Откуда магнитное поле у земли
Перейти к содержимому

Откуда магнитное поле у земли

  • автор:

«Лунариум»

Время работы: с 10:00 до 21:00,
Выходной день: вторник
«Ретро-кафе»: в дни работы Планетария с 10:00 до 20:00.

+7 (495) 221-76-90
АО «Планетарий» © 2017 г. Москва, ул.Садовая-Кудринская, д. 5, стр. 1

> Магнитное поле Земли

  • Залы Планетария
  • Схема Планетария
  • Экспонаты

Экспонат музея Лунариум
Магнитное поле Земли

магнитное поле земли

Магнитное поле Земли или геомагнитное поле — это гигантское магнитное силовое поле, окружающее нашу планету. По мнению учёных, магнитное поле играет важнейшую роль в том, чтобы Земля была пригодной для жизни. Оно защищает её на дальних подступах от вредоносных воздействий солнечного ветра и космического излучения. Основной источник магнитного поля находится внутри Земли – в ядре. В некотором упрощении можно сказать, что земной шар представляет собой полосовой магнит с осью, направленной приблизительно с севера на юг. Точки пересечения оси магнита с поверхностью Земли называются геомагнитными полюсами, которые на протяжении геологической истории Земли (4,5 млрд. лет) неоднократно менялись местами. Такую смену полюсов называют инверсией.

Причина смены полярности до сих пор не ясна. При инверсии геомагнитных полюсов северный конец магнитной стрелки будет указывать на юг, а южный – на север. Постоянное движение геомагнитных полюсов является причиной колебаний магнитного склонения на поверхности Земли. Поэтому стрелка магнитного компаса указывает на север или юг приблизительно.

Друзья, если вы хотите увидеть, как работает магнитное поле Земли, экспонат Лунариума – «Магнитное поле Земли» ждёт вас!

РЕЖИМ РАБОТЫ

с 10.00 до 21.00
выходной — вторник

Экспозиция верхнего уровня посвящена Земле.

Экспозиция нижнего уровня посвящена Вселенной.

3. Магнитное поле Земли

При ориентировании на местности альпинисты, туристы, путешественники пользуются компасом для определения сторон света. Действие компаса основано на ориентации магнитной стрелки вдоль линий магнитного поля Земли.

Планета Земля является большим магнитом. Южный магнитный полюс Земли находится вблизи Северного географического полюса Земли, поэтому северный полюс компаса притягивается к Южному магнитному полюсу Земли и приблизительно указывает на Северный географический полюс.

Магнитные полюса Земли перемещаются из-за внутренних геомагнитных процессов внутри ядра.

Компас (итал. compassio) — устройство для определения географических полюсов путём ориентирования вдоль линий магнитного поля Земли.

компас.png

На рис. \(2\) изображена интенсивность линий магнитного поля Земли, которые выходят из Северного магнитного полюса, который приблизительно совпадает с Южным географическим полюсом. Линии входят в Южный магнитный полюс Земли.

Положения полюсов постоянно смещаются по причине изменения положения оси, соединяющей магнитные полюса, относительно оси, проходящей через географические полюса.

магнитное поле земли.png

Географические полюсы Земли не совпадают с её магнитными полюсами.

Примерные отклонения магнитные стрелки от географического меридиана составляют \(10°\). По компасу мы определяем направление на север.

Электромагнитные возмущения на Солнце вызывают магнитные бури на Земле. Это явление отражается на показаниях приборов, в том числе, и на компасе (рис. \(3\)).

буря2.png

При нарастании солнечной активности (этот процесс цикличен и повторяется с периодичностью 11 лет) с поверхности Солнца выбрасываются потоки заряженных частиц (рис. \(4\)), что вызывает изменение в магнитном поле Земли и может вызвать магнитную бурю.

буря3.png

Надо отметить, что на земле существуют территории, в которых направление магнитной стрелки компаса не совпадает с направлением магнитных линии магнитного поля Земли.

Магнитная аномалия (от греч. ανωμαλία — ненормальность) — область поверхности, на которой значение или направление вектора магнитного поля значительно отличается от соседних областей.

Курская магнитная аномалия (КМА) — крупнейший по запасам железной руды район в мире. Впервые на отклонение магнитной стрелки под Курском обратил внимание учёный-астроном академик Пётр Борисович Иноходцев в \(1773\) году.

Магнитные аномалии есть в Бразилии, а также в Южно-Африканской Республике и других местах.

Если залежи железной руды располагаются близко к поверхности земли, то они способны вызывать отклонение магнитной стрелки компаса, что и является признаком аномалии.

кма.png

Ученые пока не могут объяснить, почему у Земли есть магнитное поле. На данный момент выяснено, что в земной коре, а также в верхних слоях атмосферы существуют разнообразные электрические токи, которые оказывают воздействие на изменения магнитного поля Земли.

Магнитное поле Земли защищает все живое от воздействия космического излучения (той его части, которая состоит из заряженных частиц). Ученые установили, что Луна не имеет магнитного поля. Магнитное поле Меркурия в 100 раз слабее земного, а поле Юпитера сильнее земного в 10 раз.

Существует предположение, что у Луны могло быть магнитное поле. Такую гипотезу выдвинули планетологи после изучения намагниченности лунного грунта из кратера Дюна в районе Моря Дождей, доставленного миссией «Апполон-15» в \(1971\) году.

Год науки и технологий 2021

Что будет, когда Северный и Южный полюсы поменяются местами?

10 октября в рамках фестиваля «NAUKA 0+» в Фундаментальной библиотеке МГУ прошла лекция «Планета Земля и её удивительный магнетизм». Спикером выступил Роман Веселовский, доктор геолого-минералогических наук, профессор РАН, доцент геологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова.

«Все обычно носят с собой телефоны, а я ношу очень модный аксессуар – компас»

Как можно узнать, что у Земли есть магнитное поле, ведь органам чувств человека оно не подвластно? У Романа Витальевича Веселовского есть ответ на этот вопрос. Наличие магнитного поля в определённом месте вычисляется с помощью компаса. Он был изобретён ещё до нашей эры в Китае и до сих пор активно используется. 400 лет назад у учёных было предположение, что стрелка магнитного компаса притягивается к некой Магнитной горе, которая находится на Северном полюсе. Магнитная гора интересовала всех, к ней хотели приблизиться и изучить её особенности, однако экспедиции достигли этих мест относительно недавно – около 200 лет назад. В 1831 году экспедицией Джона и Джеймса Россов был достигнут Северный магнитный полюс. Изучая фьорды Канадского архипелага, они добрались до той точки, где стрелка компаса показала ровно вниз, то есть вертикально, и это не ошибка. Обычные компасы ориентируются только в горизонтальной плоскости – измеряют магнитное склонение, но специальные приборы, способные ориентироваться в вертикальной плоскости, вычисляют магнитное наклонение. Его можно измерить и в домашних условиях: подвесить магнитную стрелку на ниточке и дать спокойно сориентироваться в пространстве. Таким образом, магнитный полюс определяется магнитным наклонением: на Северном полюсе стрелка компаса будет смотреть вертикально вниз, а на Южном – вверх. Южный полюс был достигнут экспедицией Джеймса Росса в 1839-1843 годах, но мореплаватели не смогли добраться до точного места, где он располагался: до заветной точки не хватило около 200 километров. В 1843 году Джеймс Росс математически вычислил местоположение Южного магнитного полюса, с этого времени стали известны точные координаты обоих полюсов.

«Пока я с вами разговариваю и читаю лекцию, магнитный полюс перемещается из одного конца конференц-зала в другой»

Издавна люди заметили, что если на долгое время положить компас на одно место и не давать ему двигаться, то его стрелка изменяет своё направление. Сейчас это называется дрейфом магнитного поля. За несколько лет можно заметить, что стрелка значительно меняет своё направление, следовательно, то место, куда она показывала, перемещается, то есть магнитный полюс перемещается в пространстве с течением времени. Сложно ожидать от инертной на первый взгляд Земли настолько быстрый дрейф магнитного полюса – за последние 20 лет он пробежал расстояние около 1000 километров. За каждый год магнитный полюс в среднем пробегает около 50 километров.

«Земля работает как огромная тепловая машина, что способствует образованию магнитного поля»

В дискуссиях об изменении магнитного поля родились вопросы: «Откуда берётся магнитное поле? Что является источником магнитного поля у Земли?» Физик Уильям Гильберт предположил, что Земля – это однородно намагниченная сфера. Эта гипотеза основывалась на том, что магнитная сфера, как и магнитный брусок, создаёт вокруг себя магнитное поле той же конфигурации, что мы наблюдаем посредством измерения магнитного поля компасом. Концентрические силовые линии магнитного поля нельзя увидеть, их возможно определить с помощью специального прибора. Эти линии имеют такую же конфигурацию, что и у магнитного диполя (прим. ред. диполя — маленького плоский витка с током; размеры витка намного меньше расстояния, на котором наблюдается его магнитное поле) . Однако дальнейшие исследования показали, что Земля не может быть однородно намагниченной сферой, поэтому следующим направлением в исследовании магнитного поля нашей планеты был поиск механизма внутри Земли, генерирующего магнитное поле по принципу катушки с током, поскольку она создаёт такие же по конфигурации силовые линии. Если смотреть на внутреннее строение Земли, внешнее ядро планеты – единственная её часть, которая находится в жидком состоянии; следовательно, от него можно ожидать быстрых изменений и процессов. Течение вещества во внешнем ядре происходит буквально на наших глазах, поэтому, возможно, генерация магнитного поля происходит именно в нём. Два главных условия существования магнитного поля на Земле: её быстрое вращение вокруг своей оси и конвекция (прим. ред. конвекция — это явление переноса теплоты в жидкостях или газах, или сыпучих средах потоками вещества) во внешнем ядре. В результате кристаллизации внутреннего ядра, его увеличения и роста выделяется большое тепло, передающееся веществу внешнего ядра, оно подогревается и в нем происходит тепловая конвекция. Эти особенности были выявлены с помощью численного моделирования магнитного геодинамо (прим. ред. геодинамо — это эффект самогенерации магнитного поля при определённом движении проводящей жидкости) Земли.

«Однажды мне позвонили с НТВ и спросили: «Нас ждёт инверсия? Мы все умрём или как?»

