Геомагнитное поле

           После внезапного начала бури линия записи горизонтального компонента H в течение нескольких часов обычно располагается выше уровня, предшествовавшего буре; этот этап (положительных значений) рассматривается как первая или начальная фаза. Значения H составляют от 10 до 20 гамм в средних широтах. За этой фазой следует существенное уменьшение до значений значительно ниже нормальных. Падение амплитуды на несколько десятков гамм во время бури средней интенсивности отвечает ее главной фазе. Максимальное отклонение достигается через 12 ч. Вслед за этим значительным уменьшением происходит медленное возвращение к нормальному уровню, которое обычно длится несколько дней. Эти особенности представляют собой осредненные характеристики магнитных бурь в средних и низких широтах; характеристики отдельных бурь могут существенно отличаться от средних. Крупные магнитные бури проходят эти фазы быстрее, чем слабые.

Часто магнитные бури происходят через 1–2 дня после солнечной вспышки  из-за прохождения Земли через  поток частиц, выброшенных Солнцем. Исходя из времени запаздывания, скорость такого корпускулярного потока оценивают  в несколько миллионов км/ч. 

Рис. 8 Магнитограмма, на которой зафиксирована малая магнитная буря: Н₀, D₀, Z₀ — начало отсчёта соответствующей составляющей земного магнетизма; стрелками показано направление отсчёта.

Теория  магнитных бурь была развита С.Чапменом, В.Ферраро, Х.Альфвеном, С.Зингером, А.Десслером, Е.Паркером и другими. Когда на некотором  расстоянии от Земли поток солнечных  частиц – протонов и электронов – сталкивается с земным магнитным  полем, это вызывает «магнитный удар», который в виде сильной гидромагнитной ударной волны проходит через  окружающий Землю электропроводящий  газ. Внезапное начало магнитной  бури означает приход гидромагнитной ударной волны.

1.7.  Магнитные карты. Магнитные измерения. 

    Распределение геомагнитного поля у земной поверхности может быть представлено в виде изомагнитных линий, т.е. линий, вдоль которых значение конкретной компоненты остается постоянным. Карты склонения называются картами изогон (рис. 9). Карты напряженности геомагнитного поля называются картами (рис.10). Магнитные карты основаны на многочисленных магнитных съемках, выполняемых на суше, на море и с воздуха.

     Рис.9 Карта магнитного склонения

    на поверхности Земли по состоянию на 2005 год.

Рис.10 Карта полной напряжённости геомагнитного поля (в эрстедах) для эпохи 1965 г.; чёрные кружочки — магнитные полюсы (М. П.), мировые магнитные аномалии: Бразильская (Б. А.) и Восточно-Сибирская (В.-С. А.).

          В дополнение к магнитным съемкам высокоточные наблюдения за магнитным полем Земли ведутся во всех частях мира в магнитных обсерваториях. Со спутников осуществляются магнитные съемки на больших высотах, где не существует влияния региональных магнитных аномалий, таких, как намагниченные тела в земной коре, например железные руды.

Для измерений  применяют: компас магнитный, теодолит магнитный, магнитные весы, инклинатор, магнитометр, аэромагнитометр и  др. приборы. Изучение З. м. и составление  карт всех его элементов играет важную роль для морской и воздушной  навигации, в геодезии, маркшейдерском деле. 

8. Инверсии  магнитного поля

          При подготовке материалов данной курсовой работы из всех аспектов ее, касающихся более всего меня заинтересовал вопрос инверсии геомагнитного поля. Все же.  Будет ли смена геомагнитных полюсов? Этот вопрос вызван отнюдь не праздным любопытством.  По данным некоторых интернет-источников (ИЗМИРАН)   смещение магнитных полюсов регистрируется с 1885 г. За последние 100 лет магнитный полюс в южном полушарии переместился почти на 900 км и вышел в Индийский океан.  Новейшие данные по состоянию арктического магнитного полюса (движущегося по направлению к Восточно-Сибирской мировой магнитной аномалии через Ледовитый океан): показали, что с 1973 по 1984 гг. его  пробег составил 120 км, с 1984 по 1994 гг. - более 150 км. Характерно, что эти данные расчетные, но они подтвердились конкретными замерами и северного магнитного полюса.  По данным на начало 2002-го года скорость дрейфа северного магнитного полюса увеличилась с 10 км/год в 70-х годах, до 40 км/год в 2001-м году.

