переменное магнитное поле земли это

Переменное магнитное поле Земли

Земное магнитное поле находится под воздействием потока намагниченной солнечной плазмы. В результате взаимодействия с полем Земли образуется внешняя граница околоземного магнитного поля, называемая магнитопаузой. Она ограничивает земную магнитосферу. Из-за воздействия солнечных корпускулярных потоков размеры и форма магнитосферы постоянно меняются, и возникает переменное магнитное поле, определяемое внешними источниками. Его переменность обязана своим происхождением токовым системам, развивающимся на различных высотах от нижних слоев ионосферы до магнитопаузы. Изменения магнитного поля Земли во времени, вызванные различными причинами, называются геомагнитными вариациями, которые различаются как по своей длительности, так и по локализации на Земле и в ее атмосфере. Часть изменений магнитного поля Земли обусловлена внешними причинами. Эти изменения, или вариации, переменного геомагнитного поля различаются по источнику и по продолжительности действия. Выделяют регулярные вариации с определенной продолжительностью, например солнечно-суточные и лунно-суточные, период которых равен соответственно солнечным и лунным суткам; магнитные бури, продолжительность которых меняется от нескольких десятков минут до нескольких часов; правильные и неправильные короткопериодические колебания с периодами от десятых долей секунды до нескольких минут. Одни из них являются регулярными. К ним относятся солнечно- и лунно-суточные вариации и правильные короткопериодические колебания. Другие появляются внезапно, а потом долгое время могут отсутствовать- это бури и некоторые типы короткопериодических колебаний. И у регулярных и у нерегулярных вариаций есть одна общая черта — все они связаны с солнечной деятельностью. Связь эта проявляется по-разному. Например, солнечно-суточные вариации усиливаются в том, месте земного шара, где освещенность солнцем в данное время больше, т. е. днем и летом. Некоторые правильные короткопериодические вариации обнаруживают связь с расположением магнитной оси по отношению к Солнцу, а магнитные бури и другие неправильные колебания возникают тогда, когда усиливается деятельность Солнца: они связаны с появлением солнечных пятен, вспышек на поверхности Солнца и т. д. В общем, от Солнца к Земле как бы непрерывно. дует «солнечный ветер» — летит поток заряженных: частиц. Подлетая к Земле, частицы вступают в сложное взаимодействие с магнитным полем Земли : ведь летящая заряженная частица — это электрический ток, а проводник с током отклоняется магнитным полем. Под напором летящих частиц силовые линии геомагнитного поля деформируются, прогибаются, как прогнулись бы под напором настоящего ветра упругие стальные полоски, имеющие форму силовых линий магнитного поля. Со стороны Солнца магнитное поле оказывается сдавленным, с ночной стороны образуется шлейф из вытянутых силовых линий, при этом сами силовые линии начинают вибрировать. Эти вибрации мы и воспринимаем как правильную часть короткопериодических вариаций магнитного поля Земли. Большое количество частиц, причем наиболее быстрых, или, как обычно говорят, наиболее жестких, улавливается силовыми линиями, т. е. начинает двигаться вдоль них от одного магнитного полюса к другому. Над Землей образуются слои, где собирается большое количество прилетевших от Солнца частиц. Эти слои (радиационные пояса магнитосферы), как железные щиты, загораживают Землю от новых потоков солнечных частиц, экранируют ее от солнечного излучения. Однако некоторая доля частиц проходит сквозь магнитосферу в ионосферу, т. е. в тот слой атмосферы, где много ионизированных, а значит, заряженных частиц. Участвуя в перемещениях атмосферных масс, т. е. перемещаясь в магнитном поле Земли, заряженные частицы образуют электрические токи определенного направления. Связанные с этими токами магнитные поля и создают солнечно-суточные вариации. Когда излучение Солнца усиливается, поток поступающих от него частиц становится более концентрированным и в нем увеличивается доля жестких частиц, тогда большее количество этих частиц начинает проходить в атмосферу. Они прорываются нерегулярно, отдельными группами и вызывают резкие кратковременные изменения магнитного поля земного шара — магнитные возмущения, магнитные бури.

Источник

МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ЗЕМЛИ

Специальный раздел геофизики, изучающий происхождение и природу магнитного поля Земли называется геомагнетизмом. Геомагнетизм рассматривает проблемы возникновения и эволюции основной, постоянной составляющей геомагнитного поля, природа переменной составляющей (примерно 1% от основного поля), а так же структура магнитосферы – самых верхних намагниченных плазменных слоев земной атмосферы, взаимодействующих с солнечным ветром и защищающих Землю от космического проникающего излучения. Важной задачей является изучение закономерностей вариаций геомагнитного поля, поскольку они обусловлены внешними воздействиями, связанными в первую очередь с солнечной активностью.