Магнитное поле фиксируется на протяжении нескольких сотен лет, а что было до этого – неизвестно. Одна из наиболее неисследованных особенностей магнитного поля – это переполюсовка, или инверсия. Два года назад в СМИ по поводу инверсии поднялся шум, эта тема привлекла большое внимание. Поскольку Северный полюс перемещается очень быстро, это может являться скорым предвестником переполюсовки магнитного поля. Помимо того, что быстро перемещается магнитный полюс, ещё и напряжённость магнитного поля сильно падает. Длина магнитного поля измеряется магнитометрами, она и характеризует его напряжённость. Её показатели показывают, что магнитное поле стало резко сокращаться, если так пойдёт и дальше, то, чисто теоретически, через тысячу лет магнитное поле может исчезнуть. Эти смелые предположения взволновали общество. Инверсия магнитного поля действительно существует. Эти процессы наблюдались в прошлом: последняя инверсия магнитного поля произошла 780 тысяч лет назад. Всего за историю Земли мы знаем несколько сотен, если не тысяч инверсий магнитного поля. За последние 5 млн лет произошло 20 инверсий. Следовательно, инверсия – это такое свойство магнитного поля, которое мы должны учитывать в своих моделях, уметь прогнозировать её в будущем и изучать её влияние на живые организмы. Об инверсии стало известно благодаря так называемому дну океанов. В 50-е годы двадцатого века было доказано, что дно океанов расширяется, и при внедрении магматических пород в срединно-океанических хребтах формируется запись магнитного поля Земли на тот момент, когда вводились эти магматические породы. Эти записи показывают неоднократные инверсии на Земле, к тому же по ним можно определить, что инверсии происходили нерегулярно. Кроме того, интервалы времени, когда Земля имела одинаковую полярность, имели совсем разную продолжительность: от нескольких десятков тысяч до десятков миллионов лет. Из этого следует интересный вывод: мы не знаем, когда произойдёт следующая инверсия.

Считается, что, так как инверсия не фиксировалась уже 780 тысяч лет, она должна скоро произойти,  на это указывает и быстрое смещение полюса; однако историки магнитного поля говорят, что такие быстрые смещения полюса тоже происходили в прошлом, и далеко не каждое ускорение перемещения магнитных полюсов заканчивалось инверсией. Поле может остановиться, замедлиться, вернуться назад. По современным представлениям, инверсия – это не просто переворот магнитного поля на 180 градусов. Магнитное поле ослабевает почти до нуля, а потом снова возникает в обратном направлении. Момент, когда поле ослабевает почти до нуля, волнует практически всех, поскольку в это время наша Земля теряет свой магнитоэкран, магнитосферу. Планета становится более уязвимой, так как радиационный фон от Солнца увеличивается. Однако недавно учёные с Физического факультета МГУ посчитали, что при выключении магнитного поля радиационный фон на Земле увеличится всего лишь в два-три раза, что не представляет никакой опасности для живых организмов, пострадают только космонавты на МКС, так как на высоте примерно 400 километров фон увеличится раз в 20-25 – это уже серьёзно. В науке нет данных о том, что инверсии влекли за собой изменения в жизни биосферы Земли.

«То время, которое люди живут на Земле, — это ничто для геологической истории планеты»

Магнитное поле детально изучается последние 100 лет, что представляет собой момент для геологической науки, однако непонятно, как оно выглядело в момент появления Земли. Реконструкцией вида магнитного поля несколько миллионов или даже миллиардов лет назад занимается специальная наука – палеомагнитология. Магнитные минералы, наиболее часто встречающийся из них в природе – магнетит, или магнитный железняк, фиксируют и хранят магнитный сигнал. Если горная порода после своего образования не нагревается, не деформируется и не испытывает химических превращений, то она может записать, сохранить и донести до наших дней сведения о магнитном поле Земли в прошлом вплоть до 4 млрд лет. Палеомагнитология занимается считыванием информации с этих горных пород. Самый яркий выход из палеомагнитных исследований – восстановление облика Земли в прошлом. Это важно для того, чтобы спрогнозировать положение континентов в будущем. Пангея Проксима, объединяющая практически все континенты, – модель внешнего облика Земли через 250 млн лет. Детально реконструировать магнитное поле можно с помощью археомагнетизма, то есть артефактов – черепков, обожжённой керамики. В них присутствуют магнитные материалы, поэтому, выпилив из этих артефактов кубики, можно считывать с этих предметов магнитную информацию, реконструировать поведение магнитного поля в прошлом с точностью до определённого возраста этой керамики.

«Магнитное поле могут определять не только птицы и рыбы, но и бактерии!»

Биомагнетизм – особое направление науки. Человек не может осязать магнитное поле, но, как выяснилось, у многих мигрирующих представителей биосферы – рыб, птиц, бабочек, китов, дельфинов – имеются такие рецепторы, они ощущают его. Например, у голубей в ухе обнаружены клетки, которые особым образом определяют направление магнитного поля земли. Такие же клетки есть у рыб и других перечисленных ранее животных. Даже такие простейшие одноклеточные вещества, как магнитотактические бактерии, могут ориентироваться по магнитному полю Земли.

«Магнитное поле для человека – шестое чувство?»

Палеомагнитолог из Калифорнийского университета Джо Киршвинг интересуется тем, может ли всё-таки человек распознать магнитное поле. Он посадил себя в кольца Гельмгольца, которые могут создавать магнитное поле определённого направления и напряжённости в определённом объёме пространства, надел много датчиков и попытался найти в себе шестое чувство – способность определять магнитное поле Земли. Киршвинг предположил, что у некоторых людей есть этот дар. Например, у своего студента, которого он посадил за эту установку, он не нашёл его, а у себя что-то обнаружил: при изменении магнитного поля в мозге учёного что-то шевелилось. Джо Киршвинг продолжает эксперименты, может быть, это выльется в новое научное открытие.

Откуда магнитное поле у земли

Загадка земного ядра: откуда у нашей планеты магнитное поле

Загадка земного ядра: откуда у нашей планеты магнитное поле — РИА Новости, 13.06.2019

Загадка земного ядра: откуда у нашей планеты магнитное поле

Северный магнитный полюс продолжает смещаться с территории Канады в сторону архипелага Северная Земля со скоростью 55 километров в год. Ученые предполагают. РИА Новости, 13.06.2019

2019-06-13T08:00

2019-06-13T08:00

2019-06-13T08:04

МОСКВА, 13 июн — РИА Новости, Татьяна Пичугина. Северный магнитный полюс продолжает смещаться с территории Канады в сторону архипелага Северная Земля со скоростью 55 километров в год. Ученые предполагают: готовится смена полюсов из-за волнений в жидкой части ядра планеты, недоступной прямым наблюдениям. Что именно там происходит, понять трудно, но есть много гипотез. Миссия к «железному миру»В 2022 году NASA собирается отправить аппарат к астероиду Психея, находящемуся между Марсом и Юпитером. Его называют железным миром. По отражению лучей с поверхности, по тому, как быстро она нагревается и остывает, ученые поняли, что это если не полностью, то по большей части металл. Не исключено, что именно оттуда к нам прилетают железные метеориты. Это происходит очень редко, всего известно не более двух сотен таких событий. Предполагается, что Психея — ядро планеты земной группы, которая лишилась внешних оболочек. Вместе с Землей и Венерой эта планета формировалась вблизи Солнца, но затем что-то случилось. Может, катастрофа, а может, всему виной повторные разогревы планетоземали — сгустков материи, из которых образуются планеты. Ученые непременно хотят попасть в «железный мир», и не только ради геологической разведки месторождений в интересах наших потомков. В первую очередь — чтобы вплотную исследовать аналог ядра Земли. Почему ядро железноеЯдро Земли — интереснейший объект. Его состав и температура отражаются на вышележащих слоях и атмосфере. Ядро — источник магнитного поля, благодаря которому возникла жизнь. Там же — ключ к тайне образования планет земной группы. Недра Земли исследуют с помощью сейсмических волн и моделирования. Грубо говоря, планета состоит из верхней оболочки — коры, мантии и ядра. О том, что ядро — железное, свидетельствует несколько фактов. У Земли собственное магнитное поле, словно диполь вставлен по оси вращения. Мантия не может генерировать такое поле, она слишком слабо проводит электрический ток. Согласно модели геодинамо на это способна только проводящая жидкость. Значит, часть ядра — жидкая. Железо — один из самых распространенных элементов в Солнечной системе. Это подтверждается его обилием в метеоритах. Во внешней части ядра не проходят упругие S-волны, значит, она жидкая. Внутренняя часть ядра радиусом примерно 1221 километр слабо распространяет S-волны — соответственно, она либо твердая, либо в состоянии, симулирующем твердость. Граница двух слоев в ядре довольно четкая, как и между ядром и нижней мантией. Считается, что ядро железное, с небольшими примесями никеля (на это указывает состав железных метеоритов), кремния, сульфидов и кислорода. Некоторые особенности прохождения сейсмоволн говорят о том, что внутреннее твердое ядро вращается слегка быстрее, чем мантия и кора, примерно на 0,15 градуса в год. Когда и как образовалось ядро Земли? Каково в нем соотношение химических элементов? Почему оно не однородное? Какая там температура? Где источник энергии? И главное, почему ядро вообще сформировалось внутри планеты? По каждому из этих и множеству других вопросов есть немало гипотез.Кому из близнецов повезлоВенеру считают близнецом Земли — она лишь немного меньше по массе и размерам. Но нынешние условия на ее поверхности совершенно другие. У Земли есть собственное магнитное поле, атмосфера и биосфера.У Венеры из этого списка — только ядовитая атмосфера с облаками из серной кислоты. Следов магнитного поля нет и в геологическом прошлом, хотя они могли и исчезнуть. Вероятно, все дело в происхождении близнецов. Венера и Земля образовались в одной части газопылевой туманности, окружавшей Солнце. Зародыши планет увеличивались, притягивая к себе все больше материала. Когда масса стала критической, начались разогрев, плавление. Вещество разделялось на фракции: тяжелые элементы оседали внутри, легкие поднимались наверх. Как полагают ученые из Германии, Японии и Франции, расслоение таких тел, как Земля, идет равномерно и стабильно, каждый слой — однородный. Чтобы ядро получилось двухслойное и неоднородное, где-то ближе к концу процесса планета должна была испытать очень сильный удар другого массивного тела. Часть вещества «пришельца» осталась в недрах Земли, часть была выбита на орбиту, где затем образовалась Луна. От удара внутренности планеты перемешались, и это привело к частичному плавлению ядра.А вот эволюция Венеры прошла гладко, без ЧП космического масштаба. Расслоение благополучно завершилось с образованием твердого железного ядра, неспособного генерировать магнитное поле. Есть и другая гипотеза: спонтанная кристаллизация железного расплава. Однако для этого ему нужно остыть до тысячи Кельвинов, что невозможно. Значит, зародыши кристаллизации проникли извне, сделали вывод ученые из США. Например, из нижней мантии. Это крупные куски железа размером десятки и сотни метров. Откуда им там взяться — большой вопрос.Один из ответов лежит на поверхности Земли в виде древних железистых кварцитов. Возможно, более трех миллиардов лет назад из этих пород сложилось дно океанов. Из-за движения плит оно погрузилось в мантию и оттуда — в ядро.Создание магнитного щитаСоотношение радиоактивных изотопов свинца указывает на возраст ядра: порядка четырех с половиной миллиардов лет. Когда возникло магнитное поле, неизвестно. Его следы встречаются уже в самых древних горных породах Земли возрастом 3,5 миллиарда лет. В соответствии с моделью геодинамо для магнитного поля Земли нужна проводящая жидкость, вращение которой сопровождается перемешиванием. Проблема в том, что магнитное поле у быстро вращающихся жидкостей рано или поздно затухает. Судя по геологическим данным, на видимом нам отрезке времени интенсивность магнитного поля Земли не менялась. Должен быть какой-то постоянный мощный источник энергии.На эту роль есть два кандидата. Температурная конвекция, возможная, если внутреннее ядро горячее внешнего, и композиционная конвекция, то есть перемещение элементов из одной части в другую. Это означает, что твердая часть ядра увеличивается. Но бояться полного застывания не стоит. На это понадобится не один миллиард лет.

Магнитное поле Меркурия


У Меркурия, как и у нашей планеты, есть магнитное поле. До полета космического корабля Маринер-10 в 1974 году, никто из ученых не знал о его наличии.

Магнитное поле Меркурия

Оно составляет около 1,1% от Земного. Многие астрономы в то время предполагали, что это поле реликтовое, то есть оставшееся от ранней истории. Информация с космического корабля MESSENGER полностью опровергла эту догадку и теперь астрономы знают, что динамо-эффект в ядре Меркурия несет ответственность за возникновение.

Оно образуется динамо-эффектом движущегося в ядре расплавленного железа. Магнитное поле является дипольным, как на и Земле. Это означает, что у него есть северный и южный магнитные полюса. MESSENGER не нашел доказательств существования аномалий в виде пятен, это свидетельствует о том, что оно создается в ядре планеты. Ученые до недавнего времени думали, что ядро Меркурия остыло до такой степени, что она больше не может вращаться.

Об этом говорили трещины по всей поверхности, которые были вызваны охлаждением ядра планеты и последующим его воздействием на кору. Поле достаточно сильное, чтобы отклонять солнечный ветер, создавая магнитосферу.

Магнитосфера

Она захватывает плазму солнечного ветра, что способствует выветриванию поверхности планеты. Маринер-10 обнаружил низкую энергию плазмы и всплески энергичных частиц в хвосте, указывающие на динамические эффекты.

MESSENGER обнаружил много новых деталей, таких как таинственные утечки магнитного поля и магнитные торнадо. Эти торнадо представляют собой витые пучки, которые идут от планетарного поля и соединяются в межпланетном пространстве. Некоторые из этих торнадо могут иметь размер от 800 км в ширину до трети радиуса планеты. Магнитное поле отличается асимметрией. Космический аппарат MESSENGER обнаружил, что центр поля смещен почти на 500 км севернее от оси вращения Меркурия.

Из-за этой асимметрии, южный полюс Меркурия меньше защищен и подвержен гораздо большему облучению агрессивными солнечными частицами, нежели северный полюс.

Магнитное поле «утренней звезды»

Венера имеет магнитное поле, которое, как известно, невероятно слабо. Ученые до сих пор не уверены почему это так. Планета известна в астрономии как двойник Земли.

Она имеет такой же размер и примерно аналогичное расстояние от Солнца. Она также является единственной из других планет внутренней Солнечной системы, которая имеет значительную атмосферу. Однако отсутствие сильной магнитосферы указывает на существенные различия между Землей и Венерой.

Общее строение планеты

Венера как и все остальные внутренние планеты Солнечной системы — скалистая.

Ученые не очень много знают о формировании этих планет, но основываясь на данных, полученных с космических зондов, они сделали некоторые догадки. Мы знаем, что внутри Солнечной системы были столкновения планетазималей богатых железом и силикатами. Эти столкновения создали молодые планеты, с жидкими ядрами и хрупкой молодой корой состоящей из силикатов. Однако большая загадка заключается в развитии железного ядра.

Мы знаем, что одной из причин образования сильного магнитного поля Земли является то, что железное ядро работает как динамо машина.

Почему у Венеры нет магнитного поля?

Это магнитное поле защищает нашу планету от сильного солнечного излучения. Однако это не происходит на Венере и есть несколько гипотез объясняющих это. Во-первых, ядро ее полностью затвердело. Ядро Земли по-прежнему частично расплавлено и это позволяет ему производить магнитное поле. Другая теория гласит, что это связано с тем, что планета не имеет тектоники плит, как Земля.

Когда космические аппараты ее исследовали, они обнаружили, что магнитное поле Венеры существует и в несколько раз слабее чем у Земли, однако, солнечное излучение оно отклоняет.

Ученые теперь полагают, что поле, на самом деле, является результатом работы ионосферы Венеры, взаимодействующей с солнечным ветром. Это означает, что планета имеет индуцированное магнитное поле. Однако подтвердить это дело будущих миссий.

Откуда магнитное поле у земли

В данной статье анализируется публикация «В предчувствии инверсии. Чем грозит движение магнитного поля земли?») в журнале «ПОИСК» (2015, №6). Автор проводит исследование по геоэкологической проблеме современной ракетно-космической деятельности, приводит хронологические факты, подтверждающие зависимость запусков космических летательных аппаратов с глобальными катаклизмами, участившимися и усилившимися с началом космической эры.

магнитодинамическая природа геомагнетизма
природные катаклизмы
геоэкологическая проблема
ракетно-космическая деятельность
магнитное поле Земли.

1. Vertinskii P.A. On magnetodinamics of stationary geomagnetism // XII Joint International Symposium Atmospheric and Ocean Optics. Atmospheric Physics. – Tomsk: Institute of Atmospheric Optics SB RAS, 2005.

2. Вертинский П.А. К магнитодинамике стационарного геомагнетизма // Вестник ИРО АН ВШ РФ. – Иркутск: БГУЭП, 2005. – № 1(6). – С. 5-26; сб. матер. VIII МНС-2005. – Красноярск: КГУ, 2005.

3. Вертинский П.А. Геомагнитные механизмы экологических последствий ракетно-космической деятельности. Всесибирский Конгресс женщин-математиков. – Красноярск: ИВМ СО РАН, 2006 // Вестник ИРО АН ВШ РФ. – 2006. – № 3 (10). – С. 124-140.

4. Вертинский П.А. Природа геомагнетизма с позиций магнитодинамики. – URL: http://www.cosmoworld.ru/spaceencyclopedia/publications/vert1.doc

5. Вертинский П.А. Геоэкологические проблемы современной ракетно-космической деятельности. – Усолье-Сибирское, Иркутск: ИрГСХА, 2009. – URL: http://biblioteka-dzvon.narod.ru/docs/GEOEKOLOGIQ_-_PDF.mdi

6. Вертинский П.А. Нравственные перспективы экологических проблем. – URL: http://www.econf.rae.ru/article/5099.

7. Вертинский П.А. Магнитодинамическая природа геомагнетизма. – URL: http://www.econf.rae.ru/article/5051.

8. Вертинский П.А. Геоэкологические проблемы современной ракетно-космической деятельности. – URL: http://www.econf.rae.ru/article/5036.

9. Vertinsky P.A. The geoecological challenges of the modern space rocket activity. – URL: http://www.econf.rae.ru/article/8528.

10. Вертинский П.А. Техногенное нарушение энергетического баланса природной среды. – URL: http://www.econf.rae.ru/article/5074.

11. Вертинский П.А. Сейсмические модели полигармонического резонанса. – URL: http://www.econf.rae.ru/article/ 5379

12. Вертинский П.А. Гидромеханические проявления сейсмических волн как причина аварии на Саяно-Шушенской ГЭС. – URL: http://econf.rae.ru/pdf/2011/06/402.pdf

13. Вертинский П.А. Механизмы возникновения и особенности поведения глобальных катаклизмов в космическую эру. – URL: http://www.econf.rae.ru/article/7152

14. Вертинский П.А. Официальная позиция относительно объективного проявления геофизических механизмов возникновения и особенностей поведения глобальных катаклизмов в космическую эру. – URL: http://www.econf.rae.ru/article/8489

15. Вертинский П.А. Письма по геоэкологическим проблемам современной ракетно-космической деятельности. – URL: http://www.econf.rae.ru/article/7785

16. Вертинский П.А. Обращение к президенту России В.В. Путину. – URL: http://viperson.ru/wind.php?ID=676054

17. Вертинский П.А., Обращение к энергетикам в связи с полным восстановлением Саяно-Шушенской ГЭС после аварии 17 августа 2009 года. – URL: http://viperson.ru/wind.php?ID=661837

Из указанной публикации, которая была опубликована в журнале «ПОИСК» (2015, №6) обращают на себя особое внимание последние фразы-вопросы: «…Почему магнитное поле дрожит? Ничто твердое в земном ядре с такой скоростью колебаться не может. По-видимому, это дрожание наведенное – магнитное поле отражает колебания ионосферы. А, может быть, найдется какое-то другое объяснение. Требуется продолжать исследования проблем, связанных с изменением “магнитной погоды” и “магнитного климата”…»

Дело в том, что в течение последних десяти лет автор «ведёт» безответную «переписку» по данной геоэкологической проблеме современной ракетно-космической деятельности, хронология которой отражается в публикациях автора [1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17] и др. Министры РФ Фурсенко А.А., Шойгу С.К. и Трутнев Ю.П. были первыми моими адресатами в декабре 2004 года, к которым я обратился, узнав из сообщений СМИ об ужасном цунами в Индонезии, подтвердившем мои опасения о выводах, об объективных функциональных причинно-следственных связях запусков КЛА с глобальными катаклизмами, участившимися и усилившимися с началом космической эры. Позже основные выводы по проблеме я изложил в своей брошюре ( Вертинский П.А. Геоэкологические проблемы современной ракетно-космической деятельности. – Усолье-Сибирское, Иркутск: ИрГСХА, 2009 . – URL: http://biblioteka-dzvon.narod.ru/docs/GEOEKOLOGIQ_-_PDF.mdi ).

Так как из всего списка публикаций автора только три первые не оцифрованы, а все остальные публикации, в которых выводы и рекомендации автора подтверждаются новыми и новыми фактами, то авторские комментарии к упомянутой публикации, отражающей, как указано в тексте, высокое мнение Председателя Объединенного Учёного Совета СО РАН по наукам о Земле академика Николая Леонтьевича Добрецова, то есть является официальным и поэтому должно считаться научным, то комментарии автора можно свести к цитатам из указанных публикаций, которые легко найти по указанным Интернет-адресам.

II. Природа геомагнетизма с позиций магнитодинамики

Так как главное качество учёного – объективность, независимость его суждений от веления начальства, признание лишь выводов, соответствующих действительности, то в комментируемой публикации в журнале «ПОИСК» нуждаются в фактических комментариях несколько тезисов, что позволяет свои комментарии построить по схеме ВОПРОС (тезис из «ПОИСК» №6) – ОТВЕТ-цитата из публикаций автора [1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17]:

Тезис А. «…Сильнее всего с магнитным полем связана ионосфера, они влияют друг на друга, поэтому в моменты изменения напряженности магнитного поля полярные сияния – свечение ионизированного газа – могут наблюдать и жители умеренных широт. » По существу этого тезиса из «ПОИСКА» цитирую из публикации (Вертинский П.А. Природа геомагнетизма с позиций магнитодинамики. – URL: http://www.cosmoworld.ru/spaceencyclopedia/publications/ vert1.doc (см. [4], стр.10-18): «…К настоящему времени геофизика накопила о магнетизме Земли огромную информацию, большая часть которой получена в новейший период исследований космического пространства путём непосредственных инструментальных исследований с помощью космических летательных аппаратов, но построить общепризнанную теорию о происхождении магнетизма Земли пока не удаётся.

Магнитное поле Земли представляет собой диполь, ось которого образует с осью вращения Земли угол около 11,5о и не проходит через геометрический центр вращения нашей планеты. Северный полюс земного магнита расположен на юге, в Антарктиде, а южный – у северного побережья Канады. На поверхности Земли напряженность естественного магнитного поля составляет около 0,5 Гс и сильно зависит не только от географических координат и высоты над поверхностью Земли, но и от времени суток. Кроме того, поведение магнитного поля Земли по всем своим параметрам весьма жестко связано с солнечной активностью.

Сравнение факторов, сопутствующих земному магнетизму и магнетизму планет Солнечной системы, выявляет в качестве непременных одновременное наличие атмосферы и заметного суточного вращения планеты вокруг своей оси. Так, например, Венера, обладая мощной атмосферой, но при скорости вращения вокруг своей оси всего один оборот за свой один солнечный год заметного магнитного поля не имеет. Вместе с тем, Меркурий, имея весьма разреженную гелиевую атмосферу, но вращаясь вокруг свой оси со скоростью всего лишь в три оборота за свои два солнечных года, позволил КЛА «Маринер-10» (1974 г.) обнаружить свой магнетизм.

Таким образом, вся накопленная информация о магнетизме Земли и планет Солнечной системы позволяет с магнитодинамических позиций предположить два механизма образования геомагнетизма: кольцевые электрические токи вследствие суточного вращения электрических зарядов атмосферы и зарядов в недрах Земли, которые необходимо рассмотреть более детально.

1. Магнитосфера Земли

Современные представления о магнитном поле Земли сконцентрированы в приведенном ниже рис. 1, взятом из весьма авторитетного источника [18], куда добавлены автором новейшие сведения о распределении электрических зарядов в ионосфере Земли [19, 20] и др.

1130060.PNG

Рис. 1. (рис. 3 по [18]) Магнитосфера Земли

Здесь необходимо отметить особенность распределения ионосферного электричества в ночной атмосфере в связи с известной, так называемой, экваториальной аномалией, которая проявляется в экваториальных широтах в ночное время и заключается в уменьшении концентрации ионосферного электричества в полости тени Земли. Данное обстоятельство приводит к образованию «двугорбой» [20] графической зависимости величины H (х,у) – магнитной напряженности от геомагнитных координат в субтропических поясах. В свете современной информации совершенно бесспорной первопричиной всех известных процессов в атмосфере Земли представляется солнечная радиация всех известных диапазонов.

В результате ионизации молекул атмосферного воздуха и светового давления на ионизированные частицы в верхних слоях атмосферы Земли образованы и поддерживаются соответствующе интенсивности наэлектризованные зоны, которые схематично можно представить как на рис. 2, где сплошной круг изображает сечение Земли экваториальной плоскостью, а штриховой круг – сечение её атмосферы. На рис. 2 буквами обозначены: ω – направление суточного вращения Земли, R1, R2 , R3 – расстояния от центра Земли соответствующих наэлектризованных зон ионосферы с дневной и ночной сторон, v1 , v2 , v3 – линейные скорости движения этих зон, численные значения которых легко вычислить: Vi = ωRi .

1130067.PNG

Рис. 2. Схема образования широтных кольцевых токов вокруг Земли

Учитывая различные формы и размеры наэлектризованных зон, то есть различные количества электричества Qi каждой из этих зон, и различные их расстояния от центра Земли, то есть различные их линейные скорости Vi относительно поверхности Земли, приходится признать, что в результате суточного вращения Земли по её широтам текут электрические токи различных направлений и величин, которые определяются конкретными значениями указанных параметров, создавая соответствующие по (2) поля магнитного натяжения.

2. «Двугорбая» графическая зависимость геомагнетизма от геомагнитных координат в субтропических поясах

Как уже отмечалось выше и указывалось в предисловии, современная геофизика не может ответить на вопрос о происхождении геомагнетизма. Вместе с этим, никто из специалистов не может ничего возразить по существу положения в статье [21], которое здесь целесообразно процитировать: «…Сравнение факторов, сопутствующих земному магнетизму и магнетизму планет Солнечной системы, выявляет в качестве непременных одновременное наличие атмосферы и заметного суточного вращения планеты вокруг своей оси. Так, например, Венера, обладая мощной атмосферой, но при скорости вращения вокруг своей оси всего один оборот за свой один солнечный год заметного магнитного поля не имеет. Вместе с тем, Меркурий, имея весьма разреженную гелиевую атмосферу, но вращаясь вокруг свой оси со скоростью всего лишь в три оборота за свои два солнечных года, позволил КЛА «Маринер-10» (1974 г.) обнаружить заметный магнетизм.

Таким образом, вся накопленная информация о магнетизме Земли и планет Солнечной системы позволяет с магнитодинамических позиций предположить два механизма образования геомагнетизма: широтные кольцевые электрические токи вследствие суточного вращения электрических зарядов атмосферы и зарядов в недрах Земли…» [22].

Не воспроизводя здесь снова рис. 1. (Магнитосфера Земли) и рис. 2 (Схема образования широтных кольцевых токов вокруг Земли) из упомянутой статьи [21], представим описанную схему дополнительными схемами, позволяющие более детально увидеть распределение электричества в электризованных зонах ионосферы Земли.

На рис. 3 показан вид сбоку на атмосферу Земли с электризованной зоной с ночной стороны вокруг тени Земли, а на рис. 4 изображен вид А-А рис. 3, то есть взгляд на атмосферу Земли с ночной стороны.

1130083.PNG

Рис. 3. (рис. 1 по [34]) Рис. 4 (рис. 2 по [34])

На этих рисунках обозначены: З – Земля, ω – направление вращения Земли вокруг своей оси, m и n – нижние и верхние границы электризованной зоны с ночной стороны, a и b – внутренние и внешние границы электризованной зоны с ночной стороны, k и l – внешние границы электризованной зоны с ночной стороны по сечению m–n. Из этих изображений на рис. 3 и рис. 4 ясно, что электризованная зона с ночной стороны атмосферы Земли представляет собой кольцо вокруг цилиндра тени Земли, размеры которого можно обозначить величинами: ширина кольца: h = m – n, радиальная толщина стенки кольца: s = a – b, толщина стенки кольца по сечению m – n: y = k – l.

Так как смещение любого сечения этой кольцевой электризованной зоны относительно оси вращения Земли определяется линейной скоростью по:

где Ri – радиус вращения данного сечения электризованной зоны, то можно вычислить величину широтного тока данного сечения электризованной зоны. Так как для

Ii = dQi / dt , (16)

то для i-го сечения кольцевой электризованной зоны надо вычислить количество электричества

dQi = ρΔzΔSi , (17)

вращающегося на данной широте вокруг оси вращения Земли, где ρ – объёмная плотность электричества в электризованной зоне толщиной Δz и площадью ΔSi i-го сечения, которое можно выразить через принятые нами выше размеры кольцевой электризованной зоны с ночной стороны атмосферы Земли: ΔSir = ΔSaв = sh – для радиальных сечений и ΔSip = ΔSkl = yh – для периферийных сечений кольцевой зоны по m – n. Таким образом, для любого радиального сечения кольцевой зоны по a – b величина широтного ионосферного тока может быть выражена:

(18).

Аналогично выражается и величина широтного ионосферного тока любого периферийного сечения кольцевой зоны:

(19).

Так как из рис. 3 и рис. 4 очевидно, что 2s – два радиальных сечения (с вечерней и утренней сторон Земли) ионосферы вместе меньше каждого из y – периферийных сечений ионосферы почти на целый диаметр Земли, то с учётом реальных размеров магнитосферы Земли (см. рис. 1 по [21]) величина количества электричества по (17): dQiy = ρΔzΔSiy каждого знака периферийных зон ΔSip = ΔSkl = yh превосходит величину количества электричества dQir = ρΔzΔSir радиальных зон ΔSir = ΔSaв = sh многократно. Таким образом, из наших схем на рис. 3 и рис. 4 совершенно ясно, что всегда радиальное сечение кольцевой электризованной зоны s = a – b много меньше периферийного сечения этой зоны y = k – l, поэтому сравнение выражений (18) и (19) приводит к однозначному выводу о «двугорбой» [20] графической зависимости величины H (х,у) – магнитной напряженности от геомагнитных координат в субтропических поясах, понять которую на основе современных геофизических представлениях невозможно.

Более того, из приведенной оценки количества электричества ионосферных зон различных широт можно также заключить, что по каждой широте тропического пояса протекает два – вечерний и утренний – ионосферных электрических тока, то есть разделенные во времени, поэтому их общее магнитное поле меньше их алгебраической суммы, что дополнительно объясняет не только наш вывод о «двугорбой» графической зависимости величины H (х,у) – магнитной напряженности от геомагнитных координат в субтропических поясах, но и поясняет причины суточных колебаний величины магнитного поля в указанном поясе широт [20].

3. Внутренние геосферы Земли

Классическая карта литосферных плит оболочки Земли, представленная на рис. 5, в современной геофизике не вызывает сомнений [23]. На этой карте отчетливо проявляются контуры литосферных плит оболочки Земли, обнаруживая зоны и направления столкновений между собой. Обращает на себя внимание яркая закономерность расположения поясов сейсмической активности на поверхности нашей планеты, выдавая места и направления гигантских деформирующих усилий в коре.

В последние десятилетия ХХ века сейсмологические исследования методами продольных и поперечных сейсмических волн позволили составить карты сейсмических аномалий для различных глубинных на уровней нашей планеты. Фундаментальные работы американских сейсмологов во главе с Адамом Дзевонски показали изменения сейсмической картины, связанные с глубиной геосферы [24]. Различия в сейсмических характеристиках геосфер, представленные на рис. 6, характеризуют различия скоростей сейсмических волн в соответствующих зонах, в свою очередь отображают и различия этих зон в их физических свойствах, минеральном составе, напряжений деформации и т.д.