           Подчеркнем, что ускорение движения полюсов (в среднем на 3 км/год за десятилетие) и заставляет подозревать нас  о том, что в данном перемещении полюсов следует усматривать не экскурс, а переполюсовку магнитного поля Земли. Ускорение может довести перемещение полюсов до 200 км в год, так что инверсия, скорее всего, осуществится гораздо быстрее, чем это предполагается. Н.Рудельман в своей работе “Экскурсия по катастрофам» описал несколько известных в истории существования земли катастроф, с которыми связаны, пять наиболее хорошо известных массовых случаев гибели представителей животного и растительного мира нашей планеты за последние 500 млн. лет.   Каждая из "пятерки" сметала с лица Земли от 50% до 96% ее флоры и фауны, но расчищала эволюционное пространство для появления новых земных существ. Подробнее хочется рассмотреть случившуюся на границе Пермского и Триасового периода, так как, скорее всего, именно во время неё произошёл раскол древнего суперконтинента – Пангеи.

            В свое время, палеомагнитологи, изучая намагничивание пород в период их образования, обнаружили интересный факт, который назвали “дрейфом полюсов”. Выяснилось, что полюса Земли не находились все время на одном и том же месте, а достаточно сильно меняли свое положение. При этом измерения палеомагнитных полюсов для разных материков оказывались до определенного момента времени взаимосогласованными, что явно указывало на то, что до данного момента времени материки были соединены друг с другом.  И лишь менее 250 млн. лет назад полюса вдруг “заходили ходуном”. Что это было - разбег тектонических плит или, какая-то другая  катастрофа точно неизвестно но  магнитное поле Земли начало многократно менять свое направление (магнитная аномалия Иллавара), не задерживаясь на одном месте более чем на 300 - 400 тысяч лет (время - ничтожное с точки зрения геологии). Тогда и произошло то, что иногда называют пермско-триасовым побоищем.

           “Оказывается, не только млекопитающие (и мы в их числе) стали хозяевами планеты благодаря истреблению динозавров, но и сами динозавры воцарились на планете благодаря массовому истреблению предшествовавших им живых видов. На этой отметке, которая находится точно на границе между пермским и триасовым периодами, биологическая жизнь на Земле... претерпела чудовищно-катастрофическое прореживание: в течение считанных миллионолетий исчезло почти восемьдесят процентов всех обитателей морей и океанов и почти семьдесят процентов всех позвоночных!” (Н.Рудельман, “Экскурсия по катастрофам”).

Однако  нас сейчас интересует не достаточно далёкое будущее (хотя возможность  повторения Землёй судьбы Фаэтона не самая приятная перспектива) а непосредственно  биологическое воздействие  смещения магнитных полюсов, и глобальное потепление. Сохранится ли жизнь на Земле?

           В прошлом инверсии магнитных полюсов уже происходили не раз  и жизнь сохранилась. Весь вопрос в том, какой ценой. Если, как утверждается в некоторых гипотезах, во время переполюсовки магнитосфера Земли на некоторое время исчезнет - на Землю обрушится поток космических лучей, что может представить реальную опасность для обитателей планеты. Особенно если исчезновение магнитосферы будет сопряжено с истощением озонового слоя. Утешает тот факт, что во время смены полюсов Солнца, произошедшего в марте 2001 года исчезновения магнитного поля  зафиксировано не было. Но Земля не Солнце.

Еще один признак  приближающейся смены полюсов –  общее ослабление магнитного поля Земли, которое за последние 150 лет ослабло, по расчетам, примерно на 10%. Впрочем, кое-где на нашей планете напряжённость магнитного поля, вопреки общей тенденции, даже слегка возросла. Следует учесть и факт возрастания угла раствора каспов (полярных щелей в магнитосфере на севере и юге), который к середине 90-ых годов достиг 45° (данные ИЗМИРАН). В расширившиеся щели устремился радиационный материал солнечного ветра и межпланетного пространства, т.е. в полярные области стало попадать огромное количество дополнительного вещества и энергии, что приводит к “разогреву” полярных шапок.

Кстати, кто точно знает, почему Земля  вращается?   Я не открою Америки, если скажу что этого никто  точно не знает. Однако если верны  некоторые теории - то при инверсии магнитных полюсов нас ждёт изменение  направления вращения Земли и  климатические изменения. Кстати именно с этим явлением связывают оледенение обширных областей суши и кардинальные перемены климата всей планеты.