Происхождение магнитного поля.

Наблюдаемые свойства магнитного поля Земли согласуются с представлением о его возникновении благодаря механизму гидромагнитного динамо. В этом процессе первоначальное магнитное поле усиливается в результате движений (обычно конвективных или турбулентных) электропроводящего вещества в жидком ядре планеты или в плазме звезды. При температуре вещества в несколько тысяч К его проводимость достаточно высока, чтобы конвективные движения, происходящие даже в слабо намагниченной среде, могли возбуждать изменяющиеся электрические токи, способные, в соответствии с законами электромагнитной индукции, создавать новые магнитные поля. Затухание этих полей либо создает тепловую энергию (по закону Джоуля), либо приводит к возникновению новых магнитных полей. В зависимости от характера движений эти поля могут либо ослаблять, либо усиливать исходные поля. Для усиления поля достаточно определенной асимметрии движений. Таким образом, необходимым условием гидромагнитного динамо является само наличие движений в проводящей среде, а достаточным – наличие определенной асимметрии (спиральности) внутренних потоков среды. При выполнении этих условий процесс усиления продолжается до тех пор, пока растущие с увеличением силы токов потери на джоулево тепло не уравновесят приток энергии, поступающей за счет гидродинамических движений.

Динамо-эффект – самовозбуждение и поддержание в стационарном состоянии магнитных полей вследствие движения проводящей жидкости или газовой плазмы. Его механизм подобен генерации электрического тока и магнитного поля в динамо-машине с самовозбуждением. С динамо-эффектом связывают происхождение собственных магнитных полей Солнца Земли и планет, а также их локальные поля, например, поля пятен и активных областей.

Составляющие геомагнитного поля.

Собственное магнитное поле Земли (геомагнитное поле) можно разделить на следующие три основные части.

1. Основное магнитное поле Земли, испытывающее медленные изменения во времени (вековые вариации) с периодами от 10 до 10 000 лет, сосредоточенными в интервалах 10–20, 60–100, 600–1200 и 8000 лет. Последний связан с изменением дипольного магнитного момента в 1,5–2 раза.

2. Мировые аномалии – отклонения от эквивалентного диполя до 20% напряженности отдельных областей с характерными размерами до10 000 км. Эти аномальные поля испытывают вековые вариации, приводящие к изменениям со временем в течение многих лет и столетий. Примеры аномалий: Бразильская, Канадская, Сибирская, Курская. В ходе вековых вариаций мировые аномалии смещаются, распадаются и возникают вновь. На низких широтах имеется западный дрейф по долготе со скоростью 0,2° в год.

3. Магнитные поля локальных областей внешних оболочек с протяженностью от нескольких до сотен км. Они обусловлены намагниченностью горных пород в верхнем слое Земли, слагающих земную кору и расположенных близко к поверхности. Одна из наиболее мощных – Курская магнитная аномалия.

4. Переменное магнитное поле Земли (так же называемое внешним) определяется источниками в виде токовых систем, находящимися за пределами земной поверхности и в ее атмосфере. Основными источниками таких полей и их изменений являются корпускулярные потоки замагниченной плазмы, приходящие от Солнца вместе с солнечным ветром, и формирующие структуру и форму земной магнитосферы.

Структура магнитного поля земной атмосферы.

Земное магнитное поле находится под воздействием потока намагниченной солнечной плазмы. В результате взаимодействия с полем Земли образуется внешняя граница околоземного магнитного поля, называемая магнитопаузой. Она ограничивает земную магнитосферу. Из-за воздействия солнечных корпускулярных потоков размеры и форма магнитосферы постоянно меняются, и возникает переменное магнитное поле, определяемое внешними источниками. Его переменность обязана своим происхождением токовым системам, развивающимся на различных высотах от нижних слоев ионосферы до магнитопаузы. Изменения магнитного поля Земли во времени, вызванные различными причинами, называются геомагнитными вариациями, которые различаются как по своей длительности, так и по локализации на Земле и в ее атмосфере.

Магнитосфера – область околоземного космического пространства, контролируемая магнитным полем Земли. Магнитосфера формируется в результате взаимодействия солнечного ветра с плазмой верхних слоев атмосферы и магнитным полем Земли. По форме магнитосфера представляет собой каверну и длинный хвост, которые повторяют форму магнитных силовых линий. Подсолнечная точка в среднем находится на расстоянии 10 земных радиусов, а хвост магнитосферы простирается за орбиту Луны. Топология магнитосферы определяется областями вторжения солнечной плазмы внутрь магнитосферы и характером токовых систем.

