Магнитные полюса - магнитосфера
По сравнению с магнитными полями, с которыми мы сталкиваемся в
повседневной жизни (сердечники акустических колонок, магнитные импульсы переменного тока в бытовых
приборах, лампы, линии электропередач и др.), магнитное поле Земли относится к разряду
очень слабых полей. Так, к примеру, магнитный элемент защелки книжного шкафа создает магнитное поле напряженностью 5-10
эрстед, в то время как магнитное поле Земли меняется в пределах от 0,3 до 0,7 эрстед от экватора до полюса. Тем не менее
это, так называемое главное геомагнитное, поле, имеющее планетарную природу, существует на 3емле повсеместно. Некоторые
его элементы люди научились измерять еще до открытия самого магнитного поля. Так, первые карты магнитного склонения,
доставлявшего столько бед морякам древности, появились еще в середине XVI века.
Осознание того факта, что магнитные полюса не совпадают с географическими,
расставило все по своим местам и позволило понять, что склонение - это угол между направлением на север и магнитным
меридианом, вдоль которого устанавливается стрелка компаса. Столь же давно измеряется и величина наклонения - угла
между горизонтальной плоскостью и магнитной стрелкой.
Ныне магнитное поле на поверхности нашей планеты изучено достаточно подробно.
Оказалось, что оно отнюдь не постоянно, а непрерывно меняется. Круглый год сотни
магнитных обсерваторий, десятки специальных судов и самолетов, многочисленные отряды магнитологов в самых разных точках
|
|
Модель инверсии геомагнитного поля Земли показывает изменение поля с прямого на обратное, при котором южный и Северный магнитные
полюса меняются местами. Желто-красные линии соответствуют исходящим линиям магнитного поля, сине-голубые - входящим. Это изображение
- компьютерная модель магнитного поля Земли через 31 000 "лет" перед инверсией.
|
земного шара ведут наблюдения за геомагнитным полем. Измеренные его элементы
анализируются, обрабатываются, по ним составляют магнитные карты, с помощью которых и изучают пространственное
распределение магнитного поля.
Выяснилось, что магнитное поле подвержено самым разным изменениям. Некоторые из них являются регулярными и
наблюдаются ежедневно в частности так называемые суточные вариации, для которых характерны циклические колебания
напряженности магнитного поля и магнитного склонения. Не менее хорошо известны и другие вариации - короткопериодические
колебания, продолжительность которых не превышает нескольких минут, а также магнитные бури, чья длительность может
измеряться сутками.
Все эти вариации непосредственным образом связаны с деятельностью Солнца. В
'спокойные магнитные дни' взаимодействие солнечного ветра с ионосферными токами вызывает плавные, регулярные
изменения компонентов магнитного поля с периодом, близким к 24 часам. Магнитные бури,
упомянутые выше, - это нерегулярные спорадические возмущения магнитосферы Земли. Они начинаются в момент, когда
резко изменяется давление солнечного ветра на магнитосферу и она оказывается не в состоянии 'отвести' поток
высокоэнергетических частиц от Земли. В результате они пронизывают ионосферу, нарушая регулярную структуру
околоземных электрических токов.
Магнитные бури бывают разной интенсив-ности и длительности, но, как правило, пол-ное восстановление 'спокойствия' геомаг-
нитного поля происходит через 2-3 суток
после начала бури.
В том случае, если скачок давления (плотность) солнечного ветра не в состоянии 'пробить' магнитосферу, то
искажения магнитных силовых линий носят локальный характер и магнитные возмущения охватывают не
весь земной шар, а лишь какой-то отдельный район. Такие возмущения называют суббурями. Они очень частые 'гости' в северных
районах земного шара. Полярные сиянии также чаще всего связаны с суббурями.
В течение года наблюдается два периода резкого повышения магнитной активности - это периоды весеннего и осеннего
солнцестояния, то есть март и сентябрь. В это время количество магнитных бурь значительно возрастает. Если в
среднем в месяц происходит 1-2 магнитные бури, то в марте и сентябре их число возрастает в несколько раз, причем
осенний пик магнитной активности более энергичный - осенью количество магнитных бурь больше, чем весной,
и может доходить до 7-8 в масяц.
Очень сильное влияние оказывает на частоту возникновения бурь глобальный 11-летний цикл солнечной активности, который во
многом определяет все природные процессы на 3емле. Кстати, 2003-й был - год - максимума
солнечной активности.
