Большая Советская Энциклопедия.

Большая Советская Энциклопедия (цитаты)

Земной магнетизм

Земной магнетизм (далее З) геомагнетизм, поле Земли и околоземного космического пространства; раздел геофизики, изучающий распределение в пространстве и изменения во времени геомагнитного поля, а также связанные с ним геофизические процессы в Земле и верхней атмосфере.

  В каждой точке пространства геомагнитное поле характеризуется вектором напряженности Т, величина и направление которого определяются 3 составляющими X, , Z (северной, восточной и вертикальной) в прямоугольной системе координат (рис. 1) или 3 элементами З: горизонтальной составляющей напряженности Н, склонением магнитным D (угол между Н и плоскостью географического меридиана) и наклонением (угол между Т и плоскостью горизонта).

  З обусловлен действием постоянных источников, расположенных внутри Земли и испытывающих лишь медленные вековые изменения (вариации), и внешних (переменных) источников, расположенных в магнитосфере Земли и ионосфере. Соответственно различают основное (главное, ~99%) и переменное (~1%) геомагнитные поля.

  Основное (постоянное) геомагнитное поле. Для изучения пространственного распределения основного геомагнитного поля измеренные в разных местах значения Н, D, наносят на карты (магнитные карты) и соединяют линиями точки равных значений элементов. Такие линии называют соответственно изодинамами, изогонами, изоклинами. Линия (изоклина) = 0, т. е. экватор, не совпадает с географическим экватором. С увеличением широты значение возрастает до 90° в магнитных полюсах. Полная напряженность Т (рис. 2) от экватора к полюсу растет с 33,4 до 55,7 а/м (от 0,42 до 0,70 э). Координаты северного полюса на 1970: долгота 101,5° з. д., широта 75,7° с. ш.; южного полюса: долгота 140,3° в. д., широта 65,5° ю. ш. Сложную картину распределения геомагнитного поля в первом приближении можно представить полем диполя (эксцентричного, со смещением от центра Земли приблизительно на 436 км) или однородного намагниченного шара, момент которого направлен под углом 11,5° к оси вращения Земли. Полюсы геомагнитные (полюсы однородно намагниченного шара) и полюсы задают соответственно систему геомагнитных координат (широта геомагнитная, меридиан геомагнитный, экватор геомагнитный) и координат (широта меридиан Отклонения действительного распределения геомагнитного поля от дипольного (нормального) называют магнитными аномалиями. В зависимости от интенсивности и величины занимаемой площади различают мировые аномалии глубинного происхождения, например Восточно-Сибирскую, Бразильскую и др., а также аномалии региональные и локальные. Последние могут быть вызваны, например, неравномерным распределением в земной коре ферромагнитных минералов. Влияние мировых аномалий сказывается до высот ~ 0,5R3 над поверхностью Земли (R3 - радиус Земли). Основное геомагнитное поле имеет дипольный характер до высот ~3R3.

  Оно испытывает вековые вариации, неодинаковые на всем земном шаре. В местах наиболее интенсивного векового хода вариации достигают 150g в год (1g = 10-5э). Наблюдается также систематический дрейф аномалий к западу со скоростью около 0,2°в год и изменение величины и направления момента Земли со скоростью ~20g в год. Из-за вековых вариаций и недостаточной изученности геомагнитного поля на больших пространствах (океанах и полярных областях) возникает необходимость заново составлять карты. С этой целью проводятся мировые съемки на суше, в океанах (на немагнитных судах), в воздушном пространстве (аэромагнитная съемка) и в космическом пространстве (при помощи искусственных спутников Земли). Для измерений применяют: компас теодолит весы, инклинатор, магнитометр, аэромагнитометр и др. приборы. Изучение З и составление карт всех его элементов играет важную роль для морской и воздушной навигации, в геодезии, маркшейдерском деле.

  Изучение геомагнитного поля прошлых эпох производится по остаточной намагниченности горных пород (см. Палеомагнетизм), а для исторического периода - по намагниченности изделий из обожженной глины (кирпичи, керамическая посуда и т.д.). Палеомагнитные исследования показывают, что направление основного поля Земли в прошлом многократно изменялось на противоположное. Последнее такое изменение имело место около 0,7 млн. лет назад.

  А. Д. Шевнин.