Хвост магнитосферы образован силовыми линиями магнитного поля Земли, выходящими из полярных областей и вытянутых под действием солнечного ветра на сотни земных радиусов от Солнца в ночную сторону Земли. В итоге плазма солнечного ветра и солнечных корпускулярных потоков как бы обтекают земную магнитосферу, придавая ей своеобразную хвостатую форму. В хвосте магнитосферы, на больших расстояниях от Земли, напряженность магнитного поля Земли, а следовательно и их защитные свойства, ослабляются, и некоторые частицы солнечной плазмы получают возможность проникнуть и попасть во внутрь земной магнитосферы и магнитных ловушек радиационных поясов. Проникая в головную часть магнитосферы в область овалов полярных сияний под действием изменяющегося давления солнечного ветра и межпланетного поля, хвост служит местом формирования потоков высыпающихся частиц, вызывающих полярные сияния и авроральные токи. Магнитосфера отделена от межпланетного пространства магнитопаузой. Вдоль магнитопаузы частицы корпускулярных потоков обтекают магнитосферу. Влияние солнечного ветра на земное магнитное поле иногда бывает очень сильным. Магнитопауза – внешняя граница магнитосферы Земли (или планеты), на которой динамическое давление солнечного ветра уравновешивается давлением собственного магнитного поля. При типичных параметрах солнечного ветра подсолнечная точка удалена от центра Земли на 9–11 земных радиусов. В период магнитных возмущений на Земле магнитопауза может заходить за геостационарную орбиту (6,6 радиусов Земли). При слабом солнечном ветре подсолнечная точка находится на расстоянии 15–20 радиусов Земли.

Солнечный ветер.

Магнитная буря.

Локальные характеристики магнитного поля изменяются и колеблются иногда в течение многих часов, а потом восстанавливаются до прежнего уровня. Это явление называется магнитной бурей. Магнитные бури часто начинаются внезапно и одновременно по всему земному шару.

Геомагнитные вариации.

Изменение магнитного поля Земли во времени под действием различных факторов называются геомагнитными вариациями. Разность между наблюдаемой величиной напряженности магнитного поля и средним ее значением за какой-либо длительный промежуток времени, например, месяц или год, называется геомагнитной вариацией. Согласно наблюдениям, геомагнитные вариации непрерывно изменяются во времени, причем такие изменения часто носят периодический характер.

Cуточные вариации.

Cуточные вариации геомагнитного поля возникают регулярно в основном за счет токов в ионосфере Земли, вызванных изменениями освещенности земной ионосферы Солнцем в течение суток.

Нерегулярные вариации.

Нерегулярные вариации магнитного поля возникают вследствие воздействия потока солнечной плазмы (солнечного ветра) на магнитосферу Земли, а так же изменений внутри магнитосферы и взаимодействия магнитосферы с ионосферой.

27-дневные вариации.

27-дневные вариации существуют как тенденция к повторению увеличения геомагнитной активности через каждые 27 дней, соответствующих периоду вращения Солнца относительно земного наблюдателя. Эта закономерность связана с существованием долгоживущих активных областей на Солнце, наблюдаемых в течении нескольких оборотов Солнца. Эта закономерность проявляется в виде 27-дневной повторяемости магнитной активности и магнитных бурь.

Сезонные вариации.

Сезонные вариации магнитной активности уверенно выявляются на основании среднемесячных данных о магнитной активности, полученных путем обработки наблюдений за несколько лет. Их амплитуда увеличивается с ростом общей магнитной активности. Найдено, что сезонные вариации магнитной активности имеют два максимума, соответствующие периодам равноденствий, и два минимума, соответствующие периодам солнцестояний. Причиной этих вариаций является образование активных областей на Солнце, которые группируются в зонах от 10 до 30° северной и южной гелиографических широт. Поэтому в периоды равноденствий, когда плоскости земного и солнечного экваторов совпадают, Земля наиболее подвержена действию активных областей на Солнце.

11-летние вариации.

Наиболее ярко связь между солнечной активностью и магнитной активностью проявляется при сопоставлении длинных рядов наблюдений, кратных 11 летним периодам солнечной активности. Наиболее известной мерой солнечной активности является число солнечных пятен. Найдено, что в годы максимального количества солнечных пятен магнитная активность также достигает наибольшей величины, однако возрастание магнитной активности несколько запаздывает по отношению к росту солнечной, так что в среднем это запаздывание составляет один год.