Помимо таких кратковременных колебаний магнитного поля существуют и гораздо
более медленные, плавные изменения его параметров, с периодом в несколько сотен
лет. Они связаны с процессами, происходящимиъ внутри 3емли, и названы вековыми
вариациями. Вековые вариации можно уподобить дыханию магнитного поля - в каждой точке земной поверхности
периодически меняется направление магнитного поля, не остается постоянной и величина намагниченности планеты в
целом. История регулярных магнитных наблюдений насчитывает немногим более 100 лет, поэтому сведения о вековых вариациях,
полученные на основе этих измерений, конечно, не могли быть полными. Долгое время казалось, что любые попытки магнитологов
заглянуть в отдаленное прошлое нашей планеты, выяснить, как менялось с течением времени ее магнитное поле, обречены на
провал. Однако сама Природа припасла для людей замечательную подсказку, которая помогла разрешить одну из наиболее
каверзных загадок эволюции 3емли.
В середине XIX века было обнаружено явление термоостаточного намагничивания лав - палеомагнетизм. Постепенно, шаг за
шагом, ученные установили, что носителями древнего геомагнитного поля могут быть горные породы самого разного
происхождения, как магматические, так м осадочные. Оказалось, что излившиеся во время
извержений вулканов в виде лавы горные породы обладают удивительной способностью хранить в себе информацию о магнитном поле
Земли. Породы, разогретые до температуры 500-700њС, по мере остывания приобретают намагниченность, величина и направление
которой соответствуют магнитному полю Земли, действовашему на породу во время охлаждения. Эта намагниченность сохраняется в
течение миллионов лет и, словно магнитофонная лента, доносит до нас свидетельства из отдаленного прошлого планеты.
Определив геологическими методами возраст лавовых образований и 'прочитав' хранящуюся в них палеомагнитную
информацию, можно доподлинно восстановить историю магнитного поля 3емли.
Палеомагнитные исследования выявили неопровержимые свидетельства неоднократных инверсий (обращений полюсов)
геомагнитного поля в прошлые эпохи. Оказалось, что магнитные полюса не раз менялись местами. Благодаря достижениям
физиков, разработавших методы определения абсолютного возраста горных пород, у палеомагнитологов появилась возможность не
только фиксировать главные события в истории геомагнитного поля (прежде всего инверсии), но и определить их длительность
и абсолютное время начала и окончания инверсий - то есть создать шкалу времени (временную шкалу) инверсий геомагнитного
поля. Магнитологи называют такую шкалу магнитохронологической.
Первая подобная шкала была довольно 'куцей' - охватывала период лишь в 3,5
млн. лет и не отличалась большой детальностью. Дело в том, что лавы в большинстве
|
|
Это изображение компьютерная модель спустя 5000 "лет" - переменное магнитное поле в процессе инверсии. После которого наступает
время обратного магнитного поля. Еще через 5000 "лет" инверсия будет закончена.
|
своем извергались только в определенные тектономагматические эпохи, в сравнительно узком временном интервале. А потому
стало ясно, что, исследуя лишь лавы вулканических извержений, 'прочесть' всю историю магнитного поля 3емли не удастся.
Ситуация изменилась радикальным образом, как только начались масштабные исследования
магнитного поля океанов. Первые же непрерывные измерения вдоль линий, пересекающих
Атлантический океан, выявили резкие
отличии в строении магнитного поля океана по сравнению с сушей. Результат оказался поистине сенсационным. Выяснилось,
что вместо сложной формы магнитных
аномалий на суше, которая сильно меняется от района к району, океанические
магнитные
аномалии во всех океанах имеют регулярный, систематический характер.
Магнитное поле Мирового океана представляет собой параллельные полосы с чередующимся направлением намагниченности
горных пород - оно попеременно то совпадает с направлением современного магнитного поля (прямая намагниченность), то
прямо ему противоположно (обратная намагниченность). Эти
аномалии протягиваются на тысячи километров, иногда без всяких
искажений. Например, в
Атлантическом океане они прослеживаются от Исландии до мыса Горн.
Океанические
аномалии имеют большую интенсивность и огромные размеры. Но, пожалуй, наиболее поразительной чертой этих
магнитных полос является их зеркальная симметрии относительно срединно-океанического хребта, то есть любая положительная
или отрицательная
аномалии с одной стороны хребта обязательно имеет своего 'близнеца' - с другой. Причем расположены
аномалии-'близнецы' от оси хребта на одинаковом расстоянии.
