В университетской палеомагнитной лаборатории я получил бесценный опыт по работе с образцами керамики, освоив трудоемкий процесс извлечения информации о древнем поле из обломка глиняной вазы. Дипломная работа была написана и успешно защищена, затем были годы аспирантуры и успешная защита кандидатской диссертации на археомагнитную тему.
Профессия археомагнитолога окутана ореолом романтики – пласты горных пород, древние артефакты, находки, открытия… Но на самом деле это нелегкий и кропотливый труд, многочасовая лабораторная обработка коллекций образцов, систематизация и обсуждение полученных результатов. Тем не менее, возникает любовь к этой профессии и поселяется в сердце, иногда – на всю жизнь.
Итак, вековые вариации магнитного поля Земли… На их основе базируются современные палеомагнитные модели и опорные кривые векового хода геомагнитного поля, позволяющие производить точный палеоанализ и археомагнитную датировку. От точного анализа и прогноза вековых вариаций зависит качество работы навигационных систем и систем радиосвязи.
Особое значение имеют экологические аспекты взаимодействия вековых изменений магнитного поля Земли с биосферой, от которых зависит сохранение жизни на нашей планете.
В системе наук о Земле эти научные направления являются одними из самых интересных, они поражают наше воображение и помогают понять и оценить совершенство законов окружающего нас мира.
В книге в простой и доступной форме рассказывается об этих удивительных свойствах нашей планеты. Надеюсь, что читателям эта книга понравится, и в ней они найдут много нового и интересного.
Виктор Харебов
(Торонто, 2023)
Магнитное поле Земли
Источники магнитного поля
Наша планета состоит из трех основных слоев: земной коры, мантии и ядра (рис. 1).
Земная кора – это внешняя оболочка толщиной несколько десятков километров. На долю этого слоя приходится примерно 5% объема и менее 1% массы всей Земли.
Под земной корой находится мантия – это слой толщиной примерно 2900 км, на долю мантии приходится 83% объема и примерно 70% массы всей планеты.
На глубине порядка 2900 км от земной поверхности располагается земное ядро. Ядро имеет форму шара радиусом 3500 км, состоящее из железа с примесью других металлов. Ядро является самой плотной частью планеты, на его долю приходится всего 15% общего объема и 35% массы Земли.
Ядро Земли состоит из двух частей – твердого внутреннего ядра, радиус которого примерно 1300 км, и жидкой внешней оболочки ядра толщиной примерно 2200 км.
Внешняя жидкая оболочка холоднее внутреннего ядра, поэтому происходит тепловое перемешивание жидких потоков (конвекционные течения).
Рис. 1 – Строение Земли и силовые линии
геомагнитного поля
Ближние к внутреннему ядру слои жидкой оболочки вращаются вокруг земной оси быстрее, чем слои, расположенные дальше от ядра. В результате градиента скорости вращения на слои жидкого железа начинает действовать сила Кориолиса, которая заставляет эти слои отклоняться и образовывать спиралевидные траектории, а слабое внешнее поле следует за этими траекториями, постепенно образуя искаженные кольца. Таким образом возникают электрические контуры, которые, в свою очередь, усиливают внешнее поле (динамо-эффект).
Малейшего теплового движения во внешней оболочке земного ядра достаточно для возникновения начального электрического контура, создающего внешнее магнитное поле, которое впоследствии усиливается динамо-эффектом, и в конечном итоге образует магнитное поле Земли. Дополнительный усиливающий эффект могут создавать слабые внешние (в том числе и космические) поля, пронизывающие электрические контуры.
Морфология вековых вариаций
Наблюдаемое на поверхности Земли магнитное поле можно представить в виде суммы трех полей:
• главного геомагнитного поля, источники которого находятся во внешнем электропроводящем ядре,
• аномального, создаваемого намагниченными горными породами,
• и внешнего, источники которого находятся в верхних слоях атмосферы.
Вклад главного геомагнитного поля составляет более 95%, аномальное поле составляет около 3% геомагнитного поля, а внешнее поле, связанное с солнечно-земными взаимодействиями, – менее 1%.
Установлены следующие свойства магнитного поля Земли:
• Главное магнитное поле, усредненное за достаточно большой промежуток времени, носит преимущественно дипольный характер.
• Магнитный полюс перемещается внутри малой области, его положение близко к географическому полюсу.
• Источник геомагнитного поля одинаков за всю историю