Varijacije magnetskog polja Zemlje

Elementi magnetskog polja Zemlje mogu se meriti odgovarajućim elementima na svakoj tački Zemljine površi. Takva merenja, koja su vršena na različitim tačkama u dugom nizu godina, pokazuju da se vektor magnetskog polja menja. Promene koje su konstatovane, manje ili više prirodnog karaktera, su nepravilne i različite jačine.

Analize promena Zemljinog magnetskog polja u dužem vremenskom periodu pokazuju da egzistira jedan postojan, nepromenljiv deo, na koji se superponuju različite promene geomagnetnog polja sa periodom od oko 11 godina. Postojani deo tog polja je glavno magnetsko polje Zemlje, dok je drugi deo izazvan promenljivim poljima različitih amplituda, faza i perioda.

Ukupno polje za posmatrani vremenski period najpribližnije se prikazuje relacijom:

$T_{t}=T+\sum _{i=1}^{\infty }\delta T_{i}sin({\frac {2\pi }{S_{i}}}+\phi _{i})$

gde je:

$T$ - glavno magnetsko polje Zemlje,
$\delta T_{i}$ - amplituda i-tog harmonika promenljivog polja,
$S_{i}$ - perioda i-tog harmonika,
$\phi _{i}$ - faza i-tog harmonika,
$t$ - vreme.

Glavno magnetsko polje Zemlje je zbir dva polja homogeno namagnetisane Zemlje (dipolno polje) i polja izazvanog nehomogenostima u dubljim delovima Zemlje (nedipolno polje ili polje kontinenata). Promenljivi deo magnetskog polja potiče od uzročnika u dubljim i gornjim slojevima Zemljine kore kao i polja nastalog usled Sunčeve aktivnosti, zračenja, magnetskog polja Sunca, Sunčevog vetra i slično. Zapaženo je da su amplitude promenljivih polja znatno manje od intenziteta glavnog magnetskog polja, a periode su od nekoliko godina do desetih delova sekunde.

Ako se u različitim tačkama na Zemljinoj površi posmatraju amplitude, frekventne karakteristike i morfologija varijacija magnetskog polja Zemlje, uočavaju se odstupanja. Zbog toga su utvrđeni kriterijumi klasifikacije varijacija geomagnetnog polja. Sledeća klasifikacija izvršena je u vremenskom domenu:

Klasifikacija geomagnetskih varijacija

Tip varijacija	Simbol	Perioda	Amplituda
Sunčeva ciklična varijacija		11 godina	20 nT
Godišnja varijacija		1 godina	5 nT
Polugodišnja sezonska varijacija		6 meseci	5 nT
Redovna dnevna varijacija	SR	1 dan
Mirni dani	Sq	1 dan	30-60 nT
Poremećeni dani	Sd	1 dan	10-20 nT
Lunarna (Mesečeva) varijacija	LR	1 dan	1-5 nT
Iznenadni (nagli) početak	SSC	2-5 minuta	10-100 nT
Efekat Sunčevih hronosferskih erupcija	sfc	10-20 minuta	10 nT
Pulzacije	p	0.2-600 sekundi	10 nT

Takođe, postoje predlozi da se magnetski poremećaji dele prema prostornom rasporedu pojavljivanja. U tom slučaju se razlikuju:

• poremećaji koji se javljaju istovremeno na celoj površi Zemlje. Nazivaju se sinfazni;
• poremećaji koji su ograničeni na određenu oblast prostiranja - lokalni;
• poremećaji koji se opažaju neprekidno i shodno tome se označavaju kao permanentni.

Prema ovoj klasifikaciji, Zemlja se može podeliti na pojaseve u kojima se najčešće pojavljuje jedna od izdvojenih grupa varijacija. Tako, u pojasu od 45° N do 45° S magnetne paralele, karakteristična je pojava sinfaznih poremećaja. Pojasevi od 45°–70° N i 45°–70° S magnetne širine karakterišu se lokalnim poremećajima, dok su pojasevi od 70°–90° severne i južne magnetne širine pojasevi polarnih kapa.

Pored ovih, koristi se i klasifikacija prema mogućim fizičkim mehanizmima koji uslovljavaju razvoj poremećaja. Na osnovu ovih parametara, razlikuju se:

• magnetni poremećaji izazvani neposrednim dejstvom Sunčevih korpuskularnih tokova;
• magnetni poremećaji vezani za razvoj kružnih strujnih tokova unutar magnetosfere;
• magnetni poremećaji čije amplitude dostižu maksimalne vrednosti u polarnoj zoni (polarni magnetni poremećaji);
• magnetni poremećaji koji se pojavljuju u zoni polarne kape.