Вековые вариации.

Вековые вариации – медленные вариации элементов земного магнетизма с периодами от нескольких лет и более. В отличии от суточных, сезонных, и других вариаций внешнего происхождения, вековые вариации связаны с источниками, лежащими внутри земного ядра. Амплитуда вековых вариаций достигает десятков нТл/год, изменения среднегодовых значений таких элементов, названы вековым ходом. Изолинии вековых вариаций концентрируются вокруг нескольких точек – центры или фокусы векового хода, в этих центрах величина векового хода достигает максимальных значений.

Радиационные пояса и космические лучи.

Радиационные пояса Земли – две области ближайшего околоземного космического пространства, которые в виде замкнутых магнитных ловушек окружают Землю.

В них сосредоточены огромные потоки протонов и электронов, захваченных дипольным магнитным полем Земли. Магнитное поле Земли оказывает сильное влияние на электрически заряженные частицы, движущиеся в околоземном космическом пространстве. Есть два основных источника возникновения этих частиц: космические лучи, т.е. энергичные (от 1 до12 ГэВ) электроны, протоны и ядра тяжелых элементов, приходящие с почти световыми скоростями, главным образом, из других частей Галактики. И корпускулярные потоки менее энергичных заряженных частиц (10 5 –10 6 эВ), выброшенных Солнцем. В магнитном поле электрические частицы движутся по спирали; траектория частицы как бы навивается на цилиндр, по оси которого проходит силовая линия. Радиус этого воображаемого цилиндра зависит от напряженности поля и энергии частицы. Чем больше энергия частицы, тем при данной напряженности поля радиус (он называется ларморовским) больше. Если ларморовский радиус много меньше, чем радиус Земли, частица не достигает ее поверхности, а захватывается магнитным полем Земли. Если ларморовский радиус много больше, чем радиус Земли, частица движется так, как будто бы магнитного поля нет, частицы проникают сквозь магнитное поле Земли в экваториальных районах, если их энергия больше 10 9 эв. Такие частицы вторгаются в атмосферу и вызывают при столкновении с ее атомами ядерные превращения, которые дают определенные количества вторичных космических лучей. Эти вторичные космические лучи уже регистрируются на поверхности Земли. Для исследования космических лучей в их первоначальной форме (первичных космических лучей) аппаратуру поднимают на ракетах и искусственных спутниках Земли. Примерно 99% энергичных частиц, «пробивающих» магнитный экран Земли, являются космическими лучами галактического происхождения и лишь около 1% образуется на Солнце. Магнитное поле Земли удерживает огромное число энергичных частиц, как электронов, так и протонов. Их энергия и концентрация зависят от расстояния до Земли и геомагнитной широты. Частицы заполняют как бы огромные кольца или пояса, охватывающие Землю вокруг геомагнитного экватора.

Источник

Геомагнитное поле

Магнитное поле на поверхности Земли делят на постоянное и переменное. Главная часть постоянного магнитного поля обязана происхождением процессам, протекающим в ядре Земли и на границе ядра и мантии. На эту часть магнитного поля накладывается магнитное поле, созданное породами земной коры.

Постоянное поле не является постоянным в строгом смысле слова. Оно меняется со временем, но изменения эти происходят медленно. Наиболее изученная часть таких изменений — это вековые вариации, они имеют, возможно, период в несколько сотен лет.

Переменное магнитное поле Земли связано с излучением Солнца, благодаря которому в околоземном пространстве в ионосфере и магнитосфере возникают электрические токи. Это поле действительно является переменным, и различные его составляющие имеют периоды изменения от сотых долей секунды до суток.

Постоянное магнитное поле Земли. Точные све дения о магнитном поле Земли имеют большое принципиальное и практическое значение, так как, с одной стороны, позволяют составить представление о строении Земли и о происхождении магнитного поля, а с другой, дают основу для правильного практического применения этих знаний, например, при магнитной разведке полезных ископаемых. Распределение магнитного поля Земли на ее поверхности изображают на картах с помощью изолиний магнитных элементов. К ним относятся магнитное склонение, наклонение, величины горизонтальной и вертикальной составляющих силы геомагнитного поля.

Несмотря на то, что рождением науки о магнитном поле Земли можно считать 1600 г., когда впервые английский физик У. Гильберт доказал, что Земля — огромный магнит, теоретическое развитие этой отрасли геофизики шло крайне медленно. Принципиальные для развития физических представлений о природе магнитного поля сведения о нем, которыми располагало человечество 50 лет назад, сводились к тому, что Земля обладает очень слабым потенциальным постоянным магнитным полем, что главная часть его — поле магнитного диполя, помещенного в центре Земли, и что ось этого диполя наклонена под углом 11°30 к оси вращения Земли. Что касается России, то подробных сведений о распределении магнитного поля на ее огромной территории еще не было, хотя такая крупнейшая особенность, как курские магнитные аномалии (КМА), уже была известна.

