Sorry, this entry is only available in
Russian
На жаль, цей запис доступний тільки на
Russian.
К сожалению, эта запись доступна только на
Russian.

For the sake of viewer convenience, the content is shown below in the alternative language. You may click the link to switch the active language.

Главное геомагнитное поле и магнитные аномалии

Явление магнетизма было из­вестно человечеству еще в глу­бокой древности. Однако его си­стематическое опытное изучение началось с работы знаменитого английского ученого У. Гилберта «О магните, магнитных телах и великом магните Земли» (1600 г.). Гилберт первым среди естество­испытателей стал рассматривать Землю как гигантский магнит. Значительный вклад в изучение земного магнетизма был сделан крупнейшим немецким математи­ком К. Гауссом, опубликовавшим в 1838 г. свой фундаментальный труд «Общая теория земного маг­нетизма». В этой работе было до­казано, что большая часть магнит­ного поля Земли создается источниками, находящимися внутри нашей планеты. Это поле, имею­щее планетарную природу, впо­следствии было названо главным геомагнитным полем.

Систематическое изучение маг­нитного поля в обсерваториях, начатое в нашем столетии, в конце сороковых годов привело ученых-магнитологов к выводу о том, что поле внешних по отношению к Земле источников составляет менее 1 % от главного геомагнит­ного поля. Тем самым окончатель­но подтверждалось фундамен­тальное открытие Гаусса о внут­ренних источниках магнитного по­ля Земли.

В настоящее время принято считать, что главное геомагнитное поле состоит из поля магнитного диполя, или круглого стержня, помещенного в центр Земли, и вдесятеро меньшей по величине, переменной во времени и про­странстве недипольной части. Не­большое отклонение магнитной стрелки компаса от направления на географический полюс как раз и обусловлено влиянием неди­польной части, которая складыва­ется из кратковременных (суточ­ных или еще более быстрых) и долговременных (так называемых «вековых») колебаний. Кратко­временные изменения вызываются электрическими токами в ионо­сфере, на высоте более 100 км над земной поверхностью.

«Вековые» вариации геомаг­нитного поля выражаются в от­четливом западном дрейфе поля. Скорость этого дрейфа составляет около 0,18° долготы в год; это оз­начает, что «вековая» аномалия обращается вокруг Земли при­мерно за 2000 лет. Таким образом, за период времени в несколько десятков тысяч лет ее суммарный эффект сводится к нулю. Это фун­даментальное положение в уче­нии о земном магнетизме чрез­вычайно важно для геологии, по­скольку открывает широкие воз­можности для применения палеомагнитного метода. Оно означает, что в среднем за тысячелетия ось геомагнитного диполя и ось вра­щения Земли совпадают и что средние геомагнитные и геогра­фические полюса, таким образом, совпадают между собой.

Источником главного геомаг­нитного поля, вероятно, является земное ядро. Вращение внутрен­него ядра, а также движение жид­кости во внешнем ядре можно рассматривать как движение про­водников в магнитном поле, что приводит к возникновению элект­рических токов. Магнитное поле этих электрических токов слагает­ся с уже имеющимся геомагнит­ным полем и усиливает его. По со­временным представлениям, именно с этим явлением связано происхождение главного геомаг­нитного поля. Скорость вращения внутреннего ядра может несколько отличаться от скорости враще­ния коры и мантии Земли, что, видимо, отражается в дрейфе не-дипольной части геомагнитного поля.

Дисковое динамо Э. Булларда и двухдисковое динамо Т. Рикитаке; в последнем возможны обращения геомагнитного  поля

Дисковое динамо Э. Булларда и двухдисковое динамо Т. Рикитаке; в последнем возможны обращения геомагнитного поля

Для объяснения происхожде­ния главного геомагнитного поля известным английским геофизи­ком Э. Буллардом была предло­жена так называемая модель гео­магнитного динамо, которая за­ключается в следующем. Если вращающийся металлический диск поместить в магнитное поле, па­раллельное оси его вращения, то по закону электромагнитной ин­дукции в нем появится электриче­ский ток, направленный от оси к краю диска. Если этот ток пропус­тить по проводу, совершающему один или несколько витков вокруг оси вращения диска, то возникнет дополнительное магнитное поле, которое будет складываться с первоначальным полем и усиливать его. Такой динамо-механизм объясняет усиление начального геомагнитного поля, но не отра­жает одного из его важнейших свойств — обращений, т. е. смены знака поля на противоположный.

Японский магнитолог Т. Рикитаке предложил двухдисковую модель, в которой обращения магнитного поля реализуются. Однако, этим была показана толь­ко принципиальная возможность обращений, но не их действитель­ный механизм, поскольку ни час­тота обращений земного магнит­ного поля, ни длительность интер­валов прямой и обратной поляр­ности в модели Рикитаке не по­лучили объяснения. И до сих пор, несмотря на ряд попыток развить идею двухдискового динамо, она остается только физической ана­логией сложного процесса в зем­ных недрах, расшифровать кото­рый пока до конца не удается.

Главное геомагнитное поле осложнено аномалиями. Анома­лии могут иметь различную при­роду: часть из них вызвана геоло­гическими объектами, находящи­мися ниже уровня поверхности Земли; другие связаны с возму­щениями магнитосферы и имеют, таким образом, внешнюю по от­ношению к твердой Земле при­роду. На Земле имеется несколь­ко чрезвычайно крупных — миро­вых — аномалий магнитного поля, размеры которых составляют ты­сячи километров. Однако они мало занимают геологов, в пер­вую очередь их интересуют бо­лее локальные возмущения поля, имеющие внутренний источник и размеры от десятков метров до нескольких десятков, редко — сотен километров. Именно эти аномалии вызваны конкретными геологическими объектами и являются предметом изучения геоло­гов-поисковиков.

