De Verborgen Attractie van de Aarde De Verborgen Attractie van de
advertisement
De Verborgen Attractie van de Aarde HOVO cursus 3N5 329 Cor Langereis Paleomagnetisch Laboratorium Fort Hoofddijk Department Aardwetenschappen Universiteit Utrecht De Verborgen Attractie van de Aarde De Verborgen Attractie van de Aarde Docent: Cor Langereis De Verborgen Attractie van de Aarde Oratie, January 2000 1979: doktoraal Geofysica 1984: promotie Paleomagnetisme 1995: hoofd Fort Hoofddijk 1999: hoogleraar Paleomagnetisme 2000: oratie met als titel … Beste werkplek in Utrecht Paleomagnetisch Laboratorium Fort Hoofddijk (1963) Beating magnetism into it … Shock-induced Remanent Magnetization Onderdeel Nieuwe Hollandse Waterlinie 1 Deelnemers aan de cursus 2016 (7) De Verborgen Attractie van de Aarde Opzet van de cursus 1 - Magnetisme & Aardmagneetveld 2 – Het Aardmagneetveld in het verleden 3 – Drift der Continenten en Plaattektoniek (4 – toepassingen) 5 – Omkeringen van het Aardmagneetveld (6 - toepassingen) 7 – Gesteentemagnetisme en (paleo)intensiteit van het veld 8 – 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) 1- Magnetisme en Aardmagneetveld Wat is magnetisme: de basis - Wat is magnetisme: de basis - Magnetisch veld H (wiki) - Magnetisch moment m (wiki) - Geschiedenis van magnetisme - Magnetische inductie B (wiki) - Het externe magneetveld - Magnetische susceptibiliteit c (wiki) - Het interne magneetveld - Magnetische permeabiliteit (wiki) - Magnetisatie M (wiki) - Magnetische dipool (wiki) Magnetische monopool ? 2 Magnetisch veld H Magnetisch moment m (dipool) H = i / l = i / 2 r [A/m] m = i O = i r2 [Am2] m = n i O = n i r2 [Am2] Tauxe, 2005 Tauxe, 2005 Magnetisch moment van een tram Magnetic background noise (2012-2013) Fort Hoofddijk nacht Another Uithof building nacht nacht nacht Bovenleiding: 600-750 Volt Afvoer via rails (aarding) Duizenden Ampères stroom vooral bij optrekken en afremmen Stroomkringen klein houden Maxwell sees the Light Magnetische inductie B B= H [Tesla] Nikola Tesla 3 Magnetische inductie B Magnetische inductie B Link: Magnificent Magnets Bmagnet = ~ 0.1 T Pulsed magnets: 94-180 Tesla Belectromagnet = ~2 T MRI scan = 3 – 7 Tesla Magnetische inductie B Magnetostatische Energie Chinese compass, Han Dynasty BEarth = 30-60 T Tauxe, 2005 Magnetisatie M Geschiedenis van magnetisme Eenheid als veldsterkte H [A/m] Ofwel: magnetisch moment m [Am2] per volume V [m3] Remanente magnetisatie: Mr Induced magnetization: Mi = c H Totale magnetisatie (bv. in gesteente) Mtot = Mi + Mr 4 Magnetische declinatie in China Petrus Peregrinus Pierre Pèlerin de Maricourt AKA Compass via Arabs to Europe 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 - kompas De verborgen attractie … Vroegste kompassen Vroegste kompassen en poëzie - calamita (it), kalaos (gr) or - Mazzeo di Rico (1230s) qaramît (ar): drijvende naald - lodestone (loadstone), leiderstein, leidarsteinn, segelstein, zeilsteen - adamas (lat): adamant & aimant “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” Kompas het eerste fysische meetintrument ? Aimant (fr) betekent magneet maar ook geliefde Epistola de Magnete (1269) Navigatie Les premières Oeuvres de Iacques de Vaulx, pilotte en la Marine (Havre de Grace 1583) Petrus ontdekte dipool eigenschappen en schreef het oudst bekende wetenschappelijk artikel Hij construeerde het eerste kompas met opgehangen naald (navigatie!) (National Library, Paris) 5 … zèlf is een Grote Magneet Wat is een magneet ? N De Magnete (1600) De Magnete, Magneticisque Corporibus, et de Magno Magnete Tellure (William Gilbert) S De Aarde …. Paleomagnetisme Eerst bekende