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, происходящими 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 и 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 500-700°С, по мере остывания приобретают намагниченность, величина и направление которой соответствуют магнитному полю Земли, действовавшему 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 своем извергались только в определенные тектономагматические эпохи, в сравнительно узком.
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.
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.
Внешнее магнитное поле Земли - магнитосфера - распространяется в космическом пространстве более чем на 20 земных диаметров и надежно ограждает нашу планету от мощного потока космических частиц.
СТРОЕНИЕ МАГНИТОСФЕРЫ: солнечный ветер, фронт ударной волны, межпланетное магнитное поле, хвостовая часть магнитосферы, магнитопауза (граница магнитосферы), ночная сторона магнитопаузы, дневная сторона магнитопаузы, точка пересечения силовых линий, ионосфера, захваченные силовыми линиями частицы, сфера плазмы, овал полярных сияний.
Наиболее же ярким проявлением магнитосферы являются магнитные бури - быстрые хаотические колебания всех компонентов геомагнитного поля. Зачастую магнитные бури захватывают весь земной шар: они регистрируются всеми магнитными обсерваториями мира - от Антарктиды до Шпицбергена, причем вид магнитограмм, полученных в самых отдаленных точках Земли, удивительно схож. Поэтому не случайно такие магнитные бури называют глобальными.
Амплитуда колебаний магнитного поля во время бури в сотни, а то и в тысячи раз превышает уровень колебаний в «спокойные» дни, однако по отношению к главному (внутреннему) магнитному полю Земли они обычно увеличиваются не более чем на 1-3%. Внешнее магнитное поле - это поле токов, текущих в ионосфере - внешней оболочке атмосферы Земли, расположенной примерно на расстоянии от 100 до 600 км от ее поверхности. Эта оболочка насыщена частично ионизированным газом - плазмой, которая пронизывается геомагнитным полем. Вращение Земли неизбежно приводит к вращению ее газовых внешних оболочек, которые, помимо земного тяготения, испытывают давление солнечного ветра.
3. Магнитные бури
Магнитные бури оказывают сильное влияние на радиосвязь, на линии электросвязи и на силовые электроустановки. Так, во время сильной магнитной бури 11 февраля 1958 года, охватившей весь земной шар, во многих местах отмечалось прекращение радиосвязи.
Электрические токи, вызванные в Земле магнитной бурей, в Швеции были так велики, что загорался электроизоляционный материал на кабелях, сгорали предохранители, трансформаторы, прерывалась сигнализация на железных дорогах.
3.1 Почему происходят магнитные бури?
Почему происходят магнитные бури? Оказывается, в этом виновато Солнце, точнее, процессы, происходящие на этой, самой близкой к нам звезде.
Установлено, что, когда на Земле совершаются магнитные бури, на Солнце наблюдаются пятна, происходят исключительно сильные взрывы.
В том, что стрелка компаса колеблется, не всегда виновато Солнце. Есть места на земном шаре, где на стрелку оказывают влияние горные породы.
Известно, что все горные породы обладают магнитными свойствами. Но среди них изверженные кристаллические породы наиболее магнитны.
Поэтому там, где на глубине залегают кристаллические породы определенного состава, наблюдаются магнитные аномалии. В таких местах Земли стрелка компаса, вместо того чтобы указывать на север, может повернуться на запад, на восток или даже на юг.
Наиболее сильные магнитные аномалии бывают в районах, где на глубине залегают железорудные породы. Вот почему геологи уже давно ведут поиски полезных ископаемых с помощью компаса. Так, например, было открыто крупнейшее в мире месторождение железной руды -- Курская магнитная аномалия, а также Соколовско-Сарбайское железорудное месторождение в Казахстане.
В последнее время ученые пришли к выводу, что магнитные свойства Земли оказывают влияние не только на магнитную стрелку компаса, но и на живые организмы.
3.2 Оказываемое влияние магнитного свойства Земли на живые организмы
Тот из вас, кто разводит рыбок в аквариуме, знает, что их можно приучить к тому, чтобы, после того как вы постучите по стеклу аквариума» он» подплывали к определенному месту, где им, обычно дают корм. Постукивание можно заменить зажиганием лампочки и, как это недавно выяснилось, магнитом. Оказывается, рыбки чувствуют его действие.
Еще более чувствителен человек, а также животные к процессам, происходящим периодически на Солнце (сильные взрывы, появление пятен). Процессы эти, как вы теперь знаете, вызываются магнитными бурями.