Izvori ovih poremećaja su jonosferski strujni tokovi.

Vekovne (sekularne) varijacije

Sistematska merenja na magnetskim opservatorijama i merenja na površi Zemlje, koja se izvode u cilju poznavanja karaktera geomagnetskog polja, izvode se nekoliko vekova. Ova ispitivanja pokazala su da magnetsko polje Zemlje u toku dugog vremenskog perioda sadrži jedan postojan deo - glavno magnetsko polje, na koje se superponuju manje varijacije razlilitih amplituda i perioda. Spore vremenske promene magnetskog polja Zemlje, koje traju nekoliko decenija i više, imajući isti znak i smer, označavaju se kao sekularne (vekovne) varijacije.

Pretpostavlja se da kriva sekularnih varijacija ima periodični karakter. Veličinu periode nije moguće odrediti samo na osnovu dosadašnjih ponovljenih merenja na opservatorijama, koja su vršena tokom više vekova. Zbog toga se nova saznanja o periodičnosti vekovnih varijacija očekuju od rezultata arheomagnetskih ispitivanja.

Dnevne varijacije

Periodična promena registrovane komponente geomagnetskog polja, sa periodom jednakim dužini trajanja Sunčevog dana, naziva se redovna dnevna varijacija S_R (ova varijacija se označava i kao Sunčeva dnevna varijacija). Amplitude redovne dnevne varijacije dostižu maksimalne vrednosti u vreme letnjeg solsticijuma (oko 60 nT), a minimalne vrednosti u vreme zimskog solsticijuma (oko 20 nT) na opservatorijama srednjih geografskih širina.

Upoređivanjem podataka o aktivnosti magnetskog polja Zemlje registrovanih u toku dužeg perioda (više nedelja ili mesec dana) generalno se zapaža izražena tendencija ponavljanja karaktera promene veličine registrovanog elementa. U zavisnosti od pravilnosti dnevnih promena, razlikuju se dani se postupnim (pravilnim) promenama, koji se nazivaju mirni dani, dok se u slučaju više ili manje poremećenih promena ti dani nazivaju nemirni (poremećeni) ili aktivni dani.

Dnevne varijacije mogu da se klasifikuju i označavaju kao S_q i S_d. S_q je redovna dnevna varijacija mirnih dana iskazana serijom srednje časovnih vrednosti registrovanih elemenata za pet magnetski mirnih dana, dok je S_d oznaka za poremećenu dnevnu varijaciju, takođe izražena srednje časovnim vrednostima geomagnetnog polja, ali za pet magnetski poremećenih dana.

Zbog različitog izgleda varijacija registrovanih na različitim geomagnetskim opservatorijama i u različito doba godine, uvedene su metode klasifikacije varijacija i načini obrade. Svaka geomagnetska opservatorija objavljuje srednje časovne vrednosti svakog elementa. Pri tome neke opservatorije daju časovne vrednosti prema lokalnom ili griničkom vremenu, ili za sredinu između dva sata. Na osnovu srednjih časovnih vrednosti, na odgovarajući način se sračunavaju srednje mesečne i srednje godišnje vrednosti.

Analiza dnevnih varijacija pokazuje da se, ako se izuzmu geomagnetske opservatorije u području polarne oblasti i periodi velike magnetske aktivnosti, zapaža da srednja dnevna varijacija ne odstupa mnogo od dnevne varijacije S_q, sračunate na osnovu varijacije registrovanih za vreme magnetski mirnih dana. U slučaju kada se S računa kao srednja dnevna varijacija iz registrovanih podataka za vreme pet nemirnih dana u mesecu, neće se bitno razlikovati od S_d varijacije. Ova sličnost ukazuje da se prosečan ili poremećeni dan razlikuje od magnetski mirnog dana samo po nepravilnostima varijacija koje se ne zapažaju posmatranjem srednje varijacije iz više dana.

Dnevne varijacije registrovane na različitim geomagnetskim opservatorijama uglavnom zavise od lokalnog vremena i geografske širine, a ne od geografske dužine. To znači da se na geomagnetskim opservatorijama istih geografskih širina dnevne varijacije razlikuju samo po fazi zavisno od lokalnog vremena, odnosno od položaja Sunca u odnosu na lokalni meridijan. S obzirom na ovo svojstvo dnevnih varijacija, logično je da će se karakter dnevnih varijacija određene komponente razlikovati na južnoj i severnoj hemisferi. Ovo nije slučaj sa dnevnim varijacijama X komponente čiji je karakter grubo sličan na obe hemisfere, dok karakter dnevne varijacije Y, Z komponente i inklinacije daje utisak onosa predmeta i lika u ogledalu.