De Verborgen Attractie van de Aarde. De Verborgen Attractie van de Aarde. De Verborgen Attractie van de Aarde. De Verborgen Attractie van de Aarde

Transcriptie

1 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 De Verborgen Attractie van de Aarde Docent: Cor Langereis Oratie, January : 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

2 Deelnemers aan de cursus 2015 (16) 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: (click op Teaching) 1- Magnetisme en Aardmagneetveld Wat is magnetisme: de basis - 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 c (wiki) - Magnetische permeabiliteit (wiki) - Magnetisatie M (wiki) - Magnetische dipool (wiki) Magnetische monopool? 2

3 Magnetisch veld H Magnetisch moment m (dipool) H = i / l = i / 2 r [A/m] m = i O = i r 2 [Am 2 ] Tauxe, 2005 m = n i O = n i r 2 [Am 2 ] Tauxe, 2005 Magnetisch moment van een tram Magnetic background noise ( ) Fort Hoofddijk Another Uithof building nacht nacht nacht nacht Bovenleiding: 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

4 Magnetische inductie B Magnetische inductie B B magnet = ~ 0.1 T B electromagnet = ~2 T Link: Magnificent Magnets Pulsed magnets: Tesla MRI scan = 3 7 Tesla Magnetische inductie B Magnetostatische Energie Chinese compass, Han Dynasty B Earth = T Tauxe, 2005 Magnetisatie M Eenheid als veldsterkte H [A/m] Geschiedenis van magnetisme Ofwel: magnetisch moment m [Am 2 ] per volume V [m 3 ] Remanente magnetisatie: M r Induced magnetization: M i = c H Totale magnetisatie (bv. in gesteente) M tot = M i + M r 4

5 Magnetische declinatie in China Petrus Peregrinus 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 - kompas De verborgen attractie Vroegste kompassen - calamita (it), kala os (gr) or qaramît (ar): drijvende naald - lodestone (loadstone), leiderstein, leidarsteinn, segelstein, zeilsteen - adamas (lat): adamant & aimant 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 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

6 Wat is een magneet? zèlf is een Grote Magneet N De Magnete (1600) De Magnete, Magneticisque Corporibus, et de Magno Magnete Tellure (William Gilbert) S De Aarde. Eerst bekende fysische eigenschap van de Aarde (Newton ontdekte zwaartekracht in 1672) Paleomagnetisme 19 e eeuw: Natuurlijke remanente magnetisatie (NRM) Aardmagneetveld geregistreerd in gesteente Rock Music of the Earth Carl Friedrich Gauss (1838) 2 div grad 0 ( Laplace) C r m l m a l 1 m C g m l l ( ) ( 1 l )( ) l cos a m a r Pl (cos ) 0 l 0 m 0 m r l m a l 1 S S m h m l ( ) ( 1 l )( ) l sin a r l a a l 1 m m m ( ) Pl (cos ) gl cosm hl sin m l 0 m 0 r 0 Mathematische beschrijving van het Aardmagneetveld Recente geschiedenis Het externe magneetveld Bernard Brunhes (1906): veldomkeringen Joseph Larmor (1919): dynamo proces 50-er jaren: Bewijs van continental drift 60-er jaren: Geboorte platentektoniek 6

7 De Aarde zelf is een grote magneet (en beschermt het leven op Aarde) Zonnewind & Space Weather Het externe magneetveld is het domein van Space Weather Dagelijkse variatie (zonnewind) 1 of the internal field 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 Poollicht Zonnewind en uitbarstingen (zonnevlam) AMV: afbuiging naar Noordpool en Zuidpool Botsingen met zuurstof/stikstof atomen Energie komt vrij als poollicht (1957) 7

8 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

9 Grootste magnetische stormen Maart Coronal Mass Ejection - Poollicht tot in Texas - Quebec: in 90 seconden 6 miljoen mensen zonder electriciteit Augustus-September Coronal Mass Ejection (plasmawolk) - Poolicht tot in Hawaii, Cuba, Italië - Veld met 1600 nt gereduceerd (~4% van het huidige veld) Het interne magneetveld De Aarde is zèlf een grote magneet et de Magno Magnete Tellure 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) Niet zo simpel: dynamo proces in vloeibare buitenkern Oorsprong van het veld Non-dipoolveld van de Aarde Mantle Convection time scale ~100 Myr Reversal frequency, Superchrons Liquid outer core Convection time scale yr Geodynamo action: Secular variation, excursions, reversals di- quadru- Geomagnetische pool: (90%) best passende dipool Solid inner core Diffusion time scale 3-5 kyr Stabilises geodynamo process octu- Tauxe, 2005 Kuang & Bloxham,

10 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

11 Magnetische observaties: satellieten Verandering in het veld SWARM (European Space Agency) 3 satellieten SWARM (European Space Agency) Huidige veld: declinatie Huidige veld: declinatie Jaarlijkse verandering in declinatie Seculaire Variatie (SV) Borssele, in 1615 gesticht 11

12 Seculaire Variatie: declinatie Seculaire Variatie: inclinatie Seculaire Variatie laatste 3 millennia Polen Geographisch DI ~20 DD ~65 vs. Magnetisch vs. Geomagnetisch ~3000 yr Butler, 1992 Magnetische & geomagnetische polen Noordelijk halfrond Magnetische & geomagnetische polen Zuidelijk halfrond 12

13 NRC Het kan erger... En als het veld omkeert? Daarover later 13

14 14