Для иллюстрации связи значений сейсмических скоростей в зонах мантии с физическими свойствами соответствующих пород здесь можно привести множество достоверных фактов из указанной фундаментальной работы [23] и др.

Примеры распределения скоростных аномалий в мантии Земли по результатам сейсмической томографии на различных глубинах: а – глубинный уровень 900 км, б – 1750 км, в – 2600 км. Белые и черные участки на позитиве соответствуют изменениям сейсмических скоростей от – 1,5% до +1,5% по отношению к средним значениям для геосферы на данном глубинном уровне.

1130110.PNG

Рис. 5. (рис. 6.1 стр. 275 по [23])

1130119.PNG 1130129.PNG 1130136.PNG

Рис. 6. (рис. 5 по [24])

4. Бародиффузионный механизм дифференциации земного вещества

1130143.PNG

Рис. 7. (рис. 5.2 на стр.161 по [23])

1130151.PNG

Рис. 8. (рис. 5.3 на стр.165 по[23])

На рис. 7 графически представлена установленная экспериментально и обоснованная теоретически [23] зависимость насыщения твёрдых растворов окислов железа в силикатах мантии Земли. Область развития бародиффузии окислов железа из силикатов мантии показана на графике крапом. На основании этих исследований вполне достоверно обоснован вывод геофизиков об уплотнении мантийного вещества при высоких давлениях, которое непременно сопровождается электронно-фазовыми переходами в атомах.

На рис. 8 наглядно представлено распределение концентрации Fe2O в кристаллах силикатов нижних слоев мантии: а – направление диффузии окислов железа в кристаллах силикатов; б – распределение концентраций окислов железа в этих же кристаллах после процессов бародиффузии, приводящие к упорядочиванию распределения мантийного вещества.

5. Электризация кристаллических структур под действием силы тяжести

1130159.PNG

Рис. 9. (рис. 2 на стр.180 по [25])

Перечисление здесь закономерностей поведения кристаллических структур мантийного вещества, которое можно было бы продолжать, становится вполне уместным в свете исследований эффектов эмиссии зарядов при деформации металлов и сопутствующего образования внутренних и внешних электрических полей, сущность которых легко проясняется, например, в работе [25], выводы из которой представлены графически на рис. 9. в виде ярких зависимостей величины напряжения на образцах различных металлов от нагрузки сжатия: графики пронумерованы: 1 – для стали, 2 – для меди, 3 – для латуни.

Этот наш вывод можно наглядно иллюстрировать рис. 10 и рис. 11.

1130167.PNG

Рис. 10. Увеличение негатива рис. II-4-а с обозначенными радиусами суточного вращения различных участков аномалий данной глубинной геосферы: Nm и Sm – магнитные полюса, R1 и R2 – расстояния от центра Земли, r1 и r2 – радиусы суточного вращения аномалий данной геосферы

1130167.PNG

Рис. 11. Сечение Земли экваториальной плоскостью с траекториями суточного вращения аномальных участков различных глубинных геосфер: r1, r2, r3 – радиусы геосфер, Ve и Vp – скорости движения зон, Ie и Ip – направления токов отрицательно и положительно электризованных зон

Учитывая теперь в связи с упомянутыми и другими закономерностями упорядочивания структур мантийного вещества Земли под действием давлений на разных глубинных уровнях, можно заключить, что в недрах нашей планеты на различных геосферах в соответствии с выводами сейсмической томографии локализованы зоны положительного (сжатие) и отрицательного (растяжение) электричества.

Таким образом, в качестве вывода из всех выше перечисленных обстоятельств в глубинных геосферах здесь вполне обоснованно можно заключить, что вместе с суточным вращением нашей планеты совершают круговые движения и все электризованные зоны в её недрах, то есть все геосферы независимо от своих радиусов, характеров и интенсивностей своих аномалий создают системы кольцевых электрических токов различных величин и направлений, которые определяются конкретными значениями количества электричества и радиуса траектории вращения каждой электризованной зоны каждой геосферы всех глубинных уровней Земли, создавая соответствующие по (2) поля магнитного натяжения.

Объединяя теперь этот наш вывод c выводом выше по п. III-1 о широтных ионосферных электротоках, можно сформулировать наш ответ на вопрос о природе геомагнетизма: магнитное поле Земли образовано и поддерживается в стационарном состоянии благодаря двум глобальным системам кольцевых электрических токов: широтным в ионосфере и геосферным в недрах планеты. При этом необходимо подчеркнуть, что электризованные зоны различных знаков в ионосфере смещаются относительно поверхности планеты в противоположном вращению Земли направлению, а геосферные электризованные зоны также различных знаков движутся по общему направлению вращения Земли. Так как направления магнитных полей электрических токов, созданных движением отрицательных и положительных электрических зарядов противоположны [10], и противоположны направления движений ионосферных и широтных электризованных зон, то исходя из фактического направления магнитного поля Земли, можно отметить преимущественный вклад в общее магнитное поле нашей планеты электрических токов за счёт широтных движений отрицательно электризованных зон ионосферы и положительно электризованных зон геосфер Земли.

Разумеется, на основании одного из основных принципов динамики систем Д,Аламбера – Лагранжа, означающего, что действующие на каждую точку системы активные силы и силы реакций всевозможных связей полностью компенсированы силами инерции, то есть:

, (20)

где δri – векторы возможных перемещений точек системы, необходимо отметить непременным условием стационарного состояния геомагнитного поля выполнение этого требования (17) динамики.

Другими словами, планета Земля со своим магнитным полем представляет собой магнитодинамическую машину в стационарном режиме работы, когда все электрические токи по всевозможным контурам между собой связаны силами электромагнитного взаимодействия.

Придерживаясь здесь понятий и определений магнитодинамики [10], можно отметить, что вектор-функция натяжения магнитных полей кольцевых токов, созданных движением геосферных и ионосферных электризованных зон в процессе суточного вращения Земли, ориентирована нормально к своим токам, являющимися «монополями» магнетизма по (2): . Вследствие этого положения и на основании принципа по (3): напряженность H(x,y,z) магнитного поля в действительности является величиной скалярной, а её силовые линии – это эквипотенциальные линии, которые в трёхмерном пространстве образуют сложные эквипотенциальные поверхности в полях магнитного натяжения…»

III. Геомагнитные механизмы экологических последствий современной ракетно-космической деятельности

Тезис Б. «…Во-первых, разрушение ионосферы, из-за чего на Землю начнет проникать “солнечный ветер”. Некоторые геофизики видят в этом главную опасность… Во-вторых, неизбежные климатические изменения – даже во время простых магнитных бурь усиливаются ветры, тайфуны, прочие негативные погодные явления, так как ионосфера – один из регуляторов климата. К сожалению, перемену климата предотвратить невозможно, можно попытаться только ослабить возможные последствия…» По существу этого тезиса из «ПОИСКА» цитирую из публикации (Вертинский П.А. Геоэкологические проблемы современной ракетно-космической деятельности. – URL: http://www.econf.rae.ru/article/5036 . (см. [8], стр. 5-7)): «…Придерживаясь здесь понятий и определений магнитодинамики [2], можно отметить, что вектор-функция натяжения магнитных полей кольцевых токов, созданных движением геосферных и ионосферных электризованных зон в процессе суточного вращения Земли, ориентирована нормально к своим токам, являющимися «монополями» магнетизма по (2): . Вследствие этого положения и на основании принципа по: (8) напряженность H(x,y,z) магнитного поля в действительности является величиной скалярной, а её силовые линии – это эквипотенциальные линии, которые в трёхмерном пространстве образуют сложные эквипотенциальные поверхности в полях магнитного натяжения. Разумеется, на основании одного из основных принципов динамики систем Д. Аламбера – Лагранжа, означающего, что действующие на каждую точку системы активные силы и силы реакций всевозможных связей полностью компенсированы силами инерции, то есть:

, (9)

где δri – векторы возможных перемещений точек системы, необходимо отметить непременным условием стационарного состояния геомагнитного поля выполнение этого требования (9) динамики. Представим себе околоземное космическое пространство как на рис. 12, где области электризованных зон ионосферы любой полярности обозначим белым цветом, чтобы наглядно себе представить прохождение активных участков траекторий запусков КЛА с космодромов, размещенных в экваториальных и умеренных широтах.

1130251.PNG

Рис. 12. Околоземный Космос

Вспомним здесь, что все национальные космодромы [10]: Байконур (43ос.ш., 80ов.д.), Капустин Яр (47ос.ш., 32ов.д.), Плесецк (65ос.ш., 40ов.д.), Свободный (50ос.ш., 126ов.д.), Канавералл (28ос.ш., 82оз.д.), Ванденберг (28ос.ш., 128о з.д.), Шуангенцзы (41ос.ш., 100ов.д.), Тайюань (38ос.ш., 112ов.д.), Сичан (28ос.ш., 102ов.д.), Кагасимо (45ос.ш.), Танегасимо (44ос.ш.), Шрихариота (13ос.ш., 80ов.д ), Мыс Йорк (12ою.ш.), Куру (5ос.ш.) и даже передвижные космодромы плавучие «Одиссеи» и летучие «Русланы» предпочтительно базируются поближе к экваториальным широтам.

Чтобы оценить изменение количества электричества ΔQi i-ой электризованной зоны, схематично изобразим [6] как на приведенном ниже рис. 13, где обозначено: О – точка запуска ракеты носителя КЛА на поверхности Земли, О1 – точка вхождения активного участка траектории КЛА в ионосферу снизу, О2 – точка выхода активного участка траектории КЛА из ионосферы сверху, АВ и СД – области канала ионизированного газа вокруг активного участка траектории КЛА на входе и выходе из ионосферы соответственно, А1В1 и С1Д1 – нормальные проекции областей АВ и СД на поверхность Земли, А2В2 – теневая проекция участка а-в верхнего слоя ионосферы на поверхность Земли через область АВ в нижнем слое ионосферы. Знаки электричества слоёв ионосферы показаны в соответствии со схемой упомянутой статьи [6].

