Строение Земли

Да, структуру постоянного геомагнитного поля мы знаем у умеем получать о нем достоверную информацию. Не знаем ли мы, откуда берется внутреннее поле, что вообще порождает магнитные поля космических тел, в том числе планеты Земля? Если отвечать лаконично, то надо просто сказать: «Не знаем!» И не знаем прежде всего потому, что, проникнув в глубины ближнего и даже дальнего космического пространства, человек практически до сих пор не может проникнуть в глубины собственной планеты.

Самые глубокие скважины пробурены на 6—8 км. Это всего лишь восьмисотая доля радиуса Земли. Так, если представить себе Землю в виде глобуса, то в этом случае внутреннее строение планеты мы смогли бы непосредственно «прощупать» только на толщину бумаги, оклеивающей этот самый глобус. Основную информацию о внутреннем строении Земли дает нам изучение сейсмических волн при землетрясении. Ученые даже сравнивают мощные землетрясения с прожектором, освещающим земные недра.

По имеющимся представлениям, внутри Земли имеется ядро радиусом примерно 3500 км, состоящее из расплавленных металлов. Ядро характеризуется высокой температурой (4000—5000 °С) и обладает электропроводностью. Внутри жидкого ядра, по сейсмическим данным, существует твердое субъядро радиусом 1300 км.

Ядро Земли окружает мощная оболочка, или мантия, с внешним радиусом примерно 6300 км. Эта оболочка покрыта тонким и твердым слоем толщиной от 50 до 70 км — земной корой. Земная кора состоит в основном из кристаллических пород, и ее строение отличается очень большой неоднородностью. Горы, долины, разломы, выступы — вот что в совокупности составляет верхнюю, соприкасающуюся с атмосферой границу земной коры.

За последние полтораста лет было выдвинуто немало всевозможных гипотез о происхождении земного магнетизма. Они рождались и умирали, как всякие научные гипотезы, не выдержав напора новых экспериментальных фактов. Ведь гипотеза только тогда становится теорией, законом, когда она в состоянии логично объяснить все известные факты и предсказать еще неизвестные. Но такой прогноз должен быть подтвержден экспериментом. Правда, и сейчас есть еще, так сказать, ученые, которые придерживаются принципа: «Не сбивайте меня новыми фактами, я уже все решил!» Но этот принцип не имеет ничего общего с научным подходом к изучению любых явлений.

Серьезно обсуждаются две гипотезы. Одна — так называемая ферромагнитная, а другая — электромагнитная, или динамогипотеза. Ферромагнитная допускает, что геомагнитное поле создается высокомагнитными породами и железом внутри Земли. Возможно, конечно, но здесь есть одна существенная трудность. Дело в том, что многочисленные данные показывают, что по мере удаления от поверхности в глубины Земли ее температура непрерывно повышается. По мнению геофизиков, уже на глубине 30 км температура должна достигать 900— 1000 °С. Исследуя свойства магнитов, физики уже давно обнаружили, что при такой высокой температуре магнитные свойства вещества исчезают. Значит, надо предположить, что вся магнитная масса сосредоточена в тонком слое толщиной менее 30 км и состоять этот слой должен из чистого магнетита. А вот это уж совсем неправдоподобно.

Динамогипотеза предлагает наличие механизма, подобного тому, что существует в динамомашинах, вырабатывающих электрический ток. Пусть в какой-то момент имелось слабое магнитное поле. Земля вращается, вращается и жидкое металлическое ядро, и в этом электропроводящем ядре при пересечении им силовых линий возникает электрический ток. Из-за разности температур движения в ядре могут носить характер конвекции (помните, теплый воздух поднимается вверх, а холодный — вниз) в виде отдельных замкнутых вихрей. Каждый такой вихрь — виток с током — имеет свое магнитное поле. И это магнитное поле будет усиливать первоначальное магнитное поле ядра. Такой процесс самовозбуждения будет продолжаться до тех пор, пока не установится равновесие, при котором неизбежные потери энергии будут сбалансированы энергией вихревых движений. Магнитная гидродинамическая гипотеза в принципе объясняет очень многие закономерности геомагнитного поля. Но и здесь есть пока одна трудность: непонятно, откуда взялось первоначальное, пусть даже слабое, магнитное поле. Да и сколь велика электропроводность ядра? А вот это тоже никто непосредственно не определял.

Современная геофизика пока ничего лучшего предложить не может. Но тем интереснее проводить исследования. Вспомним снова выдающегося физика и математика Анри Пуанкаре: «Догадка предшествует доказательству. Нужно ли указывать, что именно так были сделаны все великие открытия?» Открытия впереди.

Наблюдая за изменениями напряженности магнитного поля во времени, сразу же можно заметить, что эти изменения бывают регулярные—повторяющиеся от суток к суткам — и нерегулярные — резкие, быстрые, неупорядоченные. Первые относят к спокойным суточным вариациям, а вторые — к магнитным возмущениям.

Чувствительная магнитная стрелка никогда не бывает абсолютно неподвижной — она всегда движется то в одну, то в другую сторону. В утренние часы северный конец стрелки движется к востоку, достигает наибольшего отклонения примерно к 8 ч, возвращается обратно, проходит направление на север, днем достигает наибольшего отклонения на запад и так совершает ритмичные колебания с периодом в одни солнечные сутки (24 ч). Величина колебаний (амплитуда) достигает в средних широтах 15—20 угловых минут. Обычно магнитометры измеряют и регистрируют отдельные компоненты напряженности магнитного поля — горизонтальную и вертикальную проекции полного вектора, а также магнитное склонение, то есть угол между географическим меридианом (линией, соединяющей вдоль земной поверхности Северный и Южный географические полюса) и магнитным меридианом (такой же линией, соединяющей полюса магнитные).

Магнитограммы (так называют магнитные кардиограммы планеты) — основа наших экспериментальных знаний о земном магнетизме. Спокойные суточные вариации выглядят на магнитограммах как плавные кривые. Чаще всего они наблюдаются в годы минимума солнечной активности. Важной характеристикой и даже мерой «магнитной активности» нашей планеты является разность между наибольшими и наименьшими значениями какой-либо (чаще горизонтальной) компоненты поля земного магнита в суточных вариациях. Ее называют амплитудой. Амплитуда суточных вариаций в годы максимума солнечной активности в полтора-два раза больше, чем в годы минимума. Кроме того, магнитное поле меняется летом сильнее, чем зимой, а днем — сильнее, чем ночью.

Нет сомнения, что спокойные суточные вариации обязаны своим происхождением электрическим токам в ионосфере, возникающим под действием воздушных приливов. Концентрация заряженных частиц (а следовательно, и электропроводимость), скорость и направление ветров, как мы знаем, зависят и от времени суток, и от широты, и от сезона, и от солнечной активности. От этих же факторов будет зависеть и сила тока в ионосфере. Естественно, такая зависимость немедленно найдет свое отражение в геомагнитных вариациях. Специальная динамотеория, о которой мы уже упоминали, когда говорили об ионосфере, с успехом объясняет и прогнозирует особенности спокойных суточных вариаций.


Казимировский Э. С.

 

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Все о космосе
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: