neuesten, fortschrittlicheren Computermodelle der Evolution überzeugen: Ihre tatsächliche Geschwindigkeit lässt sich vollständig durch körperinterne molekulare Gründe erklären. Wenn bei der Geburt eines neuen Organismus sein Vererbungsapparat geschaffen wird, geschieht in einem von hunderttausend Fällen das Kopieren der Elternmerkmale mit einem Fehler. Dies reicht völlig aus, damit Tier- und Pflanzenarten mit den Veränderungen Schritt halten können Umfeld. Wir sollten den Mechanismus der Massenverbreitung von Genmutationen durch Viren nicht vergessen.

Laut Magnetologen können die Einwände von B.M. Mednikov das Problem nicht beseitigen. Wenn der direkte Einfluss von Veränderungen des Magnetfelds auf die Biosphäre unwahrscheinlich ist, dann gibt es auch einen indirekten. Es gibt zum Beispiel unbestrittene Zusammenhänge zwischen dem Magnetfeld des Planeten und seinem Klima ...

Wie Sie sehen, gibt es im Problem der Beziehung zwischen dem Magnetfeld und der Biosphäre viele gravierende Widersprüche. Widersprüche motivieren Forscher wie immer zur Suche.

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Sind die stärksten Gewitter im Inneren der Erde?Die unvorhersehbarsten Prozesse

Die Magnetkraft ist die wichtigste Eigenschaft eines Magneten. Auf diesen Indikator kommt es an Leistung und Anwendungsbereich. Die Stärke von Magneten wird in der Einheit Tesla (T) gemessen. Das heißt, um herauszufinden, welcher Magnet der stärkste ist, müssen Sie einen Vergleich anstellen verschiedene Materialien nach diesem Indikator.

Der stärkste Elektromagnet

Wissenschaftler in verschiedene Länder Sie versuchen, den stärksten Magneten der Welt zu erschaffen und erzielen manchmal sehr interessante Ergebnisse. Den Status des stärksten Elektromagneten hat heute die Installation im Los Alamos National Laboratory (USA). Ein riesiges Gerät mit sieben Spulensätzen Gesamtmasse 8,2 Tonnen erzeugen ein Magnetfeld mit einer Stärke von 100 Tesla. Diese beeindruckende Zahl ist zwei Millionen Mal so stark wie das Magnetfeld unseres Planeten.

Bemerkenswert ist, dass die Magnetspule des rekordverdächtigen Magneten aus einem russischen Kupfer-Niob-Nanokomposit besteht. Dieses Material wurde von Wissenschaftlern des Kurchatov-Instituts mit Unterstützung des nach ihm benannten Allrussischen Forschungsinstituts für anorganische Materialien entwickelt. A. A. Bochvara. Ohne diesen ultrastarken Verbundwerkstoff hätte der neue stärkste Magnet der Welt den Rekord seines Vorgängers nicht übertreffen können, da die größte technische Schwierigkeit beim Betrieb von Anlagen dieses Niveaus darin besteht, die Integrität bei Einwirkung der stärksten Magnetimpulse aufrechtzuerhalten. Die maximal aufgezeichnete Feldstärke des Elektromagneten, der während des Experiments durch Impulse zerstört wurde, betrug 730 Tesla. In der UdSSR verwendeten Wissenschaftler einen Magneten mit speziellem Design und Sprengstoffe gelang es, einen Impuls von 2800 Tesla zu erzeugen.

Kupfer-Niob

Die in Laboren gewonnenen Magnetimpulse sind millionenfach stärker als das Erdmagnetfeld. Aber selbst der stärkste Magnet, der bisher gebaut wurde, ist millionenfach schwächer Neutronensterne. Magnetar SGR 1806−20 hat ein Magnetfeld von 100 Milliarden Tesla.

Der stärkste Magnet für den Hausgebrauch

Natürlich sind die Magnetkraft von Sternen und die Experimente von Wissenschaftlern interessant, aber die meisten Anwender möchten wissen, welcher Magnet für die Lösung konkreter Anwendungsprobleme am stärksten ist. Dazu müssen Sie die Stärke des Magnetfelds vergleichen verschiedene Arten Magnete:

1) Ferritmagnete– 0,1..0,2 T.

2) Alnico- und Samarium-Magnete– 0,4..0,5 T.

3) Neodym-Magnete– bis zu 2 Tesla (im zusammengeklappten Zustand zu einer Habalt-Struktur).

Der stärkste Magnet ist also Seltenerd-Supermagnet, kleiner starker Magnet, dessen Hauptbestandteile Neodym, Eisen und Bor sind. Die Stärke seines Feldes ist vergleichbar mit der Leistung von Elektromagneten mit Ferritkern. Die Neodym-basierte Magnetlegierung zeichnet sich durch eine unübertroffene Leistung in den folgenden wichtigen Parametern aus:

1) Zwangsgewalt. Diese Eigenschaft ermöglicht den Einsatz des Materials in Bereichen, die externen Magnetfeldern ausgesetzt sind.

2) Ausbruchskraft. Dank der maximalen Magnetkraft ist es möglich, die Produktgröße zu reduzieren und gleichzeitig eine hohe Haftkraft beizubehalten.

3) Restmagnetische Induktion. Eine hohe Restmagnetisierung sorgt für eine sehr wichtige Eigenschaft eines Neodym-Magneten – die Dauer der Beibehaltung magnetischer Eigenschaften. Im Wesentlichen verliert die Magnetlegierung Neodym-Eisen-Bor im Laufe eines Jahrhunderts nur wenige Prozent ihrer Stärke und ist ein ewiger Magnet.

Um das starke Magnetfeld eines Neodym-basierten Seltenerd-Supermagneten aufrechtzuerhalten, sollten Sie sich seiner Schwachstellen bewusst sein. Das Material weist daher insbesondere eine Pulverstruktur auf starke Schläge und Stürze können zum Verlust seiner Eigenschaften führen. Außerdem wird die Legierung beim Erhitzen auf +70 ⁰ C entmagnetisiert (hitzebeständige Versionen der Legierungen halten bis zu +200 ⁰ C aus). Berücksichtigen Sie einfach diese Eigenschaften und dann werden Ihnen die Produkte möglichst lange Freude bereiten.