 

  Происхождение основного геомагнитного поля. Для объяснения происхождения основного геомагнитного поля выдвигалось много различных гипотез, в том числе даже гипотезы о существовании фундаментального закона природы, согласно которому всякое вращающееся тело обладает моментом. Делались попытки объяснить основное геомагнитное поле присутствием ферромагнитных материалов в коре Земли или в ее ядре; движением электрических зарядов, которые, участвуя в суточном вращении Земли, создают электрический ток; наличием в ядре Земли токов, вызываемых термоэлектродвижущей силой на границе ядра и мантии и т.д., и, наконец, действием так называемого гидромагнитного динамо в жидком металлическом ядре Земли. Современные данные о вековых вариациях и многократных изменениях полярности геомагнитного поля удовлетворительно объясняются только гипотезой о гидромагнитном динамо (ГД). Согласно этой гипотезе, в электропроводящем жидком ядре Земли могут происходить достаточно сложные и интенсивные движения, приводящие к самовозбуждению поля, аналогично тому, как происходит генерация тока и поля в динамо-машине с самовозбуждением. Действие ГД основано на электромагнитной индукции в движущейся среде, которая в своем движении пересекает силовые линии поля.

  Исследования ГД опираются на магнитную гидродинамику. Если считать скорость движения вещества в жидком ядре Земли заданной, то можно доказать принципиальную возможность генерации поля при движениях различного вида, как стационарных, так и нестационарных, регулярных и турбулентных. Усредненное поле в ядре можно представить в виде суммы двух составляющих - тороидального поля Вj и поля Вр, силовые линии которого лежат в меридиональных плоскостях (рис. 3). Силовые линии тороидального поля Вj замыкаются внутри земного ядра и не выходят наружу. Согласно наиболее распространенной схеме земного ГД, поле j в сотни раз сильнее, чем проникающее из ядра наружу поле Вр, имеющее преимущественно дипольный вид. Неоднородное вращение электропроводящей жидкости в ядре Земли деформирует силовые линии поля Вр и образует из них силовые линии поля В (. В свою очередь, поле Вр генерируется благодаря индукционному взаимодействию движущейся сложным образом проводящей жидкости с полем Вj. Для обеспечения генерации поля Вр из Вj движения жидкости не должны быть осесимметричными. В остальном, как показывает кинетическая теория ГД, движения могут быть весьма разнообразными. Движения проводящей жидкости создают в процессе генерации, кроме поля Вр, также др. медленно изменяющиеся поля, которые, проникая из ядра наружу, вызывают вековые вариации основного геомагнитного поля.

  Общая теория ГД, исследующая и генерацию поля, и "двигатель" земного ГД, т. е. происхождение движений, находится еще в начальной стадии развития, и в ней еще многое гипотетично. В качестве причин, вызывающих движения, выдвигаются архимедовы силы, обусловленные небольшими неоднородностями плотности в ядре, и силы инерции.

  Первые могут быть связаны либо с выделением тепла в ядре и тепловым расширением жидкости (термическая конвекция), либо с неоднородностью состава ядра вследствие выделения примесей на его границах. Вторые могут вызываться ускорением, обусловленным прецессией земной оси. Близость геомагнитного поля к полю диполя с осью, почти параллельной оси вращения Земли, указывает на тесную связь между вращением Земли и происхождением З Вращение создает Кориолиса силу, которая может играть существенную роль в механизме ГД Земли. Зависимость величины геомагнитного поля от интенсивности движения вещества в земном ядре сложна и изучена еще недостаточно. Согласно палеомагнитным исследованиям, величина геомагнитного поля испытывает колебания, но в среднем, по порядку величины, она сохраняется неизменной в течение длительного времени - порядка сотен млн. лет.

  Функционирование ГД Земли связано со многими процессами в ядре и в мантии Земли, поэтому изучение основного геомагнитного поля и земного ГД является существенной частью всего комплекса геофизических исследований внутреннего строения и развития Земли.

  С. И. Брагинский.

 

  Переменное геомагнитное поле. Измерения, выполненные на спутниках и ракетах, показали, что взаимодействие плазмы солнечного ветра с геомагнитным полем ведет к нарушению дипольной структуры поля с расстояния ~3от центра Земли. Солнечный ветер локализует геомагнитное поле в ограниченном объеме околоземного пространства - Земли, при этом на границе динамическое давление солнечного ветра уравновешивается давлением поля Земли. Солнечный ветер сжимает земное поле с дневной стороны и уносит геомагнитные силовые линии полярных областей на ночную сторону, образуя вблизи плоскости эклиптики хвост Земли протяженностью не менее 5 млн. км (см. рис. в статьях Земля и Магнитосфера Земли). Приблизительно дипольная область поля с замкнутыми силовыми линиями (внутренняя является ловушкой заряженных частиц околоземной плазмы (см. Радиационные пояса Земли).

