أصل المجال المغناطيسي الأرضي

لا يوجد ما هو أكثر غموضا من مجال الارض المغناطيسي, حتى البرت أينشتين اعتبره من أكثر الألغاز غموضا في الفيزياء.

قبل أكثر من 1000 سنه اكتشف الصينيون انه اذا وضعنا شظيه رفيعه من حجر ما في وعاء يطفو على سطح الماء فأنه سيتغير اتجاه هذه الشظيه و دائما ما تتموضع باتجاه معين, سمي هذا الحجر فيما بعد المغناطيس و من هذا الاكتشاف اخترعت البوصله, في عام 1600 نشر William Gilbert بحثا بعنوان De Magnete, معتمدا على قياساته للمجال المغناطيسي الارضي حول الكره الارضيه و بين فيه ان الكره الارضيه مثل المغناطيس الكبير عوضا عن الفكره التي كانت سائده في ذلك الزمان ا=أن المجال المغناطيسي الارضي يسببه شيء خارج الارض و في عام 1838 اثبت غاوس ان مصدر المجال المغناطيسي الارضي يقع اما في مركز الارض او بالقرب منه

تتصرف الارض كمغناطيس عملاق يمتد حتى الفضاء الخارجي حولها حاميا الارض من الجسيمات المشحونه القادمه من الفضاء الخارجي او الرياح الشمسية و لكن هذا المجال المغناطيسي غير منتظم و غير ثابت بالقيمه و بالاتجاه , و السبب ان الارض من الداخل هي حارة بما يكفي ليتشكل المغناطيس (درجه الحراره التي تفقد الماده عندها خصائصا المغناطيسيه تسمى درجه كوري) لذلك يجب ان يتم تزويد المغناطيس الارضي بالطاقه بشكل مستمر و إلا ستفقد الارض مغناطيسيتها و ستصبح عرضة للرياح الشمسيه, لذلك يجب ان يوجد هذا المصدر للطاقه بالقرب من مركز الأرض حيث مسبب المجال المغناطيسي.

في عام 1919 اقترح Larmor أن المجال المغناطيسي الشمسي يمكن ان يبقى مستمرا على طول الزمن بسبب عمليه ميكانيكيه تشمل مولدا ذاتيا للمجال. Elsasserو Bullard تبنو الفكره و طبقوها على المجال المغناطيسي الأرضي حيث ان المجال المغناطيسي الارضي ينتج من مولد ذاتي موجود في لب الارض السائل.

يعمل هذا المولد ايضا على تضخيم المجال المغناطيسي, و منذ عام 1939 اعتقد ان المجال المغناطيسي الارضي ينشأ بسبب تيارات الحمل الموجوده في لي الأرض السائل حيث ان هذا السائل بطبيعته موصل للتيار الكهربائي.

إن فكره تيارات الحمل و التي تتفاعل مع قوى كوروليوس الناتجه من دوران الارض حول نفسها تعمل كمولد و مضخم للمجال المغناطيسي, تبدو الفكره منطقيه للان حيث انها تفسر وجود المجال المغناطيسي الارضي, و لكن هل تيارات الحمل هذه ستستمر بالحركه! و توليد المجال المغناطيسي.

ابسط مفهوم لتيارات الحمل حسب Chandrasekhar: تنشا تيارا ت الحمل عندما يتم تسخين طبقه رقيقه من السائل من الاسفل بوجود تدرج بدرجات الحراره او فرق بدرجات الحراره بين هذه الطبقه و الطبقه التي تليها حيث تصبح هذه الطبقه اقل كثافتة من الطبقات التي فوقها و تصعد الى اعلى فوق جميع الطبقات الى ان تاتي طبقه اخرى تكون اقل كثافة منها. يميل المائع الى ان يعيد ترتيب نفسه ليقلل من الاختلافات الحراريه بين اعلى طبقه و ادنى طبقه و عليه تنشأ تيارات الحمل لتعيد توزيع الحراره في داخل المائع .

