Gravitácia

Zem ako magnet

Prečo strelka kompasu ukazuje na sever? Zem je obrovským magnetom, ktorého celý povrch pokrýva magnetické pole. Tyčový magnet zavesený na niti sa ustáli tak, že jedným koncom smeruje k severnému a druhým koncom k južnému pólu. Podobne sa spáva v blízkosti iného tyčového magnetu či cievky, ktorou preteká elektrický prúd. Magnetické póly sa nachádzajú v blízkosti severného a južného pólu. Zmagnetizované predmety, ako je strelka kompasu, sú priťahované k týmto pólom, preto jeden koniec magnetickej strelky ukazuje vždy na sever.

Severný magnetický pól sa nachádza v severnej Kanade, stovky kilometrov od geografického pólu. V oblasti magnetického pólu sa vôbec nedá orientovať podľa kompasu – strelka ukazuje, ako chce.

Pôvod zemského magnetického poľa

Tekutá vrstva vonkajšieho jadra umožňuje, aby sa pri otáčaní Zeme okolo osi plášť a kôra otáčali rýchlejšie ako vnútorné jadro. Elektróny jadra sa preto vo vzťahu k plášťu a kôre relatívne pohybujú, vytvárajú akési prírodné dynamo, ktoré produkuje magnetické pole. Podobné pole vyvoláva elektrická cievka.

Magnetické pole vnútri Zeme predstavuje asi 90% poľa nameraného na zemskom povrchu. Zvyšok pripadá na prúd nabitých častíc pochádzajúcich zo Slnka a na magnetizmus hornín zemskej kôry. Nepravidelnosti magnetického poľa na zemskom povrchu závisia od malých vírov v tekutej časti jadra – premiestňovaním vírov vzniká dlhodobé kolísanie geomagnetického poľa, čo na daných miestach postupne mení smer magnetického severu.

Magnetická os Zeme je od zemskej geografickej osi odklonená asi o 11o a magnetické póly nie sú totožné s geografickým severným a južným pólom. Uhol odklonu oboch osí sa ustavične mení, ale dlhší čas – desiatky tisícov rokov – je ich priemerná vzájomná poloha prakticky rovnaká.

Strelka kompasu sa odchyľuje od severného a južného geografického pólu a táto odchýlka sa volá deklinácia. Je to uhol medzi smerom strelky kompasu a geografickým severom, ktorý sa musí brať do úvahy napríklad pri navigácií lodí. Na rozličných miestach Zeme je rôzna, aj keď to nie sú veľké rozdiely. Malé zmeny v magnetizme sú pravdepodobne vyvolané malými prúdmi a vírmi vo vonkajšom jadre, ktoré vznikajú pri styku jadra s plášťom. Aj veľké telesá magnetických hornín a rúd v kôre spôsobujú zmenu magnetického poľa. Ovplyvňujú ho tiež elektricky nabité častice zo Slnka. Prúdia vo vrchnej atmosfére a spôsobujú malé kolísanie magnetického poľa pri Zemskom povrchu. Niektoré kolísania sú pravidelné .

Magnetický a elektronický prieskum

Rudy a horniny bohaté na magnetické minerály majú silné magnetické pole, čo využívajú geológovia pri hľadaní rudných ložísk (magnetometre). Iná metóda prieskumu využíva prirodzené elektrické prúdy, ktoré medzi povrchom a rudným telesom vyvolala presakujúca podzemná voda (geoelektrický výskum).

Magnetometre sa používajú pri vyhľadávaní rúd a na zistenie odchýlok v zemskom magnetickom poli, ktoré sú vyvolané: regionálnym magnetizmom okolitých hornín, magnetizmom pozadia spôsobeným povrchovou vrstvou, hlboko uloženými rudnými telesami, plytko uloženými rudnými telesami.

Geoelektrický výskum rúd využíva podzemné prúdy, ktoré okrem iného závisia od magnetického poľa a sú ovplyvňované rudnými telesami. Dve elektródy umiestnené v zemi sú zapojené na milivoltmeter, ktorý ukazuje hodnotu napätia. Odchýlky môžu signalizovať prítomnosť rúd.

