Планетата Земя

В сравнение с магнитните полета, които срещаме в ежедневието (ядра на високоговорители, AC магнитни импулси в домакински уреди, лампи, електропроводи и т.н.), магнитното поле на Земята е едно от много слабите полета. Така, например, магнитният елемент на ключалката на библиотеката създава магнитно поле от 5-10 ерстеда, докато магнитното поле на Земята варира от 0,3 до 0,7 ерстеда от екватора до полюса. Въпреки това, това така наречено основно геомагнитно поле, което има планетарен характер, съществува навсякъде по земята. Хората са се научили да измерват някои от неговите елементи още преди откриването на самото магнитно поле. Така първите карти на магнитната деклинация, които донесоха толкова много проблеми на моряците от древността, се появиха още в средата на 16 век.

Осъзнаването, че магнитните полюси не съвпадат с географските, постави всичко на мястото си и даде възможност да се разбере, че деклинацията е ъгълът между северната посока и магнитния меридиан, по който е разположена стрелката на компаса. Точно толкова отдавна е измерена величината на наклона, ъгълът между хоризонталната равнина и магнитната стрелка.

Сега магнитното поле на повърхността на нашата планета е проучено достатъчно подробно. Оказа се, че тя в никакъв случай не е постоянна, а постоянно се променя. През цялата година стотици магнитни обсерватории, десетки специални кораби и самолети, множество отряди магнитолози в различни части на земното кълбо провеждат наблюдения на геомагнитното поле.Измерените му елементи се анализират, обработват, от тях се правят магнитни карти, с помощта на които се изследва пространственото разпределение на магнитното поле.

Оказа се, че магнитното поле е подложено на различни промени. Някои от тях са регулярни и се наблюдават ежедневно, по-специално т. нар. дневни вариации, които се характеризират с циклични колебания в силата на магнитното поле и магнитната деклинация. Не по-малко известни са и други разновидности - краткопериодични колебания, чиято продължителност не надвишава няколко минути, както и магнитни бури, чиято продължителност може да се измерва с дни.

Всички тези вариации са пряко свързани с активността на Слънцето. В „тихите магнитни дни“ взаимодействието на слънчевия вятър с йоносферните течения предизвиква плавни, регулярни промени в компонентите на магнитното поле с период близо до 24 часа. Магнитните бури, споменати по-горе, са нередовни спорадични смущения на магнитосферата на Земята. Те започват в момента, когато налягането на слънчевия вятър върху магнитосферата рязко се промени и тя не е в състояние да „отнеме“ потока от високоенергийни частици от Земята. В резултат на това те проникват в йоносферата, нарушавайки регулярната структура на близките до Земята електрически токове. Магнитните бури са с различна интензивност и продължителност, но по правило пълното възстановяване на "спокойствието" на геомагнитното поле настъпва 2-3 дни след началото на бурята.

В случай, че скокът на налягането (плътността) на слънчевия вятър не е в състояние да „пробие“ магнитосферата, тогава изкривяванията на линиите на магнитното поле са локални по природа и магнитните смущения не обхващат цялото земно кълбо, а само отделна област. Такива смущения се наричат ​​суббури. Те са много чести "гости" всеверните региони на света. Полярните сияния също най-често се свързват със суббури.

Честотата на възникване на бурите е силно повлияна от глобалния 11-годишен цикъл на слънчева активност, който до голяма степен определя всички природни процеси на земята. Между другото, 2003 г. беше годината на максимална слънчева активност.

В допълнение към такива краткотрайни колебания на магнитното поле, има много по-бавни, плавни промени в неговите параметри с период от няколкостотин години. Те са свързани с процесите, протичащи вътре в земята, и се наричат ​​вековни вариации. Секуларните вариации могат да бъдат оприличени на дишането на магнитно поле - във всяка точка на земната повърхност посоката на магнитното поле периодично се променя и величината на намагнитването на планетата като цяло не остава постоянна. Историята на редовните магнитни наблюдения обхваща малко повече от 100 години; следователно информацията за вековните вариации, получена от тези измервания, разбира се, не може да бъде пълна. Дълго време изглеждаше, че всички опити на магнитолозите да погледнат в далечното минало на нашата планета, да разберат как нейното магнитно поле се променя с времето, са обречени на провал. Въпреки това, самата природа е подготвила за хората чудесна следа, която помогна за разрешаването на една от най-сложните мистерии на еволюцията на Земята.

