O Campo Geomagnético e a Variação Secular

O campo magnético principal da Terra é, em primeira ordem, o de um dipolo geocêntrico inclinado, mas desvia-se deste em detalhe e deriva mensuravelmente de ano para ano numa mudança lenta chamada variação secular.

Definition

O campo geomagnético é o campo magnético observado na e acima da superfície da Terra, dominado por um dipolo geocêntrico interno e descrito matematicamente por uma expansão harmónica esférica, cujas lentas mudanças temporais de origem interna constituem a variação secular.

Scope

Este tópico abrange a descrição e a evolução temporal do campo magnético principal da Terra: a sua representação por um potencial harmónico esférico dominado por um dipolo geocêntrico, os elementos do campo (declinação, inclinação, intensidade) e modelos de referência como o International Geomagnetic Reference Field. Trata da variação secular, incluindo a deriva para oeste e os "geomagnetic jerks", e a separação de fontes de campo internas e externas. A ênfase é no campo presente e nas suas mudanças decenais, em vez do seu registo em tempos profundos.

Core questions

• Como o campo principal é descrito por um dipolo geocêntrico e harmónicos esféricos?
• Quais são os elementos do campo e como são mapeados em modelos de referência?
• O que é a variação secular e quão rápido o campo muda?
• Como as contribuições internas e externas para o campo são separadas?

Key concepts

• Dipolo axial geocêntrico e campo não-dipolar
• Elementos do campo: declinação, inclinação, intensidade
• Representação harmónica esférica (Gauss)
• Variação secular, deriva para oeste e "geomagnetic jerks"
• International Geomagnetic Reference Field

Key theories

Representação harmónica esférica do campo

Gauss demonstrou que um campo magnético livre de fontes pode ser escrito como o gradiente de um potencial expandido em harmónicos esféricos, permitindo que o campo principal seja separado em um dipolo dominante, termos não-dipolares e contribuições de origem interna versus externa.

Variação secular a partir do fluxo do núcleo

A lenta deriva do campo, incluindo o seu movimento para oeste e os "jerks" abruptos, reflete a mudança do fluxo de fluido no topo do núcleo líquido, proporcionando uma janela de superfície para a dinâmica do núcleo em escalas de tempo decenais.

Mechanisms

O campo principal tem origem em correntes elétricas no núcleo líquido; na e acima da superfície é livre de corrente e, portanto, derivável de um potencial escalar, cujos coeficientes harmónicos esféricos mudam lentamente à medida que o fluxo subjacente do núcleo evolui, produzindo a variação secular medida, enquanto as fontes crustais e externas (ionosféricas e magnetosféricas) adicionam contribuições de comprimento de onda mais curto e mais rápidas.

Clinical relevance

Modelos precisos do campo e da sua variação secular são essenciais para a navegação por bússola magnética, perfuração direcional, operações de satélites e naves espaciais, e como uma referência continuamente atualizada para levantamentos magnéticos.

History

Halley mapeou a declinação sobre o Atlântico por volta de 1700, Gauss na década de 1830 introduziu a análise harmónica esférica e separou pela primeira vez as fontes internas das externas, e o moderno International Geomagnetic Reference Field, agora informado por missões de satélite, fornece modelos globais regularmente atualizados do campo e da sua variação.

Key figures

• Carl Friedrich Gauss
• Edmond Halley
• George Backus

Seminal works

• backus1996
• merrill1996
• alken2021

Frequently asked questions

Por que uma bússola não aponta para o norte verdadeiro?

Uma bússola alinha-se com o campo magnético horizontal local, cuja direção (declinação) difere do norte geográfico porque o campo geomagnético não é um dipolo axial perfeito e varia de lugar para lugar; os modelos de campo de referência fornecem a declinação necessária para corrigir uma bússola.

O que é variação secular?

A variação secular é a mudança lenta, de ano para ano, no campo magnético principal da Terra, como a deriva de características magnéticas e o enfraquecimento gradual do dipolo, impulsionada pela evolução do movimento do fluido no núcleo externo líquido.