1130259.PNG

Рис. 13. Изменение количества электричества ΔQi i-ой электризованной зоны

Для оценки изменения количества электричества ΔQi i-ой электризованной зоны на рис. 13 необходимо обратить особое внимание на площадь сечения канала ионизированного газа вокруг активного участка траектории КЛА в ионосфере Земли, которое многократно превосходит площадь сечения реактивной струи из сопел ракеты – носителя КЛА, так как температура и давление в реактивной струе после её истечения из сопел превосходит эти параметры в окружающей ионосфере на много порядков. Знаки электричества слоёв ионосферы показаны в соответствии со схемой упомянутой статьи [6]. При плотности заряженных частиц порядка 106 1/см3 и их линейной скорости суточного вращения вместе с Землей порядка 0,5 км/сек это изменение количества электричества приводит к изменению величины широтного ионосферного тока на МА! Представим себе в этом свете изменение сил по fi = T(Ii Δl) (9) [6] в магнитосфере Земли и вспомним, например, как от громкого возгласа в горах сдвигаются снежные лавины, высвобождая свою энергию на разрушение всего на своём пути! Прямым фактическим подтверждением отмеченного выше обстоятельства являются результаты мониторинга ионосферы системой ГЛОНАС, как об этом сообщает на стр. 8 академической газеты «ПОИСК» № 51 от 21.12. 2007, откуда следует вывод о том, что «если следить за ее состоянием, то ни один запуск космического корабля, ракеты, спутника не останется незамеченным» и рис. 14, на котором отчётливо видно на порядок-два и даже три превышение амплитуды «возмущения», к.п.д. которого не превышает доли процентов.

Именно подобные ситуации позволили Н. Ф. Реймерсу [11] обобщить «… для энергетических процессов или воздействия на них порог «спускового крючка» или триггерного эффекта (например, при наведенных землетрясениях (!)) составляет 10-6–10-8 раз от наблюдаемой нормы энергетического состояния…». Особое внимание на рис. 13 обращает равноправность направлений образования криволинейного цилиндра О1 – О2 через слой ионосферы: снизу вверх (запуск КЛА) или сверху вниз (посадка КЛА), так как реактивные струи раскаленных газов из сопла ракеты-носителя при запуске КЛА или из сопел реактивных двигателей торможения КЛА при посадке в одинаковой степени нарушают слой ионосферы, изменяя лишь очередность образования электризованных областей на поверхности Земли под основаниями этого цилиндра. Данный вывод фактически подтверждается при каждом рейсе КЛА типа ШАТТЛ, последний из которых «Дискавери» № 35 запущен на орбиту к МКС 31.05.2008 с мыса Канаверал и посажен там же 14.06.2008.

1130266.PNG

Рис. 14. Ионосферный отклик на запуск ракет с космодрома «Байконур»

Здесь только напомню сведения из интернет-сайта http://www. americanru. com/ метеосведения: затихшее после 12.05.2008 землетрясение в провинции Сычуань (КНР) внезапно возобновилось 03.06.2008, достигая магнитуд до 7 баллов 05.06.2008, свидетельствуя о возмущении магнитосферы Земли запуском «Дискавери» №35, а многочисленные метеосообщения о невиданных наводнениях в долине Миссури и в восточных штатах Индии после посадки «Дискавери» №35 подтверждают образование двух мощных дополнительных циклонов в атмосфере Земли аналогично ураганам 31.08.2005 «Катрина» в США и 03.09.2005 «Бабочка» в Японии…».

IV. Накопление статистических материалов в подтверждение объективности функциональных причинно-следственных связей между запусками космических ракет с глобальными катаклизмами в эру космонавтики

Тезис В. «…Магнитное поле таит в себе еще много загадок. Например, за последние годы по данным, полученным сотрудниками магнитной обсерватории “Новосибирск”, скорость движения магнитного полюса, вычисленная по изменению минутных и секундных значений склонения и наклонения, может достигать во время магнитной бури скорости звука! При этом движение полюса не является хаотичным, а представляет собой набор петель различного размера и направления…» последствия…».

По существу этого тезиса из «ПОИСКА» цитирую из публикации (Вертинский П.А. Механизмы возникновения и особенности поведения глобальных катаклизмов в космическую ЭРУ. – URL: http://www.econf.rae.ru/article/7152 (см. [13], стр.2-3)):

«…В опровержение мнения канцеляристов из Роскосмоса и других ведомств, приверженных к хищническому природопользованию, Природа регулярно грозно напоминает нам об объективности своих законов. В этом свете следует особо выделить наиболее ужасные катаклизмы, последствия которых человечество не сможет забыть никогда:

1. 23.04.1986 осуществлен запуск мощного КЛА с космодрома Байконур, а 26.04.1986 произошла катастрофа на Чернобыльской АЭС.

2. 02.12.1988 осуществлен запуск мощного КЛА с космодрома на мысе Канаверал, а 07.12.1988 произошло страшное землетрясение в Спитаке (Армения).

3. 21.12.2004 осуществлен запуск мощного КЛА с космодрома на мысе Канаверал, а 25.12.2004 произошло землетрясение в Индийском океане, породившее страшное цунами в Индонезии.

4. 17.08.2005 с борта АПЛ «Екатеринбург» запущена ракета Р-29РМ, и спустя 30 минут головная часть ракеты успешно поразила цель на полигоне «Кура» на Камчатке, а 23.08.2005 у Багамов начал формироваться ураган Катрина, до Нью-Орлеана (США) он пришел 27.08.2005.

5. 31.05.2008 с мыса Канаверал запущен на орбиту «Дискавери» № 35, а 03.06.2008 внезапно возобновилось, достигая магнитуд до 7 баллов 05.06.2008, землетрясение в провинции Сычуань (КНР).

6. 14.06.2008 на мысе Канаверал посажен «Дискавери» № 35, а 19.06.2008 последовали многочисленные метеосообщения о невиданных наводнениях в долине Миссури и в восточных штатах Индии.

7. 11.08.2009 запуск ракеты-носителя «Протон-М» с космическим аппаратом AsiaSat-5, а 17.08.2009 произошла авария на Саяно-Шушенской ГЭС.

8. Конец 2009 – начало 2010 годов отмечен секретными учебно-боевыми запусками ракет, из которых сообщалось лишь, что: 24.12.2009 РВСН провели пуск РС-20В («Воевода») и др.; 29.12.2009 с космодрома Байконур стартовала ракета-носитель «Протон-М» с американским спутником DirecTV-12, а 12.01.2010 землетрясение на Гаити М 7.

9. 22.02.2010 – на мысе Канаверал приземлился «Индевор», а 27.02.2010 в Чили (Сантяго) землетрясение М 8,8.

10. 17.04.2010 Шаттл Discovery STS-131 отстыковался от МКС и перешёл в режим автономного полёта, и 20.04.2010 осуществлена успешная посадка шаттла Discovery STS-131, а 22.04.2010 пришли сообщение всех СМИ, что в Мексиканском заливе затонула нефтяная платформа Deepwater Horizon, управляемая компанией BP (British Petroleum). Нефтяное пятно достигло побережья штата Луизиана и берегов Флориды и Алабамы.

11. 14.05.2010 из Космического центра имени Кеннеди стартовал комплекс Atlantis с экипажем на МКС, а 20.05.2010 мостовой переход через Волгу словно огромное живое существо начал двигаться вверх-вниз с амплитудой полутора-двух метров.

12. 02.03.2010 с Байконура запущены три навигационных спутника, а 04.03.2010 в средиземном море лайнер Louis Majesty попал в зону сильных волн высотой до 8 метров. Корабль получил повреждения, погибли два человека, и еще несколько получили серьезные травмы.

Инфографика с сайта http://eco.ria.ru/ecoinfogr/20111023/468633175.html , представленного на рис. 15, свидетельствует, что все крупнейшие геологические катастрофы последних десятилетий вызваны запусками космических ракет. »

1130274.PNG

Рис. 15. Крупнейшие геологические катастрофы последних десятилетий

V. Техногенное нарушение энергетического баланса природной среды

Тезис Г. «…Почему магнитное поле дрожит? Ничто твердое в земном ядре с такой скоростью колебаться не может. По-видимому, это дрожание наведенное – магнитное поле отражает колебания ионосферы. А, может быть, найдется какое-то другое объяснение. Требуется продолжать исследования проблем, связанных с изменением “магнитной погоды” и “магнитного климата”…» По существу этого тезиса из «ПОИСКА» цитирую из публикации (Вертинский П.А. Обращение к президенту России В.В. Путину. – URL: http://viperson.ru/wind.php?ID=676054 (см. [16], стр.9-23)):

«…Все вышеизложенные выводы на основе магнитодинамической природы геомагнетизма постоянно подтверждаются ужасающей статистикой глобальных катаклизмов, являющихся проявлением геомагнитных механизмов геоэкологических последствий современной ракетно-космической деятельности, подтверждаемых сообщениями многочисленных СМИ, только за последние год-полтора на интернет-сайтах.

Только в конце июля – августе 2014 года проведено восемь космических запусков (таблица).

Из новостей Роскосмоса: «…Из Гвианского космического центра состоялся пуск российской ракеты-носителя «Союз-СТ-Б» 22.08.2014 16:30 22 августа в 16 часов 27 минут московского времени из Гвианского космического центра (ГКЦ, Французская Гвиана) совместными расчетами российских и европейских специалистов выполнен пуск российской ракеты-носителя «Союз-СТ-Б» с разгонным блоком «Фрегат-МТ» и двумя европейскими космическими аппаратами «Галилео FOC». В расчетное время головной блок в составе разгонного блока «Фрегат-МТ» и двух КА «Галилео FOC» отделился от третьей ступени ракеты-носителя и продолжил полет. Данный пуск РН «Союз-СТ» с космодрома Куру – девятый в рамках российско-европейской программы «Союз» в ГКЦ». В полном соответствии с выводами на основе магнитодинамической природы геомагнетизма последовали многочисленные сообщения СМИ о новых катаклизмах, порождённых упомянутыми КЛА, например: на сайте http://kmechte.ru/zemletryasenia_2013.htm новейшие землетрясения. По всему миру за период с 06.08.2014 до 06.09.2014 всего зарегистрировано 492, из которых оказалось 381 мелкофокусных, то есть R=381/111=3,43, что превышает R=2,14 для докосмического периода с 1901 по 1950 годы в 1,5 раза (см. в таблице 1 монографии Дмитриев А.Н. и Шитов А.В. Техногенное воздействие на природные процессы Земли. Проблемы глобальной экологии. – Новосибирск: ИД “Манускрипт”, 2003).

Космические запуски, проведенные в конце июля – августе 2014 года

Жорж Леметр [en] (ATV-005)

USA-256 [en] ( GPS IIF [en] -7)

Цзюцюань SLS [en] -2

Ванденберг SLC-3 [en] E

Heweliusz [pl] (BRITE-PL2)

Galileo FOC FM01

Galileo FOC FM02

Таким образом, чтобы ответить на вопрос в заглавии статьи: чем, как и кто грозит движением магнитного поля Земли, приходится признать, что история нашей потребительской цивилизации человечества в настоящее время подошла к своему главному парадоксу: техническое «покорение» Природы (атомная энергетика, космонавтика, инженерная генетика…) по своим последствиям (Чернобыльская катастрофа, цунами 27.12.2004 в Индонезии, СПИД, «куриный грипп»…) [См. «ЗМ» №17-18 (487-488)/06.09.2006, стр. 25 и др.] стало глобальным, а разработка и применение этих глобальных технологий остались частными, в лучшем случае корпоративными или национальными, в ведении отдельных монополий, государств или их союзов (НАТО, ЕВРОКОСМОС и т.п.). Отмеченный выше парадокс можно представить себе в виде наглядного обстоятельства, когда несколько государств связаны общей акваторией (Амур, Дунай и пр.), но промышленные стоки в этот общий бассейн сбрасывают отдельные из них, не отдавая себе отчёта за воздействие на население соседних стран. Этот наглядный пример даже воображать себе не требуется – достаточно вспомнить аварии на химических заводах в КНР на берегу Сунгари зимой и летом 2006 года, приведшие к загрязнению бассейна Амура, одним из скорых последствий которого явилась эпидемия менингита среди преимущественно детей в Хабаровском крае в августе-сентябре 2006 года!