В средата на 19 век е открито явлението термопостоянно намагнитване на лавите - палеомагнетизъм. Постепенно, стъпка по стъпка, учените установиха, че носителите на древното геомагнитно поле могат да бъдат скали от различен произход, както магматични, така и седиментни. Оказа се, че скалите, изригнали по време на вулканични изригвания под формата на лава, имат удивителна способност да съхраняват информация за магнитното поле на Земята. Скали, нагрети до температура 500-700°C, съглдокато се охлаждат, те придобиват намагнитване, чиято величина и посока съответстват на магнитното поле на Земята, което е действало върху скалата по време на охлаждането. Тази магнетизация се запазва в продължение на милиони години и като лента ни носи доказателства от далечното минало на планетата. Чрез определяне на възрастта на образуванията от лава чрез геоложки методи и "разчитане" на съхраняваната в тях палеомагнитна информация е възможно със сигурност да се възстанови историята на земното магнитно поле.

Палеомагнитните изследвания разкриха неопровержими доказателства за повтарящи се обръщания (смяна на полюсите) на геомагнитното поле в минали епохи. Оказа се, че магнитните полюси сменят местата си повече от веднъж. Благодарение на постиженията на физиците, които са разработили методи за определяне на абсолютната възраст на скалите, палеомагнитолозите имат възможност не само да записват основните събития в историята на геомагнитното поле (предимно обръщания), но и да определят тяхната продължителност и абсолютните начални и крайни времена на обръщанията - тоест да създадат времева скала (времева скала) на обръщанията на геомагнитното поле. Магнитолозите наричат ​​тази скала магнитохронологична.

Първата подобна скала беше доста "оскъдна" - обхващаше период от едва 3,5 милиона години и не се различаваше в големи детайли. Факт е, че лавите са изригвали предимно само в определени тектономагматични епохи, в относително тесен интервал от време. Следователно стана ясно, че като се изследват само лавите от вулканични изригвания, няма да е възможно да се „прочете“ цялата история на земното магнитно поле.

Ситуацията се промени радикално веднага щом започнаха мащабни изследвания на магнитното поле на океаните. Първите непрекъснати измервания по линиите, пресичащи Атлантическия океан, разкриват резки разлики в структурата на магнитното поле.океан в сравнение със сушата. Резултатът беше наистина сензационен. Оказа се, че вместо сложна форма на магнитни аномалии на сушата, която варира значително в различните региони, океанските магнитни аномалии във всички океани имат регулярен, систематичен характер.

Магнитното поле на Световния океан е успоредна ивица с променлива посока на намагнитването на скалите - то последователно или съвпада с посоката на съвременното магнитно поле (директно намагнитване), или директно срещу него (обратно намагнитване). Тези аномалии се простират на хиляди километри, понякога без никакво изкривяване. Например в Атлантическия океан те могат да бъдат проследени от Исландия до нос Хорн.

Океанските аномалии са с голяма интензивност и огромни размери. Но може би най-впечатляващата характеристика на тези магнитни ивици е тяхната огледална симетрия по отношение на средноокеанския хребет, т.е. всяка положителна или отрицателна аномалия от едната страна на хребета задължително има свой „близнак“ от другата. Освен това „двойните” аномалии са разположени на еднакво разстояние от оста на билото.

Магнитно-проучвателните геофизици, свикнали да обясняват аномалиите на магнитното поле с особеностите на геоложката структура и материалния състав на скалите в изследваната област, бяха на загуба: обичайните, добре развити модели и схеми на земята не „работеха“ за океана. Обяснението на този феномен обаче не закъсня - настъпилата революция в геологията издигна глобалната тектоника на литосферните плочи на пиедестала на науките за земята. Тя подари на магнитолозите наистина безценен подарък - възможността да изучават историята на геомагнитното поле през цялото съществуване на океаните.

С общи усилияпалеомагнетолозите и морските магнитометристи създадоха най-подробната магнитохронологична скала - историята на обръщанията на геомагнитното поле за 4 милиарда години. Освен това само един бегъл поглед върху този мащаб е достатъчен, за да се забележи, че животът на магнитното поле на Земята е доста бурен.

Магнитните полюси на нашата планета от време на време сменят местата си - има инверсия на магнитното поле. Южният магнитен полюс става северен и обратно. В такива периоди посоката на магнитното поле се оказва противоположна на съвременната. Процесът на "въртене" на полюсите отнема най-малко 10 хиляди години. И въпреки огромните постижения на магнитологията и геофизиката през последните десетилетия, причините за подобни трансформации все още остават загадка.

Въпреки това, систематичните подробни изследвания на обръщанията позволиха да се предположи, че може да има връзка между периодичната промяна на флората и фауната на Земята и цикличните промени в магнитното поле. Много изследователи смятат, че в периода на обръщане на полярността магнитното поле отслабва значително или дори изчезва напълно, докато земята в този момент остава беззащитна срещу потоците от космическа радиация, които оказват огромно въздействие върху биосферата на планетата. Най-смелите хипотези са свързани с промяна на полярността на магнитните полюси дори с външния вид на човек.

Твърде рано е да се каже колко верни са тези или други предположения. Едно е сигурно - самото съществуване на живот на нашата планета е невъзможно без магнитно поле, което защитава всички живи същества от разрушителното въздействие на космическата радиация.