fysische eigenschap van de Aarde (Newton ontdekte zwaartekracht in 1672) Carl Friedrich Gauss (1838) 19e eeuw: Natuurlijke remanente magnetisatie (NRM) Aardmagneetveld geregistreerd in gesteente 2 div grad 0 ( Laplace) a 0 C m ( r ) l (1 C m )( a ) l 1 g m cos m l l a r l a m r l Sl ( ) (1 Slm )( ) l 1 hlm sin m a r l Pl m (cos ) l 0 m 0 a 0 l a ( r )l 1 Pl m (cos ) glm cos m hlm sin m l 0 m 0 ‘Rock Music of the Earth’ Mathematische beschrijving van het Aardmagneetveld Recente geschiedenis Bernard Brunhes (1906): veldomkeringen Het externe magneetveld Joseph Larmor (1919): dynamo proces 50-er jaren: Bewijs van continental drift 60-er jaren: Geboorte platentektoniek 6 De Aarde zelf is een grote magneet Zonnewind & ‘Space Weather’ (en beschermt het leven op Aarde) Het externe magneetveld is het domein van Space Weather Dagelijkse variatie (zonnewind) 1‰ of the internal field Poollicht Folklore & Mythologie Bovennatuurlijke krachten, geestenwereld Voorteken van onheil en oorlog Kracht van het ijs op Groenland Reflectie van school haringen Dansende 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 Zuidpool Botsingen met zuurstof/stikstof atomen Energie komt vrij als poollicht (1957) 7 Magnetische stormen Magnetische stormen Prachtig noorderlicht …. Het Aardmagneetveld: heeft invloed op dieren zeeschildpadden, walvissen, vogels & bacteriën maar ook op de mens ? vliegtuigen, satellieten, energie centrales, … Magnetische stormen Magnetische stormen … maar ook grote schade Bijvoorbeeld … Magnetische stormen Gas pijplijn (Finland) Magnetische stormen hebben impact: - op satellieten & vliegtuigen op globale telecommunicatie op pijplijnen … I > 10 Ampere 8 Grootste magnetische stormen Het interne magneetveld 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 De Aarde is zèlf een grote magneet … … et de Magno Magnete Tellure - 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. Het interne magneetveld Het dipoolveld van de Aarde … maar geeft ook een kijkje in de diepe Aarde Simpel: een staaf magneet (dipool) Oorsprong van het veld Niet zo simpel: dynamo proces in vloeibare buitenkern Non-dipoolveld van de Aarde Geomagnetische pool: (90%) best passende dipool Mantle Convection time scale ~100 Myr Reversal frequency, Superchrons di- Liquid outer core quadru- Convection time scale 300-500 yr Geodynamo action: Secular variation, excursions, reversals Solid inner core Diffusion time scale 3-5 kyr Stabilises geodynamo process octu- Tauxe, 2005 Kuang & Bloxham, 1997 9 De elementen van het veld Magnetische Observatoria eclinatie nclinatie Declinatie en inclinatie variëren in plaats en in tijd: Seculaire Variatie Magnetische Observatoria Magnetische Observatoria Wat ongelijk verdeeld … Magnetische observaties: satellieten Magnetische observaties: satellieten Hulot et al., 2002 Verschillende generaties zoals Magsat (1980), Oersted (1999), CHAMP (2000) Laatste generatie: SWARM (European Space Agency) Gelanceerd November 2013 10 Magnetische observaties: satellieten SWARM (European Space Agency) – 3 satellieten Verandering in het veld SWARM (European Space Agency) Huidige veld: declinatie Huidige veld: declinatie Jaarlijkse verandering in declinatie Seculaire Variatie (SV) Borssele, in 1615 gesticht 11 Seculaire Variatie: declinatie Seculaire Variatie laatste 3 millennia Seculaire Variatie: inclinatie Polen Geographisch DI ~20° vs. Magnetisch DD ~65° vs. Geomagnetisch ~3000 yr Butler, 1992 Magnetische & geomagnetische polen Magnetische & geomagnetische polen Noordelijk halfrond Zuidelijk halfrond 12 NRC 19-01-2013 Het kan erger ... En als het veld omkeert … ? Daarover later … 13 14