Kotrmelce magnetického poľa

Iba v posledných desaťročiach sme sa dozvedeli, že zemské magnetické pole v priebehu dejín Zeme urobilo niekoľkokrát skutočný kotrmelec a úplne sa prepólovalo.
Sťahovavé vtáky na nesprávnych trasách, narušené rádiové spojenie, rad omylov v navigácii a červenou a zelenou farbou svietiaca nočná obloha – také by boli následky, keby sa dnes zopakoval záhadný jav, ku ktorému došlo pred 780-tisíc rokmi. Vtedy akoby sa magnetický svet postavil na hlavu. Magnetické pole Zeme sa otočilo o 180 stupňov a Zem sa prepólovala. V geologickej minulosti sa magnetické pole Zeme obracalo častejšie – a z hľadiska geologickej časomiery sa to dialo v prekvapujúco krátkom časovom úseku. Geofyzikom sa doteraz nepodarilo presne zistiť, prečo a kedy nastáva táto zmena.Pamäť zemskej kôry

Štúdium magnetického poľa v geologickej minulosti sa nazýva paleomagnetizmus a vychádza z faktu, že horniny získavajú magnetizmus v čase vzniku, prípadne pri opätovnom roztavení a stuhnutí. Zahrievané horniny strácajú magnetizmus (podobne ako zahrievaný tyčový magnet), tuhnúce ho nadobúdajú pôsobením zemského poľa. Táto prirodzená remanentná (zvyšková) magnetizácia je orientovaná rovnobežne so zemským poľom. Horniny si ju zachovávajú a poskytujú tak cenné informácie pri štúdiu geologickej minulosti. Technika paleomagnetického výskumu spočíva v tom, že sa odoberie vzorka horniny orientovaná na dnešný severný pól a zmeria sa jej prirodzený remanentný magnetizmus.

Získajú sa tak paleomagnetické súradnice vzorky, pomocou ktorých sa určí pôvodná poloha, v akej sa hornina nachádzala v čase, keď bola zmagnetizovaná. Magnetické súradnice vyjadrené v magnetických šírkach sú podobné zemepisným šírkam (pól je však magnetický, nie rotačný). Získané poznatky ukazujú, že magnetické póly neboli vždy tam, kde sú dnes, že v geologickej minulosti putovali a menili polohu.

Geomagnetické epochy

Zatiaľ posledné úplné prepólovanie magnetického poľa Zeme na súčasnú „normálnu“ polaritu nastalo asi pred 780-tisíc rokmi. Predtým mali magnetické póly takmer 1,7 milióna rokov oproti dnešnému stavu opačnú polohu. Takéto dlhotrvajúce obdobia s jednotnou polaritou sa označujú ako epochy a sú pomenované podľa slávnych bádateľov zaoberajúcich sa zemským magnetizmom. Súčasná epocha dostala pomenovanie podľa francúzskeho fyzika Bernarda Brunhesa, ktorý v roku 1906 narazil vo Francúzskom stredohorí na lávové prúdy s opačnou polaritou. Aj v rámci týchto epoch sa magnetické pole z času na čas na niekoľko tisícročí obráti. Takéto relatívne krátkodobé javy, ako napríklad zmena pred 910- až 980-tisíc rokmi, sa pomenúvajú podľa miesta, kde boli objavené.

Brunhesov objav vyvolal veľkú pozornosť, ale veda ho prakticky využila až o vyše pol storočia neskôr, v šesťdesiatych rokoch. Medzitým boli objavené ďalšie príklady prepólovania, pri ktorých vedci zistili čas ich vzniku, a tak zostavili časovú stupnicu polarity, ktorú možno využiť pri určovaní veku hornín. S väčšou istotou sa teraz dajú k jednotlivým obdobiam dejín Zeme priradiť najmä tie horniny, ktoré neobsahujú žiadne skameneliny.

Najlepšie výsledky dosiahli vedci využitím tejto metódy pri výskume čadičových hornín oceánskeho dna pozdĺž oceánskych horských chrbtov. Vrstvy hornín s normálnou a opačnou polaritou tam tvoria nápadný, zrkadlovo usporiadaný vzor, pripomínajúci pruhovanie zebry, ktorý je jednoznačným dôkazom rozširovania dna oceánu v dôsledku protismerného kĺzavého pohybu platní.

Prepólovanie

Stupnica polarity ukazuje, že smer magnetického poľa Zeme zostával rovnaký väčšinou niekoľko stotisíc až niekoľko miliónov rokov, potom však nastalo prepólovanie, ktorého rýchlosť bolo – pri porovnaní s rýchlosťou mnohých iných geologických procesov – obrovská. Aj v rámci jednej epochy dochádza ku krátkodobým výchylkám magnetického poľa na niekoľko tisícročí, pričom úplné prepólovanie nemusí nastať.