Магнитное поле Земли — единственное геологическое по­ле, история которого буквально «записана» в геологических раз­резах. Прежде всего это относит­ся к инверсиям поля, которые од­новременно по всей Земле запе­чатлеваются в осадочных или вул­каногенных напластованиях и, та­ким образом, являются всемир­ными реперами времени. Зафик­сированная в каменной летописи Земли история ее магнитного поля позволяет изучать не только соб­ственную историю последнего, но и эволюцию различных частей планеты: ядра, где это поле гене­рируется, и земной коры, где это поле «записано».

Исследование магнитного поля акваторий

Изучают распределение маг­нитного поля с помощью магни­тометров. Геомагнитная съемка поверхности Земли проводится уже более столетия, а вот съемка океанов началась сравнительно недавно. В предвоенные годы большой объем работ был выпол­нен с борта немагнитного судна США «Карнеги». Эти работы бы­ли направлены в основном на картирование поля для геомагнит­ной навигации. После второй ми­ровой войны эстафету подхвати­ла советская немагнитная шхуна «Заря», которая и до сих пор проводит исследования распределе­ния элементов земного магнитно­го поля на акватории океанов. Обширные работы по геомагнит­ной съемке акваторий (в основ­ном, в областях, близких к побе­режьям) проводятся с самолетов. Первая аэромагнитная съемка в океане была выполнена в 1957 г. в Тихом океане в районе Куриль­ской островной гряды советским геофизиком О. Н. Соловьевым. Крупные исследования, охватив­шие обширные пространства океанов, выполнены американ­скими магнитологами по проекту «Магнит». Советские исследовате­ли провели детальную аэромаг­нитную съемку Северного Ледо­витого океана, в результате чего был открыт подводный хребет Гаккеля — одно из звеньев сре­динно-океанических хребтов.

Новые возможности в изучении магнитного поля океанов откры­лись с использованием для реги­страции поля магнитомеров, бук­сируемых за движущимся судном на длинном кабель-тросе. Начал­ся этап массового сбора геомаг­нитной информации на аквато­риях.

Наиболее простым, точным и надежным в эксплуатации прибо­ром является протонный магнитомер, который регистрирует мо­дуль полного вектора геомагнит­ного поля. Помимо протонного, в практике геомагнитных исследо­ваний используются феррозондовые и квантовые приборы; однако их показания в большей или мень­шей степени нуждаются в коррек­тировке по показаниям протонно­го магнитометра. Очень важно так­же изучать распределение верти­кальной и горизонтальной соста­вляющих поля, а также его скло­нение и наклонение. Для этого используются специальные бук­сируемые компонентные магнито­метры или же регистрация этих величин ведется с немагнитных судов.

Исследование магнитного поля океанов показало, что для огром­ных участков акваторий характер­но специфическое линейное (или полосчатое) магнитное поле. Да­же на удаленных друг от друга профилях магнитной съемки вид­но, что как рисунок аномалий, так и многие другие характерные особенности, дающие возмож­ность распознать ту или иную ано­малию, повторяются практически без изменений. Это позволяет трассировать аномалии на боль­шие расстояния. Иногда они сдви­гаются в стороны по разломам, но чередование положительных и отрицательных аномалий не нарушается. Помимо полосча­тости, замечательным свойством магнитного поля океанов является зеркальная симметрия аномалий относительно оси срединно-океанического хребта. В северо-запад­ной и центральной частях Индий­ского океана, между Австралией и Антарктидой, в южной и восточ­ной частях Тихого океана, в Атлан­тике и в Северном Ледовитом океане развиты осесимметричные линейные магнитные аномалии. Однако не на всем огромном про­странстве Мирового океана сим­метрия выдерживается. В северо-западной части Тихого океана, во­сточной части Индийского океана, у берегов Флориды в Атлантике хотя и развиты полосовые анома­лии, но оси симметрии они не имеют. Между двумя система­ми — осесимметричных и не имеющих оси симметрии анома­лиями — располагается обшир­ная зона спокойного магнитного поля, где линейные аномалии практически отсутствуют.

Линейные магнитные аномалии Мирового океана (По У. Питману с соавторами и др.). Номера аномалий — в соответствии с магнитохронологической шкалой

Линейные магнитные аномалии Мирового океана (По У. Питману с соавторами и др.). Номера аномалий — в соответствии с магнитохронологической шкалой

Осесимметричные аномалии везде пространственно совпада­ют со срединно-океаническими хребтами. Именно этот факт поз­волил английским геофизикам Ф. Вайну и Д. Метьюзу в 1963 г. связать представление Хесса и Дица о развитии океанского дна в результате его раздвижения (спрединга) в области срединно-океанических хребтов, с наблю­даемой полосчатостью магнитного поля, закономерной сменой в пространстве полос положитель­ных и отрицательных аномалий. Для объяснения этого эффекта они предложили простую блоко­вую модель строения океаниче­ской коры. По этой модели поло­жительные аномалии создаются положительно намагниченными блоками коры, а отрицательные аномалии — отрицательно намаг­ниченными блоками. В такой мо­дели срединно-океанический хре­бет можно уподобить бегущим в разные стороны от его оси лен­там конвейера, на которых в осе­вой зоне последовательно поя­вляются блоки положительно и отрицательно намагниченных по­род. В процессе спрединга дна эти блоки постепенно «отъезжают» от оси хребта, унося с собой запечатленную в них картину меняю­щегося во времени магнитного поля.