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 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: 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