  Обтекание плазмой солнечного ветра с переменной плотностью и скоростью заряженных частиц, а также прорыв частиц в приводят к изменению интенсивности систем электрических токов в и ионосфере Земли. Токовые системы в свою очередь вызывают в околоземном космическом пространстве и на поверхности Земли колебания геомагнитного поля в широком диапазоне частот (от 10-5 до 102 гц) и амплитуд (от 10-3 до 10-7 э). Фотографическая регистрация непрерывных изменений геомагнитного поля осуществляется в обсерваториях при помощи магнитографов. В спокойное время в низких и средних широтах наблюдаются периодические солнечно-суточные и лунно-суточные вариации магнитные с амплитудами 30-70g и 1-5g соответственно. Другие наблюдаемые неправильные колебания поля различной формы и амплитуды называют возмущениями, среди которых выделяют несколько типов вариаций.

  возмущения, охватывающие всю Землю и продолжающиеся от одного (рис. 4) до нескольких дней, называются мировыми магнитными бурями, во время которых амплитуда отдельных составляющих может превзойти 1000g. буря - одно из проявлений сильных возмущений возникающих при изменении параметров солнечного ветра, особенно скорости его частиц и нормальной составляющей межпланетного поля относительно плоскости эклиптики. Сильные возмущения сопровождаются появлением в верхней атмосфере Земли полярных сияний, ионосферных возмущений, рентгеновского и низкочастотного излучений.

  Практические применения явлений З Под действием геомагнитного поля стрелка располагается в плоскости меридиана. Это явление с древнейших времен используется для ориентирования на местности, прокладывания курса судов в открытом море, в геодезической и маркшейдерской практике, в военном деле и т.д. (см. Компас, Буссоль).

  Исследование локальных аномалий позволяет обнаружить полезные ископаемые, в первую очередь руду (см. Магнитная разведка), а в комплексе с др. геофизическими методами разведки - определить место их залегания и запасы. Широкое распространение получил способ зондирования недр Земли, в котором по полю бури вычисляют электропроводность внутренних слоев Земли и оценивают затем существующие там давление и температуру.

  Одним из источников сведений о верхних слоях атмосферы служат геомагнитные вариации. возмущения, связанные, например, с бурей, наступают на несколько часов раньше, чем под ее воздействием происходят изменения в ионосфере, нарушающие радиосвязь. Это позволяет делать прогнозы, необходимые для обеспечения бесперебойной радиосвязи (прогнозы "радиопогоды"). Геомагнитные данные служат также для прогноза радиационной обстановки в околоземном пространстве при космических полетах.

  Постоянство геомагнитного поля до высот в несколько радиусов Земли используется для ориентации и маневра космических аппаратов.

  Геомагнитное поле воздействует на живые организмы, растительный мир и человека. Например, в периоды бурь увеличивается количество сердечно-сосудистых заболеваний, ухудшается состояние больных, страдающих гипертонией, и т.д. Изучение характера электромагнитного воздействия на живые организмы представляет собой одно из новых и перспективных направлений биологии.

  А. Д. Шевнин.

 

  Лит.: Яновский Б. М., З, т. 1-2, Л., 1963-64; его же, Развитие работ по геомагнетизму в СССР за годы Советской власти. "Изв. АН СССР, Физика Земли", 1967, № 11, с. 54; Справочник по переменному полю СССР, Л., 1954; Околоземное космическое пространство. Справочные данные, пер. с англ., М., 1966; Настоящее и прошлое поля Земли, М., 1965; Брагинский С. И., Об основах теории гидромагнитного динамо Земли, "Геомагнетизм и аэрономия",1967, т.7, № 3, с. 401; Солнечно-земная физика, М., 1968.



Для поиска, наберите искомое слово (или его часть) в поле поиска


Новости 23.11.2017 03:12:36


22:38 Причиной смерти бывшего премьера ЛНР стали пытки
02:09 Задержанному во Франции Керимову предъявили обвинение в отмывании денег
01:51 РПЦ установит допустимое количество браков для верующих
01:25 Названы сроки запрета кальянов в кафе и ресторанах России
00:34 Саакашвили вышлют из Украины до конца года
00:18 США признались в поставках Украине летального оружия