ظهر الدراسات ان مجال الارض المغناطيسي موجود منذ 3.5 بليون سنه و هو مستقر لفترة طويلة من الزمن اذا تجاهلنا الانعكاسات و عكس الاقطاب التي تحدث فيه, و عليه فإن المائع الارضي الذي ينشيء المجال المغناطيسي بسبب تيارات الحمل الناتجه فيه يجب ان يكون مستقرا و ثابتا على الاقل لفترات زمنيه طويلة و يجب ان تبقى تيارات الحمل التي تنشأ في لب الارض السائل ثابتة القيمة و الاتجاه!.
الان يظهر السؤال المهم: هل يمكن ان تبقى فعلا تيارات الحمل هذه مستقره و ثابته بما فيه الكفايه لفترات زمنيه طويله تمكننا من تاريخها باصخور الموجوده في قعر المحيط؟ و هو السؤال الذي طرحه J. Marvin Herndon (هو المؤلف الاصلي للموضوع ايضا )
لينتج تيارات حمل في لب الارض السائل لفترات زمنيه طويله و تكون هذه التيارات مستقره فانه يلزم وجود تدرج ثابت و مستقر بدرجات الحراره بين اعلى اللب السائل و ادناه , لذلك جب ايجاد طريقه لنكي نبقي على الفرق في درجات الحراره بين اعلى و اسفل اللب السائل في الارض و هنا تكمن المشكله!

ان قلب الارض السائل مغلف ببطانه عازله للحراره هي الستار الصخري حيث سمكه تقريبا 2900 كم وهو سيء التوصيل للحراره و سعته الحراريه قليله, لذلك فان كميه الحراره التي ينقلها اللب السائل بواسطه تيارات الحمل الى الجزء الاسفل من الستار لن يتم تبديدها بفعاليه في الغلاف الصخري و اذا فان تيارات الحمل سوف لن تكون مستقره نهائيا و لن تدوم لفترات طويله لكي تنتج مجالا مغناطيسيا ارضيا مستقرا لفترات طويله. لحل المشكله فرض J. Marvin Herndon في عام 1993 وجود طبقه من المائع السائل في لب الارض الداخلي يجعل عمليه التبادل الحراري مستمره لفترات طويله من الزمن معتمدا على فكره كان قد طرحها من قبل تقول بوجود مفاعل نووي ارضي GeoReactor يعمل على توليد الحراره في لب الارض و يعمل هذه المفاعل كمزود للطاقه للنظام المغناطيسي الارضي او للالية التي يتولد بها المجال المغناطيسي الارضي.
في عام 1996 نشر J. Marvin Herndon بحثا في المجله العلمية الامريكيه يصف فيه ان المفاعل النووي الارضي يتكون من قلب من اليورانيوم محاطا بغلاف من نواتج الانتشار و بقايا تحلل المواد المشعه

في عام 2007 قدم J. Marvin Herndon دليلا على ان الغلاف المحيط باليورانيوم هو مائع و اعطى تفسيرا جديدا لنشئة المجال المغناطيسي الارضي حيث ان مولد المجال المغناطيسي الارضي يكون بداخل المفاعل النووي الارضي حيث يمكن للحراره المتولده داخل قلب المفاعل الننوي الارضي ان تنتقل الى السائل المحيط به ثم ستصل الى موصل جيد للحراره هو لب الارض السائل حيث تنتقل به الحراره, ان هذه الاليه تضمن وجود تيارات حمل ثابته و مستقره لفترات طويله من الزمن الامر الذي يضمن انتقال الحراره

و ينشأ المجال المغناطيسي الارضي بنفس الاليه الناتجه عن تاثير دوران الارض و قوى كوروليوس

» تأثير المجال المغناطيسي على كوكب الارض
» علاقة الرنين النووي المغناطيسي (NMR) وحقل الكهرمغنطيسي للأرض مع أسياخ النحاس