Магнитное поле Земли

Земля обладает магнитным полем и представляет собой гигантский шар, намагниченный по оси, отклоняющейся от оси вращения примерно на 11,5 градуса. Геомагнитное^* поле похоже на дипольное. Так называется поле магнита, у которого полюсы находятся очень близко друг к другу. Если диполь находится в центре шара, то магнитное поле на его поверхности имеет полюса, расположенные в диаметрально противоположных точках. Магнитные полюса Земли не совпадают с географическими. Магнитная ось нашей планеты наклонена к оси ее вращения на 11,5^o. Магнитный полюс в Северном полушарии находится около берегов Северной Америки (71^o с.ш., 96^o з.д.), а полюс в Южном полушарии - около берегов Антарктики (70^o ю.ш., 150^o в.д.). Таким образом, магнитные полюса Земли не находятся в диаметрально противоположных точках земного шара, а магнитная ось не только не совпадает с осью вращения Земли, но и не проходит через ее центр. Величина геомагнитного поля на полюсах примерно в два раза больше, чем на экваторе, причем величина поля в Северном полушарии несколько больше, чем в Южном. Геомагнитное поле существует не только на поверхности Земли, но и на значительном удалении от нее, что убедительно показали измерения с искусственных спутников. Околоземное пространство, в пределах которого геомагнитное поле больше межпланетного, получило название магнитосферы. Околоземное пространство по характеру магнитного поля делится на три области:

1. Невозмущеипый солнечный ветер. Он располагается перед фронтом ударной волны.

2. Магнитопауза, которая находится между фронтом ударной волны и границей магнитосферы. Ее протяженность составляет несколько земных радиусов. Магнитопауза заполнена солнечной плазмой бо­

лее плотной и медленной, чем в области солнечного ветра.

3. Магнитосфера, которая заполнена частицами высоких энергий, образующих радиационные пояса. Под действием магнитного поля здесь происходит движение заряженных частиц, таких как электроны и протоны. Указанные частицы движутся по определенным траекториям в магнитосфере, образуя электронные и протонные радиационные пояса. Магнитосфера имеет внутреннюю и внешнюю области.

Основным параметром геомагнитного поля является напряженность, которая измеряется в эрстедах. Это векторная величина и поэтому характеризуется модулем и направлением. Магнитная стрелка в геомагнитном поле ориентируется параллельно его силовым линиям. Концы стрелки указывают на северный и южный магнитные полюса Земли, которые не совпадают с географическими полюсами. Угол между направлением северного конца стрелки и направлением на географический полюс называют магнитным склонением. Магнитное склонение измеряется в градусах. Магнитная стрелка располагается под углом к поверхности Земли. Угол, который образует стрелка компаса с горизонтальной плоскостью, получил название магнитного наклонения. Точки, в которых магнитное наклонение равно 90 ", называют магнитными полюсами. Характеристики геомагнитного поля меняются не только в пространстве, но и во времени. Среднегодовые изменения магнитного поля получили название вековых вариаций, а их изменение за один год — векового хода. Выделяют следующие виды вариаций: регулярные вариации, магнитные бури и короткопериодические колебания. Регулярные вариации имеют определенную продолжительность. Примером являются солнечно-суточные и лунно-суточные вариации, у которых период равен солнечным и лунным суткам соответственно. Магнитные бури появляются внезапно, а потом долгое время могут отсутствовать. Их продолжительность может составлять от нескольких десятков минут до нескольких часов. Короткопериодические колебания имеют период от десятых долей секунды до нескольких минут. Большинство вариаций геомагнитного поля связано 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 короткопериодические вариации обнаруживают связь с расположением магнитной оси Земли по отношению к Солнцу. В полярных областях геомагнитное поле никогда не бывает спокойным. Магнитные бури имеют тенденцию к повторению через 27 дней. Бури обнаруживают также 11-летнюю цикличность (совпадающую с цикличностью солнечной активности). Магнитные возмущения, охватывающие всю Землю, называются мировыми магнитными бурями. Они сопровождаются усилением интенсивности полярных сияний, изменением высоты и плотности ионизированных слоев. Это приводит, в частности, к нарушениям связи на коротких волнах. Мировые магнитные бури часто начинаются внезапно. Обычно это происходит через сутки-двое после вспышки на Солнце. Магнитные бури и некоторые короткопериодические колебания возникают тогда, когда усиливается деятельность Солнца, когда на нем появляются солнечные пятна или вспышки.