Úplné prepólovanie však môže nastať aj v rekordnom čase. Podrobný výskum čadičových vzoriek starých približne šestnásť miliónov rokov ukázal, že vtedy sa pól posunul o niekoľko stupňov za deň.

Prepólovanie teda trvalo len niekoľko týždňov až mesiacov.

Magnetické póly podobne ako sťahovavé vtáky pri svojich putovaniach zjavne uprednostňujú určité trasy: napríklad severo-južný smer cez Ameriku. Pred putovaním a počas neho sa magnetické pole vždy oslabí, ba občas nastane úplný chaos, akoby súčasne existovalo viacero severných alebo južných pólov. Tento chaos môže trvať niekoľko tisícročí, kým sa magnetické pole Zeme opäť stabilizuje.

Aj v súčasnosti sa sila magnetického poľa postupne zmenšuje...Mesiac

Druhým najjasnejším telesom na oblohe je Mesiac, náš najbližší stály vesmírny sused. Je k nám 15 000 ráz bližšie ako naša najbližšia planéta Venuša v čase jej najväčšieho priblíženia k Zemi. Zem je najbližšou planétou Slnka, ktorá sa okolo neho nepohybuje sama. Sprevádza ju síce iba jeden mesiac, zato rozmerom patriaci k tým väčším mesiacom slnečnej sústavy. V najbližšom bode dráhy k Zemi je 362 400 km, v najvzdialenejšom bode 406 686 km vzdialený. Zo stáročných meraní polohy Mesiaca voči hviezdam poznáme jeho obežnú dobu okolo Zeme s presnosťou na 12 platných číslic. Nazývame ju siderickým mesiacom, ktorého dĺžka je 27 dní 7 hodín 43 minút 11,51 sekundy.

Stredný priemer Mesiaca je 3476 km, teda o niečo ako štvrtina Zeme. Hmotnosť Mesiaca je 7,35.1022 kg (73,5 triliónov ton). Gravitačné zrýchlenie na mesačnom povrchu, 1,62 m/s2, je zhruba šestina zemskej gravitácie. Úniková rýchlosť z povrchu Mesiaca je iba 2,4 km/s, čo z nášho suseda robí veľmi perspektívnu stanicu na stavbu a vypúšťanie ťažkých kozmických lodí.

Mesiac na rozdiel od Zeme nemá ani magnetické pole, ani atmosféru. Voľným okom vidíme na povrchu Mesiaca iba tmavšie a svetlejšie miesta. Už zaujímavejšie to vyzerá v neveľkom ďalekohľade. Nenájdeme však na ňom moria, oceány, bažiny a zálivy. Názvy mesačných útvarov vznikli v čase, keď Galilei v roku 1609 zamieril svoj ďalekohľad na Mesiac a rozpoznal na ňom, ako sa domieval, moria a horstvá.

V súčasnosti vieme o mesačnom povrchu viac ako o povrchu ktorejkoľvek planéty okrem Zeme. Veľkými ďalekohľadmi rozoznáme na ňom útvary väčšie ako 200 m, ohmatávame ho radarmi a lasermi. Obletelo ho a pristalo na jeho povrchu viacero kozmických sond a lodí. Pristáli na ňom dokonca i ľudia. Tmavšie miesta na povrchu Mesiaca nazývame moria. Sú to rozsiahle hladké plochy stuhnutej lávy, ktoré vznikli asi pred 3 miliardami rokov. Sú posiate nespočetným množstvom drobných kráterov, s priemerom od niekoľkých centimetrov do kilometrov, pozostatkov po dopade meteroidov. Veľké moria sú ohraničené kruhovým valom. Najväčšie more, Mare Imbrium (More dažďov), má priemer 1 100 km. Prevažná väčšina morí sa nachádza na severnej pologuli Mesiaca. Už v malom ďalekohlade uvidíme na mesačnom povrchu malé krátery, priehlbiny kruhového tvaru. Najväčší z nich, Clavius, má v priemere 233 kilometrov a hĺbku okolo 3 600 metrov.

Mesiac je z hľadiska geologického vývoja mŕtvym telesom. Nemá tekuté jadro ani tektonickú činnosť.