Ученые уже давно приметили, что бурная активность Солнца наступает примерно через 11 лет. Они также заметили одиннадцатилетний период в жизни некоторых организмов. Так, например, если внимательно рассмотреть годовые кольца на спиле старого дерева, можно заметить, что толщина этих колец неодинакова. Повторяемость более широких и более узких колец имеет определенную закономерность -- она отражает одиннадцатилетний цикл солнечной активности.
Собран огромный материал о повторяемости массовых заболеваний среди людей и животных. И опять же установлена взаимосвязь между эпидемиями и изменением солнечной активности. Так, грипп «наступает» в годы максимумов солнечной активности, а ящур, этот бич животноводства, наоборот, в годы малой активности Солнца.
Очень интересные данные получены в отношении дифтерии. Отмечено, что болезнь давала вспышки в годы минимума солнечной активности.
В период беспокойного Солнца усиливается рост деревьев, катастрофически размножаются или неожиданно пропадают полчища насекомых -- вредителей сельского хозяйства.
Может показаться удивительным, но число автомобильных катастроф, согласно статистике, как правило, возрастает -- и нередко в четыре раза!--на второй день после... вспышек на Солнце. С помощью специальных приборов было замечено, что во время вспышек на Солнце у людей замедляется реакция на сигналы, и притом в несколько раз по сравнению с днями спокойного Солнца.
Итак, есть все основания считать, что солнечные вспышки и магнитные бури оказывают воздействие на живые организмы, в том числе и на здоровье человека.
В некоторых странах, в том числе и в Советском Союзе, организована специальная служба Солнца. Так, например, на некоторых пляжах установлены магнитографы, регистрирующие колебания земного магнетизма. Когда портится погода на Солнце, люди без прибора этого не замечают! море по-прежнему сверкает и переливается в солнечных лучах и на небе ни тучки. А магнитограф сообщает: на Солнце происходят возмущения. Врачи, узнав об этом, успевают вовремя защитить от солнечной непогоды своих пациентов.
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 ме-талла, магнитная стрелка едва ли покажет правильное на-правление. 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, турман имеет карту, на которой указана величина магнитного склонения для каждого пункта.
Зная величину магнитного склонения и имея показания корабельного компаса, штурман вводит в них поправку и определяет истинный курс корабля. Например, в Балтийском море магнитное склонение равно 4-6 градусов, склонение восточное. Значит, стрелка компаса от истинного направления север -- юг отклонена к востоку на 6 градусов. Чтобы определить истинный курс корабля, нужно показание компаса исправить на 6 градусов.
Наши ученые нашли способ, как избавиться от отклонения стрелки компаса под воздействием железных предметов, находящихся на корабле (такое отклонение называется девиацией). Для этого вокруг компаса в определенном порядке располагают специальные магниты и железные предметы.
Благодаря науке о девиации магнитный компас остался верным помощником моряков и на железных кораблях.
В XX веке с появлением авиации возникла необходимость применения магнитного компаса на самолетах. При этом уничтожение девиации компаса на самолетах производится так же, как и на кораблях.
Интересно отметить, что не только человек использует силу земного магнетизма (например, для навигации). Есть некоторые основания считать, что птицы, удивляющие нас способностью при своих перелетах находить места, в которых они когда-то родились и жили, также используют эти силы.
Не так давно были проведены интересные опыты с почтовыми голубями, которые, как известно, отличаются способностью определять свое постоянное местонахождение. Пять голубей были увезены далеко от города, в котором они находились. Выпущенные на волю, птицы безошибочно возвратились обратно. Затем каждому голубю под крылья привязались вый маленький магнит и повторили опыт. Оказалось, что только один голубь из пяти возвратился домой, и то после долгого блуждания в пути.
Итак, на нашей планете под действием магнитных сил Земли стрелка компаса устанавливается в определенном направлении.
Но случается, что стрелка компаса вдруг начинает волноваться, резко и внезапно вздрагивать, метаться из стороны в сторону. Такие явления ученые называют магнитными бурями.
Магнитное поле Земли предстоит еще хорошо изучить, что бы до конца выяснить его влияние на природу.
Литература
1. Берлянт А.М. и др. Физическая география. Справочные материалы: книга для учащихся. - М.: Просвещение, 1994.
2. Новиков Э.А. Клады Земли. М., Наука, 1999г.
3. Перельман А.И. Состав Земли. М., Знание, 2001г.