Проблемы глобализации сегодня освещаются СМИ еще чаще и глубже, чем проблемы экологии, здесь мнений и противоречий ещё больше, чем в экологических публикациях, но нельзя не согласиться с выводом, что «…Нельзя строить будущее с политическим инструментарием прошедшей эпохи». (См., например, Кувалдин В. Глобализация – светлое будущее человечества? // «ЗМ» № 19-20/2005, стр. 8) и др. В любой сфере своей деятельности и при всём своём разнообразии человеческие сообщества для успешного своего функционирования вырабатывают, провозглашают и неукоснительно исполняют соответствующие принципы: партийные Уставы, моральные Кодексы, религиозные Заповеди, государственные Конституции. Так как планета Земля у всех нас единственная, то независимо от многообразия всех наших Уставов, Кодексов, Заповедей и Конституций общим для всех людей может быть лишь единственный принцип, открытый еще Н.Ф. Реймерсом: «Физика Земли должна быть неизменной».

На основании изложенного о причинно-следственных связях запусков КЛА с возникновением и особенностями поведения глобальных катаклизмов в космическую эру, можно заключить, что планета Земля со своим магнитным полем представляет собой магнитодинамическую машину в стационарном режиме работы, когда все электрические токи по всевозможным контурам между собой связаны силами электромагнитного взаимодействия, из чего объективно следуют выводы:

1. После запуска КЛА в ионосфере Земли образуется криволинейный цилиндрический канал с осью О1О2 длиной в несколько сотен или даже тысяч километров, в зависимости от конкретных условий запуска КЛА, а сечение этого канала исчисляется также тысячами квадратных километров! Это значит, что объём канала ионосферы, в котором рекомбинация ионов раскалённого газа реактивной струи нарушает равномерность распределения электрических зарядов на значительный период восстановления её за счёт фотоионизации и светового давления, исчисляется миллионами кубических километров, тем самым обеспечивая образование минимум двух дополнительных циклонов в атмосфере Земли! При этом мощности дополнительных циклонов, отличаясь друг от друга, превосходят мощности естественных циклонов многократно, позволяя однозначно определить техногенный характер их происхождения.

2. При возмущении магнитосферы после запуска КЛА вследствие изменения на ΔQi количества электричества Qi i-ой электризованной зоны ионосферы, через который пролегает активный участок траектории ракеты – носителя КЛА, вызывая изменение величины соответствующего кольцевого тока и величины внутреннего электрического поля Земли, сразу же приводя к изменению электрических сил между геосферными электризованными зонами, чтобы обеспечить выполнение фундаментального положения динамики системы

,

запуская, таким образом, механизм землетрясений. При этом гипоцентры землетрясений являются мелкофокусными, что и выдаёт техногенное происхождение землетрясения. Кроме того, малые потери сейсмических волн на пути к поверхности от мелкофокусных гипоцентров и объясняют высокую разрушительную мощность наведенных землетрясений, позволяя однозначно определить техногенный характер их происхождения.

3. Вместе с тем, нам нечего возразить К.Э. Циолковскому, что «Земля – колыбель человечества, но нельзя же вечно жить в колыбели». Так как устранить последствия природных катаклизмов невозможно (нельзя оживить погибших людей, возместить материальный ущерб), то единственным способом защиты людей Земли от последствий катаклизмов может лишь профилактика этих катаклизмов, то есть предотвращение самой причины возмущения магнитосферы Земли путём переноса всех космодромов в заполярные широты. Вспомним, что все национальные космодромы предпочтительно базируются поближе к экваториальным широтам. Поэтому единственно объективной мерой обеспечения экологической безопасности космонавтики может стать всемирный мораторий на запуски КЛА со всех космодромов, широты которых менее 72о, оставив только подвижные космодромы «Одиссей» и «Руслан», которые временно, до сооружения заполярных космодромов, могут выполнять неотложную нагрузку для обеспечения работы действующих космических программ, в том числе и обеспечение функционирования МКС, если базирование этих подвижных космодромов обеспечить за пределами широты 72о.

1. В результате анализа на основе магнитодинамической природы геомагнетизма статистики крупных природных катаклизмов в эпоху космонавтики на фоне запусков мощных КЛА приходится констатировать, что все техногенные катастрофы в указанный период (авария на Чернобыльской АЭС 26.04.1986, катастрофическое землетрясение в Спитаке (Армения) 07.12.1988, страшное цунами в Индонезии 25.12.2004, разрушительный ураган «Катрина» над Новым Орлеаном в США 31.08.2005, землетрясение в провинции Сычуань КНР 05.06.2008, невиданные наводнения в долине Миссури и в восточных штатах Индии 19.06.2008, авария на Саяно-Шушенской ГЭС 17.08.2009, землетрясение на Гаити 12.01.2010, землетрясение в Чили (Сантяго) 27.02.2010, разрушение нефтяной платформы Deepwater Horizon в Мексиканском заливе 22.04.2010 и др.) явились результатами возмущений магнитосферы Земли, спровоцированных запусками КЛА.

2. Так как устранить последствия природных катаклизмов невозможно (нельзя оживить погибших людей, возместить материальный ущерб), то единственным способом защиты людей Земли от последствий катаклизмов может лишь профилактика этих катаклизмов, то есть предотвращение самой причины возмущения магнитосферы Земли путём переноса всех космодромов в заполярные широты.

3. Так как единственно возможное для экологически безопасной космонавтики размещение космодромов в заполярных широтах делает бессмысленным само существование ракетно-космический войск, то самым простым способом ракетно-космического разоружения становится передача всей материально-технической базы и профессиональных кадров всех космических держав в распоряжение заполярных космодромов.

4. Так как пресловутый «ядерный щит» без ракетно-космических войск не имеет смысла, то самым простым способом ядерного разоружения становится передача всей материально-технической базы и профессиональных кадров всех ядерных держав в распоряжение энергетических ведомств.

5. Так как и ядерное оружие, и ракетные средства всегда были целью террористов различного толка, то единственно возможной профилактикой овладения террористами этими средствами массового уничтожения является передача всех национальных и союзных космических агентств и атомно-энергетических ведомств единой наднациональной международной организации под эгидой ООН с правами и обязанностями исследований, разработок, строительства и эксплуатации объектов для продажи на принципах равноправия всем потребителям услуг космических программ и энергоснабжения, а также контроля их использования в заявленных целях.

Откуда берется магнитное поле Земли?

Земля имеет магнитосферу: наша планета производит вокруг себя магнитное поле — магнитное поле Земли.

Это магнитное поле важно как для нас, так и для жизни в целом: оно действует как щит, защищающий нас от солнечных ветров. Эти ветры являются потоками заряженных частиц и в противном случае были бы смертельны для очень большой доли живых существ и в конечном итоге сдули бы нашу атмосферу.

Солнце, Юпитер или Сатурн также имеют магнитосферу. У Луны, Марса или Венеры ее нет или больше нет. Поэтому мы можем задаться вопросом, почему Земля и некоторые планеты имеют ее и откуда она взялась.

Источник энергии этого магнитного поля

Планета Земля имеет твердую кору (почва, каменистая), но металлическое сердце, состоящее из железа и никеля, частично жидкого, расплавленного из-за жары. Железо и никель, очень плотные, оказались там под действием силы тяжести при образовании Земли.

Важно то, что ядро Земли является частично жидким: это означает, что внутри нашей планеты происходят движения тепловой конвекции. Тот факт, что ядро металлическое, также имеет решающее значение, потому что это означает, что ядро Земли является проводником электричества и магнитных полей.

В дополнение к этой информации о внутренней структуре Земли, мы должны добавить тот факт, что планета вращается вокруг оси. Это тривиально, но важно по двум основным причинам.

Во-первых, вращение Земли (как и ее внутреннее тепло) — это запас энергии. Если у вас есть огромная вращающаяся масса, вы можете прикрепить к ней шестерню с резиновыми лентами и использовать ее для подъема предметов для питания динамо-машины и выработки электроэнергии, по крайней мере, до тех пор, пока вращающаяся масса не исчерпает свое вращение и не перестанет вращаться. В йо-йо, например, именно вращение йо-йо позволяет ему подняться.

Во-вторых, подобно тому, как вращение Земли является причиной появления циклонов в атмосфере, так и появление вращающихся столбов лавы в жидкой части земного ядра.

Подводя итог: Земля вращается, и это создает вращающиеся массы жидкого и проводящего железа в ядре. Если вы видите механизм формирования магнитного поля с этим, это нормально! Но пока еще не все.

Динамо-эффект

На данный момент мы имеем вращающуюся жидкую проводящую массу. Однако этого недостаточно для создания и поддержания магнитного поля. Потребовалось бы, например, внешнее магнитное поле, омывающее Землю: последнее вызывало бы ток в металлическом ядре, который производил бы магнитное поле Земли.

Проблема в том, что Земля не купается во внешнем магнитном поле. Не достаточно мощное поле во всяком случае.

Таким образом, если бы был точечный магнитный импульс, электрический ток появится в ядре Земли, но он будет рассеиваться очень быстро, и магнитное поле Земли также будет быстро исчезать.

Очевидно, что Земля обладает очень реальным магнитным полем. Современное объяснение магнитного поля Земли — эффект динамо.

Он еще не объясняет происхождение магнитного поля, но он объясняет, как это поле — настоящее — удается поддерживать, не исчезая.

Итак, давайте возьмем планету Земля, как это описано выше: с жидким, вращающимся металлическим сердечником.

Предположим, что Земля была в прошлом в ранее существовавшем внешнем магнитном поле. Как было сказано выше, это поле вызовет ток в жидких частях ядра, и этот ток создаст магнитное поле Земли, противоположное внешнему полю.

Теперь мы должны учитывать конвекционные явления, связанные с внутренним теплом Земли, и явления вращения жидких масс, связанные с вращением Земли. Это два первичных источника энергии, которые будут постепенно преобразовываться в электромагнитную энергию и излучать магнитное поле.