Сразу после гражданской войны началось детальное изучение магнитного поля на территории Советской России. С 1931 по 1941 г. вся страна была покрыта сетью магнитных измерений (генеральная магнитная съемка), часть из которых время от временя повторялась, чтобы изучить вековые вариации. Магнитная съемка на территории Советского Союза выявила распределение магнитных аномалий, связанных с особенностями геологии страны. На востоке Сибири была подробно изучена большая, занимающая почти треть азиатского материка аномалия — территория, где магнитное поле заметно отличалось от дипольного. Эта аномалия не имеет отношения к тем магнитным аномалиям, которые связаны с присутствием в верхних частях земной коры различных полезных ископаемых и которые поэтому интенсивно изучаются магнитной разведкой. Аномалии, охватывающие такую большую территорию, это мировые (или континентальные) аномалии и имеют отношение к строению Земли в целом. Некоторые особенности таких аномалий, теоретические расчеты, а также последние наблюдения магнитного поля на высоте, полученные при помощи искусственных спутников Земли, заставляют считать, что причины мировых аномалий находятся на границе земного ядра и оболочки.

Наиболее плохо до сих пор изучено магнитное поле на водных пространствах нашей планеты. Некоторые страны строят специальные немагнитные суда для изучения магнитного поля на морях и океанах. Одно из таких судов — немагнитная шхуна «Заря» — принадлежит Советскому Союзу. На «Заре» в 1957 г. получены многие ценные сведения о магнитном поле мирового океана; эти наблюдения помогли значительно лучше представить строение океанического дна. Необходимо упомянуть, что первые исследования магнитного поля Центральной Арктики принадлежат советским исследователям. Они были проведены в 1937—1938 гг. на дрейфующей льдине Е. К. Федоровым, одним из членов группы И. Д. Папанина.

Повторные измерения геомагнитного поля на одних и тех же пунктах во многих странах и в том числе в СССР позволили уточнить географическое распространение вековых вариаций. Оказалось, что существовавшее раньше представление о вековых вариациях, как о результате вращения геомагнитной оси вокруг географической, было неточным. Вековые вариации представляют собой усиление магнитного поля в одних местах земного шара и ослабление его в других с периодом порядка 1000 лет; особенно большие изменения происходят в области континентальных аномалий. Одна из /основных особенностей вековых вариаций состоит в том, что места наибольшего изменения магнитного поля, как и центры мировых аномалий, постоянно смещаются к западу — происходит западный дрейф магнитного поля. Западный дрейф этих аномалий доказывает, что они связаны не с неподвижными слоями в одной из твердых оболочек Земли, а с какими-то процессами в жидком ядре.

Вековые вариации имеют часть, связанную с земной корой. Эта часть вековых вариаций различна в сейсмически активных и сейсмически спокойных районах. Есть основания считать, что вековые вариации в данном районе должны меняться при приближении времени крупных землетрясений. Если этот эффект будет достаточно велик, чтобы его можно было наблюдать, его смогут использовать для предсказания землетрясений.

Работы по изучению распределения магнитного поля на поверхности Земли, по выяснению происхождения времени мировых аномалий, по изучению вековых вариаций и их аномального хода в сейсмических районах ведутся в экспериментальном и теоретическом плане Институтом земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн АН СССР. Руководителями различных направлений этой отрасли науки, «которым принадлежат наиболее принципиальные достижения в этой области («Настоящее и прошлое…», 1965), являются В. П. Орлов и М. М. Иванов.

В 50-х годах с широким развитием палеомагнитных исследований начался новый этап в науке о магнитном поле Земли. Намагниченность горных пород (содержащихся в них ферромагнитных зерен) зависит не только от магнитного поля, в котором находились эти породы, но и от условий их образования. Намагниченность, возникшая при остывании расплавленной породы в магнитном поле, будет иметь направление этого поля, но ее стабильность, т. е. способность сопротивления размагничивающим воздействиям, настолько велика, что потребовались бы поля, в сотни и тысячи раз превышающие поле, в котором остывала порода, чтобы уничтожить эту намагниченность. Благодаря этому свойству многие породы до сих пор сохранили намагниченность, приобретенную ими во время их образования миллионы лет назад, Изучая эту древнюю намагниченность, мы получаем возможность судить о магнитном поле, которое было на Земле в разные геологические эпохи, и можем проследить закономерности изменения этого поля во времени.