Геофизики-магниторазведчики, привыкшие объяснить
аномалии магнитного поля особенностями геологического строения и
вещественного состава горных пород в районе исследований, были в недоумении: привычные, хорошо разработанные для суши
модели и схемы приложительно к океану не 'работали'. Впрочем, объяснения этого феномена не заставили себя ждать -
произошедшая в геологии революция возвела на пьедестал наук о 3емле глобальную тектонику литосферных плит. Она и преподнесла
магнитологам поистине бесценный дар - возможность исследовать историю геомагнитного поля за все время существования
океанов.
Совместными усилиями палеомагнитологов и морских магнитометристов была создана детальнейшая магнитохронологическая
шкала - история инверсий геомагнитного поля за 4 миллиарда лет. Причем достаточно просто беглого взгляда на эту шкалу
для того, чтобы заметить, что жизнь магнитного поля Земли - достаточно бурная.
Магнитные полюса нашей планеты время от времени меняются местами - происходит инверсия
магнитного поля.
Южный магнитный полюс становится Северным, и наоборот. В такие периоды направление
магнитного поля оказывается противоположным современному. Процесс 'ротации' полюсов занимает не менее 10 тысяч лет.
И несмотря на огромные достижения магнитологии и геофизики последних десятилетий, причины подобных трансформаций все еще
остаются загадкой.
Впрочем, систематические детальные исследования инверсий позволили высказать
предположение о том, что, возможно, существует связь между периодической сменой растительного и животного мира на Земле
и циклическими изменениями магнитного поля. Многие исследователи считают, что в период смены полярности магнитное поле
весьма существенно ослабевает или даже исчезает вовсе, а 3емля в это время остается беззащитной перед потоками космического
излучения, которое оказывает колоссальное влияние на биосферу планеты. Наиболее же смелые гипотезы связывают со сменой
полярности магнитных полюсов даже появление человека.
Насколько справедливы те или иные предположения, говорить пока преждевременно. Несомненно одно - само существование жизни
на нашей планете невозможно без магнитного поля, защищающего все живое от губительного воздействия космических излучений.
Источник информации - ОКЕАН
Как только были сформулированы основные постулаты теории литосферных плит, стало ясно, что дно океана - это грандиозный
носитель информации об инверсиях магнитного поля за многие миллионы лет. Действительно, согласно тектонике литосферных
плит - восходящие конвективные потоки мантии приподнимают литосферу и, раздвигая ее, образуют срединно-океанические хребты,
сквозь трещины в которых изливаются базальтовые лавы. Магма же, заполнив трещину в срединно-океаническом хребте,
остывает и превращается в кристаллическую горную породу - таким образом разрастается и постоянно обновляется океаническая
литосфера. Ее формирование невозможно без постоянной подпитки расплавами горных пород, поднимающимися из недр Земли. А это
значит, что в процессе охлаждения и кристаллизации изверженные расплавы неизбежно 'запишут' всю информацию о магнитном поле
3емли. Таким образом, дно океана представляет собой гигантский 'конвейер', две ленты которого перемещаются с одинаковой
скоростью - от оси срединно-океанического хребта к берегам континентов. Так, в Атлантическом океане одна лента конвейера
движется от оси Срединно- Атлантического хребта к берегам Американского континента, а вторая - к Европе и Африке. Состоят
эти ленты из изверженных горных пород, которые поднимаются из глубин 3емли в осевой части хребта сначала в расплавленном
состоянии. У поверхности дна океана они, соприкасаясь с морскими водами, затвердевают и начинают свое движение в сторону
континентов, причем поднявшийся из глубин блок горных пород раскалывается надвое вдоль оси хребта и каждая из
половинок движется к 'своему' берегу. Таким образом, расплавленные горные породы, поднимаясь вверх по каналам к
трещинам в оси срединно-океанического хребта, остывают и намагничиваются в соответствии с направлением и величиной
геомагнитного поля в тот момент. А литосферные плиты разъезжаются от оси срединноокеанического хребта, унося на своих
'спинах' свидетельства инверсий геомагнитного поля.
Пожалуй, самым важным следствием этой модели явилось осознание того факта, что непрерывная последовательность магнитных
аномалий от оси хребта до окраин континента - есть не что иное, как законченная, полная история
инверсий геомагнитного поля за все время жизни океанов.
Синий, зеленый, оранжевый - участки прямой направленности магнитного поля.
Серый - участки обратной направленности магнитного поля.
|
Космическая защита