          Однако, на мой взгляд, инверсия магнитных полюсов не может стать глобальной катастрофой. Само наличие жизни это подтверждает, хотя отсутствие магнитного поля является неблагоприятным фактором. Помню, в каком то интернет-источнике я прочитала, что Американские ученые еще в шестидесятых годах построили две экспериментальные камеры, одна из которых была окружена мощным металлическим экраном, снижающим напряженность земного магнитного поля в сотни раз. В другой камере сохранялись земные условия. В камеры были помещены семена клевера, пшеницы, и мыши. Спустя несколько месяцев, оказалось, что мыши в экранированной камере быстрее теряли волосяной покров и умирали раньше, чем контрольные. Их кожа была более толстой, чем у животных контрольной группы. Эта кожа, разбухая, вытесняла корневые мешочки волос, что служило причиной раннего облысения. А у растений в безмагнитной камере были отмечены более длинными и толстыми корни. Так чего же нам все-таки ждать от инверсии? Ждать ли конца света?

 Глава II. Практические применения явлений Земного магнетизма

           Под действием геомагнитного поля магнитная стрелка располагается в плоскости магнитного меридиана. Это явление с древнейших времён используется для ориентирования на местности, прокладывания курса судов в открытом море, в геодезической и маркшейдерской практике, в военном деле и т.д.

            Исследование локальных магнитных аномалий позволяет обнаружить полезные ископаемые, в первую очередь железную руду ( Магнитная разведка), а в комплексе с другими геофизическими методами разведки — определить место их залегания и запасы. Широкое распространение получил магнитотеллурический способ зондирования недр Земли, в котором по полю магнитной бури вычисляют электропроводность внутренних слоев Земли и оценивают затем существующие там давление и температуру.

            Одним из источников сведений о верхних слоях атмосферы служат геомагнитные вариации. Магнитные возмущения, связанные, например, с магнитной бурей, наступают на несколько часов раньше, чем под её воздействием происходят изменения в ионосфере, нарушающие радиосвязь. Это позволяет делать магнитные прогнозы, необходимые для обеспечения бесперебойной радиосвязи. Геомагнитные данные служат также для прогноза радиационной обстановки в околоземном пространстве при космических полётах. Постоянство геомагнитного поля до высот в несколько радиусов Земли используется для ориентации и маневра космических аппаратов.

             Геомагнитное поле воздействует на живые организмы, растительный мир и человека. Например, в периоды магнитных бурь увеличивается количество сердечнососудистых заболеваний, ухудшается состояние больных, страдающих гипертонией, и т.д. Изучение характера электромагнитного воздействия на живые организмы представляет собой одно из новых и перспективных направлений биологии. 

Глава III. Палеомагнетизм

         Изучение магнетизма, «сохраненного» в минералах и горных породах, обеспечивает информацию об истории земного магнитного поля в геологическом прошлом. Если горячее вещество охлаждается в магнитном поле от температуры выше точки Кюри (температура, выше которой намагниченное вещество теряет свою намагниченность) до более низких температур, его остаточная намагниченность будет сохранять направление внешнего магнитного поля, существовавшего при охлаждении. Поэтому сформировавшиеся из расплава минералы «запоминают» направление геомагнитного поля. Кроме того, при осадконакоплении намагниченные частицы в водных бассейнах ориентируются под воздействием земного магнитного поля. Эти феномены лежат в основе палеомагнетизма, но их интерпретация исключительно сложна, поскольку магнетизм пород не всегда стабилен.

         Палеомагнитные данные легли в основу теории дрейфа материков. В результате исследований разновозрастных горных пород было установлено, что их намагниченность отклоняется от направления современного магнитного поля. Таким образом, создается впечатление, что магнитные полюса в геологическом прошлом перемещались относительно поверхности Земли. Это интерпретируется как свидетельство того, что взаимное расположение материков в разные геологические эпохи менялось. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Заключение

         Многие спрашивают: а не устарел ли в наше время магнитный компас? Ведь сейчас у штурманов есть такие точные приборы, как гирокомпас и разнообразные радиолокационные устройства. Да, кроме того, на кораблях, сделанных из металла, магнитная стрелка едва ли покажет правильное направление. Ведь известно, что - любая железная вещь значительно отклоняет стрелку.

     И все-таки маленькая подвижная стрелка  служит людям и сейчас. На любом современном корабле обязательно устанавливают один или два магнитных компаса. Кроме компаса, штурман имеет карту, на которой указана величина магнитного склонения для каждого пункта.