Такая идея впервые у нас была высказана П. П. Лазаревым в 30-х годах, но реальное начало палеомагнитных исследований следует отнести к концу 40 — началу 50-х годов. В Советском Союзе палеомагнитные исследования начались с 1956 г. и получили очень широкое распространение. При таких исследованиях чрезвычайно важно сравнивать наблюдения, полученные по одновозрастным породам из далеко отстоящих районов. Поэтому в 1957 г. была создана специальная Палеомагнитная комиссия, основной функцией которой является координация палеомагнитных исследований и проверка надежности полученных результатов. Инициатором создания этой комиссии был А. Г. Калашников (ИФЗ АН СССР). Ее председатель и руководитель Б. М. Яновский (Ленинградский университет) объединил вопросы палеомагнетизма с вопросами геомагнетизма постоянного поля, так как на настоящей стадии исследований эти две линии уже не могут быть разъединены. Огромная территория Советского Союза, большой размах и единообразие исследований, а также четкая их организация позволили получить исключительные по своей ценности наблюдения и использовать их для геофизических обобщений. Основное количество палеомагнитных исследований, сбор и обобщение палеомагнитных данных проводится под руководством А. Н. Храмова. Сложность палеомагнитных исследований заключается не в отборе коллекций пород и измерений их намагниченности, а в доказательстве того, что намагниченность, которой обладает порода в настоящее время, именно та намагниченность, которую порода приобрела в процессе образования, и что эта намагниченность сохранилась неизменной в течение сотен миллионов лет, прошедших с того времени.

При изучении процессов намагничивания и размагничивания, свойственных ферромагнетикам, входящим в состав горных пород, разработан ряд методов, при помощи которых удается ответить на вопрос о происхождении намагниченности. В Советском Союзе такие работы ведутся в Институте физики Земли АН СССР, в Московском и Ленинградском университетах, а также в Институте физики СО АН СССР. Изучение закономерностей возникновения и разрушения намагниченности горных пород является физической базой палеомагнитных исследований и интерпретации палеомагнитных определений, но их значение выходит за пределы чисто палеомагнитных исследований. На основе изученных закономерностей геомагнетизма предложены методы, позволяющие в ряде случаев устанавливать возраст и условия происхождения горных пород,

Палеомагнитные и археомагнитные (относящиеся к последним 30 тыс. лет) исследования позволили советским и зарубежным ученым обнаружить следующие особенности геомагнитного поля.

1. Магнитный полюс перемещается со временем, но за последние несколько миллионов лет местоположение магнитного полюса определялось осью вращения Земли: если установить среднее положение магнитного полюса за весь четвертичный период, то этот средний магнитный полюс совпадет с географическим.

2. Геомагнитная ось постепенно перемещается относительно земной коры. Примерно за 500—600 млн. лет магнитный полюс переместился из центральной части Тихого океана мимо берегов Японии к современному положению.

3. При каждом положении геомагнитной оси магнитные полюсы могут занимать диаметрально противоположные положения.

4. Вековые вариации существуют по меньшей мере последние 10 тыс. лет, сохраняя примерно одинаковый характер.

5. Величина магнитного момента тоже пульсирует с периодом порядка 10 тыс. лет, оставаясь в среднем приблизительно такой, как в настоящее время.

Естественно, что эти новые и столь принципиальные сведения о магнитном поле Земли совершенно изменили представления о магнитном поле и причинах, его вызывающих. Новые представления нашли отражение в теории геомагнитного поля и вековых вариаций. Я. И. Френкель (1947) высказал предположение, что процесс возникновения геомагнитного поля происходит в земном ядре и подобен процессу самовозбуждения динамомашины. Идея Френкеля получила развитие в работах других авторов, однако статью Френкеля можно считать началом нового направления в теории геомагнитного поля. Первой стройной теорией геомагнитного поля, построенной с учетом его особенностей, установленных палеомагнитными и археомагнитными методами, является предложенная в 1948 г. теория Булларда.

В Советском Союзе предложены еще два варианта теории геомагнитного поля, существенно отличающихся от представлений Булларда. Авторами этих теорий являются Б. А. Тверской (1962) и С. И. Брагинский (1963). Одновременно с созданием теории происхождения геомагнитного поля уточняются наши знания о строении земного ядра и процессах, в нем происходящих. В частности, инверсии поля, т. е. перемена местами магнитных полюсов при неизменном направлении геомагнитной оси, возможны только при крупных конвективных перемещениях вещества в земном ядре. На основании поведения геомагнитного поля во время инверсий можно судить о характере и скорости таких перемещений, следовательно, в какой-то мере и о свойствах вещества ядра. Поскольку перемена полярности — очень заметный момент в истории магнитного поля, изменения знака намагниченности горных пород можно использовать для корреляции геологических разрезов на далеких расстояниях, даже на разных континентах.