Для наглядного представления картины изменения магнитного склонения по земному шару прибегают к построению карт изопор. Изопоры — это линии, соединяющие точки с одинаковым значением векового хода. Величина векового хода изменяется во времени, на что в настоящее время обращают особое внимание геофизики. Отклонения напряженности поля от нормальных значений для данной местности называют магнитными аномалиями. Причина их — изменение состава горных пород в разрезе земной коры. Геомагнитное поле оказывает воздействие на горные породы, слагающие земную кору. Все вещества по воздействию на них магнитного поля делятся на ферромагнетики, парамагнетики и диамагнетики. Причем только ферромагнетики под действием магнитного поля приобретают существенную намагниченность и сами становятся магнитами. При снятии внешнего поля у ферромагнетиков частично остаются магнитные свойства. Это явление получило название остаточной намагниченности. В случае осадочных пород приобретенная намагниченность называется ориентационной, в случае изверженных - термоостаточной. Решением этих задач занимается специальное направление геофизики — палеомагнитология. Палеомагнитология – область геофизики, изучающая древнее магнитное поле Земли. Это поле запечатлено в остаточной намагниченности горных пород, направление которой параллельно направлению древнего поля, а величина прямо пропорциональна его напряженности. Палеомагнетизм как явление представляет собой природную записывающую систему, подобную обычному магнитофону:

1. Записываемым сигналом является магнитное поле Земли в зависимости от времени;

2. Магнитным носителем записи (аналогом магнитной ленты) служат магнитные минералы, рассеянные в горных породах, совокупность которых составляет геологическую летопись;

3. Фиксирование намагниченности происходит с помощью некоторых геологических процессов (остывание изверженных пород или литификация осадочных пород);

4. Сохранность записи обеспечивается в том случае, если в течение геологической жизни породы не происходило вторичного нагрева или переотложения, химических изменений магнитного носителя записи и т.д. 5. Воспроизведение записи производится путем отбора коллекций образцов ипроведением измерений остаточной намагниченности в лабораториях с последующей статистической обработкой результатов для выделения полезного сигнала на фоне случайного шума;

6. Полезный сигнал представляет собой направление (и величину) магнитного поля в некоторый фиксированный момент в геологическом прошлом во множестве географических точках.

В палеомагнитологии разработаны методы отбора коллекций образцов, создан комплекс аппаратуры для измерения различных магнитных характеристик и параметров, применяется математический аппарат обработки данных, включающий статистические методы, сформированы базы палеомагнитных данных. Зная ориентировку геомагнитного поля для данного времени и ориентировку вектора остаточной намагниченности пород этого возраста, можно определить географические координаты места образования пород и проследить путь их перемещения. Такого рода реконструкции первоначального положения отдельных крупных участков земной коры получили название палинспастических реконструкций. Инверсии магнитного поля - это смена знака осесимметричного диполя. Наличие противоположно намагниченных горных пород является следствием не каких-то необычных условий в момент ее образования, а результатом инверсии магнитного поля в данный момент. Обращение полярности геомагнитного поля- важнейшее открытие в палеомагнитологии, позволившее создать новую - магнитостратиграфию, изучающую расчленение отложений горных пород на основе их прямой или обращенной намагниченности. Магнитостратиграфическая шкала является, по существу глобальной шкалой

геомагнитной полярности за наблюдаемую часть геологической истории. Временные интервалы преобладания какой-либо одной полярностиполучили название геомагнитных эпох и части из них присвоены имена выдающихся геомагнитологов Брюнесса, Матуямы, Гаусса и Гильберта. В пределах эпох выделяются меньшие по длительности интервалы той или иной полярности, называемые геомагнитными эпизодами. Магнитное поле Земли — объект для изучения многих наук: геофизики, физики атмосферы, астрофизики, таких на первый взгляд далеких от этой области дисциплин, как биология, медицина и др. Геология и геофизика используют геомагнитное поле для изучения геологического строения отдельных участков земной коры (различные виды магнитометрических съемок), глубинного геологического строения (магнитотеллурическое зондирование), поисков и разведки месторождений полезных ископаемых, значительно отличающихся от окружающих пород по своим магнитным свойствам.