4. Учебник География 8 класс Э. М. Раковская Издательство «Просвещение» Москва 1999г;
5. Учебник Физика 8 класс А. В. Пёрышкин Издательство « Просвещение» Москва 1997г;
6. Энциклопедия «Я ПОЗНАЮ МИР» Издательство «АСТ» Москва 1999г;
7. Энциклопедия для детей: Т. 4 (Геология). - М., Аванта+, 2002г.
Приложение
1. Сюрпризом для исследователей стало обнаружение магнитосферы Меркурий. Она была открыта в 1974 году при помощи космического аппарата «Маринер- 10». Магнитное поле Меркурия оказалось, правда, весьма слабым - его напряженность на поверхности планеты почти в 100 раз меньше, чем на поверхности Земли, а расстояние, на которое простирается магнитосфера Меркурия, составляет лишь около 2,5 тысячи километров. Хотя, несмотря на свои миниатюрные размеры, меркурианская магнитосфера обнаруживает достаточно много общего с земной.
2. Следующая за Меркурием Венера не располагает, сколько нибудь заметным магнитным полем. Это стало ясно после многочисленных исследований планеты аппаратами серий «Венера» и «Маринер». Однако у Венеры имеется довольно плотная ионосфера, чье взаимодействие с электрическим полем межпланетного пространства и солнечным ветром создает эффект наведенной магнитосферы.
3. Спутник 3емли - Луна не имеет ни магнитного поля, ни магнитосферы, способной противостоять солнечному ветру. Лунные поверхностные слои обладают весьма низкой электропроводностью, а потому в них не удалось обнаружить и магнитных явлений, связанных с протеканием электрических токов через тело нашего спутника. Тем не менее, магнитометры, оставленные экипажами «Аполлонов», так же как и приборы, размещенные на борту «Луноходов», обнаружили небольшие участки Луны, обладающие высокой магнитной активностью. Связаны такие локальные магнитные явления с вкраплениями в тело Луны намагниченных или хорошо проводящих масс.
4. Очень слабое магнитное поле у Марса - его едва хватает на то, чтобы остановить поток солнечного ветра. Правда, в отличие от Меркурия Марс обладает еще и ионосферой, и потому магнитосфера Красной планеты сочетает в себе свойства как собственного, так и наведенного магнитного поля.
5. Единственной планетой, существование магнитосферы которой было предсказано на основе наземных радиоастрономических наблюдений, оказался Юпитер. Анализ мощности и поляризации радиоизлучения, распределения яркости источника позволил не только предсказать сам факт наличия магнитного поля, но и оценить его величину, а также получить информацию о радиационном поясе Юпитера. Полеты аппаратов «Пионер-10» и «Пионер-11» расширили представления о магнитосфере этой планеты. Оказалось, что Юпитер обладает мощным магнитным полем - его магнитный момент в 50 000 раз превосходит магнитный момент Земли, а граница магнитосферы находится на расстоянии около 7 млн. км от поверхности планеты.
6. Не вызывает сомнений и наличие магнитного поля Сатурн - доказательством тому стали данные, полученные в 1979 году в ходе исследований, использовавших аппарат «Пионер-11». Магнитное поле, замеренное над облачным поясом Саryрна, почти не отличается от магнитного поля на поверхности Земли. Ось вращения Сатурна практически совпадает с его магнитной осью, а форма магнитосферы этой планеты - гиганта обнаруживает гораздо большее сходство с земной, нежели с юпитерианской.
7. Что касается Урана, то обнаружить магнитное поле этой планеты удалось с помощью аппарата «Вояджер-2», приборы которого зафиксировали крайнюю его переменчивость. Магнитная ось Урана наклонена к оси его вращения более чем на 55% (это больше, чем у любой другой планеты Солнечной системы). Напряженность его магнитного поля достаточно близка к земной, а вот полярность - обратная. Магнитосфера Урана по мере удаления от планеты закручивается в длинную спираль.
8. Восьмая по удаленности от Солнца планета Нептун также обладает магнитным полем, обнаруженным приборами «Вояджера-2». Оно по некоторым параметрам схоже с урановым, в частности наклон его магнитной оси к оси вращения составляет 47%. Магнитосфера Нептуна сильно вытянута.
9. Данных по наличию магнитного поля самой удаленной от Солнца планеты - Плутон - пока не существует.
10. Магнитное склонение - угол между географическим и магнитным меридианами в данной точке земной поверхности. Склонение магнитное считается положительным, если северный конец магнитной стрелки отклонен к востоку от географического меридиана, и отрицательным -- если к западу.
Страницы: 1, 2