Переменное магнитное поле Земли. Величины изменений магнитных элементов в данном месте можно узнать, имея магнитную обсёрваторию, т. е. приборы, которые регистрируют все изменения поля — его переменную часть или переменное магнитное поле Земли. Перед Октябрьской революцией в России было только пять магнитных обсерваторий. После революции их число постепенно возрастало, и теперь их около 30.

Переменное магнитное поле Земли обусловлено, как сказано выше, солнечной деятельностью. Различают две части в этом поле — регулярную и не регулярную. Первая связана с ионизацией солнечным светом земной атмосферы, в которой в результате ионизации возникает на высотах 100 км и выше область, хорошо проводящая электрические токи. Вместе со всей атмосферой ионосфера подвержена приливным колебаниям, в первую очередь под действием притяжения Солнца и Луны. При этих колебаниях, происходящих в магнитном поле земного шара, в ионосфере индуцируются электрические т о к и. Магнитное поле этих токов можно наблюдать на земной поверхности как периодические, суточные вариации. Первые сведения о географическом распределении суточных магнитных вариаций были получены еще в XIX в. В 1941 г. Н. П. Бенькова на основании наблюдений мировой сети магнитных обсерваторий за лето 1933 г. (в этот период был проведен 2-й Международный полярный год и было организовано много новых магнитных обсерваторий) провела подробный анализ суточных вариаций, впервые установив в них наличие части, связанной с географической долготой. В 1964 г. М. Н. Фаткуллин и Я. И. Фельдштейн одновременно с английскими геофизиками показали, что суточные вариации следует рассматривать не в отклонениях от средних за сутки, а в отклонениях от ночного уровня магнитного поля. При таком подходе появляется возможность правильнее в физическом отношении связывать между собой суточные магнитные вариации и суточные изменения характеристик ионосферы.

Вторая, нерегулярная часть переменного магнитного поля обусловлена воздействием на Землю солнечного корпускулярного излучения. Потоки солнечных корпускул, солнечной плазмы, встречая Землю в своем движении от Солнца, вызывают на ней комплекс связанных между собой явлений: магнитные бури, полярные сияния, нарушения нормального состояния ионосферы, возмущения естественных электрических токов, существующих в земной коре, и др. Изучение этих явлений, помимо научного интереса, имеет большое практическое значение для обеспечения работы коротковолновой радиосвязи, радионавигации и т. п. Магнитные бури одновременно охватывают весь земной шар, но особенно сильны они в высоких широтах, куда магнитное поле Земли отклоняет значительную часть сближающихся с Землей солнечных корпускул. В связи с этим со времени 2-го Международного полярного года в СССР, как и в других странах, было обращено особое внимание на создание магнитных обсерваторий в Арктике. При организации в 1957—1958 гг. Международного геофизического года магнитные обсерватории были созданы и в Антарктиде. Советский Союз организовал первоклассную обсерваторию Мирный и несколько других обсерваторий, в том числе обсерваторию Восток в районе южного магнитного полюса.

Зарубежные геофизики (англичанин С. Чепмен и др.) сосредоточили внимание на изучении средних особенностей протекания магнитных бурь по наблюдениям магнитных обсерваторий. В советских работах, первые из которых стали появляться с 1935 г., внимание было обращено на связи отдельных магнитных бурь с солнечными явлениями и на изучение магнитных бурь в целом, без выделения из них средних особенностей. П. И. Гусев еще в 1939 г. предложил схему строения солнечного корпускулярного потока, объясняющую ряд закономерностей связи солнечных явлений и магнитных бурь. Эта схема в 1961 г. подтверждена теорией, предложенной Э. И. Могилевским. По этой теории поток, выходя из активных областей Солнца, уносит с собой мощные магнитные поля, отрывающиеся от общего магнитного поля Солнца. В теории Могилевского были преодолены те трудности, которые встретили аналогичные теории иностранных ученых (Т. Голда и др.). А. П. Никольский с 1935 г. подробно изучил по данным полярных магнитных обсерваторий закономерности распределения магнитной активности по часам суток. Он показал, что в высоких широтах есть не одна, а две зоны повышенной магнитной активности, одна зона охватывает другую. Многие закономерности магнитных бурь внутри Арктического бассейна удалось выяснить на основе наблюдений дрейфующих станций «Северный полюс». В отдельные годы одновременно работало по две таких станции. В 1966 г. организована очередная станция СП-15.

Длительно существующие на Солнце активные области создают долгоживущие солнечные корпускулярные потоки. Это обусловливает 27-дневную повторяемость части магнитных бурь. Н. П. Бенькова изучила эту повторяемость, показав в 1944 г., что самые сильные бури, как правило, входят в ту или иную группу бурь, повторяющихся через 27 дней. Этот вывод имеет значение для предсказания нарушений радиосвязи. Э. Р. Мустель со своими сотрудниками в цикле работ, начатых в 1944 г., выяснил, что потоки выходят из областей поверхности Солнца, отмеченных флоккулами, — наиболее высокотемпературными яркими участками его поверхности. В. И. Афанасьева в работах 1960—1966 гг. установила, что характер магнитной бури зависит от расстояния, на котором мимо Земли проходит ось (средняя линия) потока.

Переменное магнитное поле, возникающее в атмосфере Земли, проникает внутрь земного шара, где индуцирует электрические токи. Эти токи создают на земной поверхности переменное магнитное поле «внутреннего» по отношению к земной поверхности происхождения. По соотношению переменных полей атмосферного и внутреннего происхождения можно судить о распределении внутри Земли электрической проводимости. Это положение, известное еще с XIX в., использовано во многих работах советских геофизиков. Н. П. Бенькова (1941), В. Н. Бобров (1958—1959), Н. М. Ротанова (1963) и другие этим путем определили электрические характеристики глубин Земли до 1000 км и более. А. Н. Тихонов и его ученики использовали для изучения электрических характеристик земной коры более короткопериодические вариации электромагнитного поля Земли, которые не проникают на большую глубину. На этой основе возник в 1950 г. метод магнитно-теллурического зондирования, при котором по одновременным наблюдениям за вариациями электрических токов в земной коре и магнитного поля на поверхности Земли судят об электрических свойствах коры. Этот метод используется в геофизической разведке полезных ископаемых. Аналогичный метод был одновременно предложен во Франции.

В результате запуска в околоземное космическое пространство искусственных спутников Земли с приборами для измерения магнитного поля установлено, что это поле простирается в пространстве не безгранично далеко от Земли, а имеет границу, вне которой существует магнитное поле межпланетного пространства. Область, в которой заключено магнитное поле Земли, получила название магнитосферы. Ш. Ш. Долгинов, Н. В. Пушков и другие в 1960 г. при измерениях магнитного поля в магнитосфере установили, что Земля окружена кольцевым током, находящимся в области земного экватора на удалении в несколько земных радиусов от поверхности Земли. Существование такого тока предполагалось давно.

Еще в 1948—1951 гг. А. Г. Калашников, В. А. Троицкая и другие начали изучение с помощью высокочувствительной аппаратуры колебаний электромагнитного поля Земли с периодами в секунды и доли секунды. Для этого на некоторых обсерваториях регистрировались колебания электрических токов в Земле. В. А. Троицкая и ее сотрудники начиная с 1953 г. выяснили наличие двух типов таких короткопериодных колебаний и дали им объяснение. Они предположили существование в магнитосфере Земли двух типов электромагнитных (магнитогидродинамических) колебаний.

Работы по изучению переменного магнитного поля Земли ведут многие институты и обсерватории. В большинстве случаев они связываются с изучением других электромагнитных геофизических явлений. Крупнейшие институты этого профиля находятся в Москве, Ленинграде, Иркутске и Мурманске. Магнитные обсерватории оснащены приборами, регистрирующими магнитные вариации без искажений вследствие влияния температуры, влажности и т. п. (конструкции В. Н. Боброва, Б. Е. Брюнелли и др.). Для учета вариаций магнитного поля при магнитных съемках (наземных, геологоразведочного характера и при аэромагнитных работах) используются походные вариационные станции.

Кадры научных работников для исследования земного магнетизма готовят некоторые университеты (Ленинградский, Московский и др.). В подготовке кадров большую роль сыграл учебник по земному магнетизму, выдержавший с 1940 г. ряд изданий (Яновский, 1963, 1964). Работы по земному магнетизму печатаются в сборниках (труды институтов, издания Междуведомственного геофизического комитета) и журналах. С 1961 г. Академия наук СССР издает журнал «Геомагнетизм и аэрономия».

Развитие наук о Земле в СССР. М.: Наука, 1967

Источник