Эти металлические «циклоны», расплавленные во внешнем ядре, принимают форму вращающихся цилиндров, которые будут выравниваться с осью вращения Земли (таким образом, по оси Север-Юг). Делая это, линии электрического тока, индуцированные магнитным полем, будут как бы наматываться на себя, образуя катушку, и растягиваться в длину конвекцией. Линии электрического тока удлиняются : это если индуктивная катушка становится больше, а магнитное поле сильнее.

Таким образом, возникает эффект, когда катушка растягивается и позволяет увеличить количество магнитной энергии от тепловой конвекции и эффекта Кориолиса за счет вращения Земли.

В результате магнитное поле Земли, в противоположность рассеиванию, умудряется поддерживать себя: вращение и конвекция Земли в ядре постоянно накачивают энергию в электромагнитную систему, чтобы компенсировать потери.

Теперь, когда производится магнитная энергия, первоначальное магнитное поле, в котором, как говорят, купалась Земля, может исчезнуть: в этом больше нет необходимости.

Создаваемое магнитное поле поддерживается слоями расплавленного жидкого металла, которые поднимаются на поверхность.

Когда эти слои достигают внешнего предела ядра, конвекции (в этом слое) больше нет, и поле исчезает. Тем не менее это поле будет иметь наведенные электрические токи в нижних слоях, которые также будут производить свое магнитное поле, и увековечить производство магнитного поля.

Таким образом, пока существует конвекция в ядре и вращение нашей планеты, производящее силы Кориолиса, магнитное поле будет существовать.

Конвекционные движения сложны, имеют хаотические составляющие и иногда могут менять направление. Поэтому возможно, что магнитное поле Земли изменится и магнитные полюса будут двигаться и могут даже повернуть вспять. В истории нашей планеты эти инверсии происходили 300 раз за последние 200 миллионов лет, примерно каждые 660 000 лет; последняя произошла около 780 000 лет назад.

Феномен, который до сих пор плохо объяснен

Как было сказано во введении, если источник планетарного магнитного поля называется динамо-эффектом и существуют хорошие теории для его объяснения, то его происхождение остается неизвестным. Как уже говорилось, для этого потребовалось начальное магнитное поле, даже слабое или локальное.

Этот источник остается неизвестным, но если бы его не было с самого начала, жизнь, вероятно, не развивалась бы, по крайней мере, не так сильно и не так хорошо на этой планете. Это один из многих параметров, которые дали Земле необходимые ингредиенты для появления и поддержания жизни, и которые могут объяснить, почему жизнь, наконец, является чем-то гораздо более редким, чем первоначально представлялось.

Кроме того, форма магнитного поля и линии поля сложны и зависят от многих факторов: текучести магмы, локальных изменений температуры, химического состава магмы.

Численное моделирование все еще с трудом учитывает реальные наблюдения, несмотря на то, что мы постепенно приближаемся к функциональной модели.

Щит для Земли: зачем нашей планете магнитное поле и как оно изменяется?

Магнитное поле защищает поверхность Земли от солнечного ветра и вредного космического излучения. Оно работает как своеобразный щит — без его существования атмосфера была бы разрушена. Рассказываем, как формировалось и менялось магнитное поле Земли.

Читайте «Хайтек» в

Строение и характеристики магнитного поля Земли

  • главное поле,
  • поля мировых аномалий,
  • внешнее магнитное поле.
  • Главное поле

Более чем на 90% оно состоит из поля, источник которого находится внутри Земли, в жидком внешнем ядре, — эта часть называется главным, основным или нормальным полем.

Оно аппроксимируется в виде ряда по гармоникам — ряда Гаусса, а в первом приближении вблизи поверхности Земли (до трех ее радиусов) близко к полю магнитного диполя, то есть имеет такой вид, как будто земной шар представляет собой полосовой магнит с осью, направленной приблизительно с севера на юг.

Реальные силовые линии магнитного поля Земли, хотя в среднем и близки к силовым линиям диполя, отличаются от них местными нерегулярностями, связанными с наличием намагниченных пород в коре, расположенных близко к поверхности.

Из-за этого в некоторых местах на земной поверхности параметры поля сильно отличаются от значений в близлежащих районах, образуя так называемые магнитные аномалии. Они могут накладываться одна на другую, если вызывающие их намагниченные тела залегают на разных глубинах.

Оно определяется источниками в виде токовых систем, находящимися за пределами земной поверхности, в ее атмосфере. В верхней части атмосферы (100 км и выше) — ионосфере — ее молекулы ионизируются, формируя плотную холодную плазму, поднимающуюся выше, поэтому часть магнитосферы Земли выше ионосферы, простирающаяся на расстояние до трех ее радиусов, называется плазмосферой.

Плазма удерживается магнитным полем Земли, но ее состояние определяется его взаимодействием с солнечным ветром — потоком плазмы солнечной короны.

Таким образом, на большем удалении от поверхности Земли магнитное поле несимметрично, так как искажается под действием солнечного ветра: со стороны Солнца оно сжимается, а в направлении от Солнца приобретает «шлейф», который простирается на сотни тысяч километров, выходя за орбиту Луны.

Эта своеобразная «хвостатая» форма возникает, когда плазма солнечного ветра и солнечных корпускулярных потоков как бы обтекают земную магнитосферу — область околоземного космического пространства, еще контролируемую магнитным полем Земли, а не Солнца и других межпланетных источников.

Она отделяется от межпланетного пространства магнитопаузой, где динамическое давление солнечного ветра уравновешивается давлением собственного магнитного поля.

Наглядное представление о положении линий магнитной индукции поля Земли дает магнитная стрелка, закрепленная таким образом, что может свободно вращаться и вокруг вертикальной, и вокруг горизонтальной оси (например, в кардановом подвесе), — в каждой точке вблизи поверхности Земли она устанавливается определённым образом вдоль этих линий.

Поскольку магнитные и географические полюса не совпадают, магнитная стрелка указывает направление с севера на юг только приблизительно.

Вертикальную плоскость, в которой устанавливается магнитная стрелка, называют плоскостью магнитного меридиана данного места, а линию, по которой эта плоскость пересекается с поверхностью Земли, — магнитным меридианом.

Таким образом, магнитные меридианы — это проекции силовых линий магнитного поля Земли на ее поверхность, сходящиеся в северном и южном магнитных полюсах. Угол между направлениями магнитного и географического меридианов называют магнитным склонением.

Оно может быть западным (часто обозначается знаком «−») или восточным (знак «+») в зависимости от того, к западу или востоку отклоняется северный полюс магнитной стрелки от вертикальной плоскости географического меридиана.

Далее линии магнитного поля Земли, вообще говоря, не параллельны ее поверхности. Это означает, что магнитная индукция поля Земли не лежит в плоскости горизонта данного места, а образует с этой плоскостью некий угол — он называется магнитным наклонением. Оно близко к нулю лишь в точках магнитного экватора — окружности большого круга в плоскости, которая перпендикулярна к магнитной оси.

Природа магнитного поля Земли

Впервые объяснить существование магнитных полей Земли и Солнца попытался Дж. Лармор в 1919 году, предложив концепцию динамо, согласно которой поддержание магнитного поля небесного тела происходит под действием гидродинамического движения электропроводящей среды.

Однако в 1934 году Т. Каулинг доказал теорему о невозможности поддержания осесимметричного магнитного поля посредством гидродинамического динамо-механизма.

А поскольку большинство изучаемых небесных тел (и тем более Земля) считались аксиально-симметричными, на основании этого можно было сделать предположение, что их поле тоже будет аксиально-симметричным, и тогда его генерация по такому принципу будет невозможна согласно этой теорем.

Даже Альберт Эйнштейн скептически относился к осуществимости такого динамо при условии невозможности существования простых (симметричных) решений. Лишь гораздо позже было показано, что не у всех уравнений с аксиальной симметрией, описывающих процесс генерации магнитного поля, решение будет аксиально-симметричным, и в 1950-х годах. несимметричные решения были найдены.

С тех пор теория динамо успешно развивается, и на сегодняшний день общепринятым наиболее вероятным объяснением происхождения магнитного поля Земли и других планет является самовозбуждающийся динамо-механизм, основанный на генерации электрического тока в проводнике при его движении в магнитном поле, порождаемом и усиливаемом самими этими токами.

Необходимые условия создаются в ядре Земли: в жидком внешнем ядре, состоящем в основном из железа при температуре порядка 4–6 тысяч кельвинов, которое отлично проводит ток, создаются конвективные потоки, отводящие от твердого внутреннего ядра тепло (генерируемое благодаря распаду радиоактивных элементов либо освобождению скрытой теплоты при затвердевании вещества на границе между внутренним и внешним ядром по мере постепенного остывания планеты).

Силы Кориолиса закручивают эти потоки в характерные спирали, образующие так называемые столбы Тейлора. Благодаря трению слоев они приобретают электрический заряд, формируя контурные токи. Таким образом, создается система токов, циркулирующих по проводящему контуру в движущихся в (изначально присутствующем, пусть и очень слабом) магнитном поле проводниках, как в диске Фарадея.

Она создает магнитное поле, которое при благоприятной геометрии течений усиливает начальное поле, а это, в свою очередь, усиливает ток, и процесс усиления продолжается до тех пор, пока растущие с увеличением тока потери на джоулево тепло не уравновесят притоки энергии, поступающей за счет гидродинамических движений.

Высказывались предположения, что динамо может возбуждаться за счет прецессии или приливных сил, то есть что источником энергии является вращение Земли, однако наиболее распространена и разработана гипотеза о том, что это все же именно термохимическая конвекция.

Изменения магнитного поля Земли

Инверсия магнитного поля — изменение направления магнитного поля Земли в геологической истории планеты (определяется палеомагнитным методом).

При инверсии северный магнитный полюс и южный магнитный полюс меняются местами, и стрелка компаса начинает показывать противоположное направление. Инверсия — относительно редкое явление, которое ни разу не происходило за время существования Homo sapiens. Предположительно, последний раз оно произошло около 780 тысяч лет назад.

Инверсии магнитного поля происходили через интервалы времени от десятков тысяч лет до огромных промежутков спокойного магнитного поля в десятки миллионов лет, когда инверсии не происходили.

Таким образом, не обнаружено никакой периодичности в смене полюсов, и этот процесс считается стохастическим. За длительными периодами спокойного магнитного поля могут следовать периоды многократных инверсий с различной длительностью и наоборот. Как показывают исследования, смена магнитных полюсов может длиться от нескольких сотен до нескольких сотен тысяч лет.

Специалисты из Университета Джонса Хопкинса (США) предполагают, что во время инверсий магнитосфера Земли ослабевала настолько, что космическое излучение могло достигать поверхности Земли, поэтому это явление могло наносить вред живым организмам на планете, а очередная смена полюсов может привести к еще более серьезным последствиям для человечества вплоть до глобальной катастрофы.

Научные работы в последние годы показали (в том числе и в эксперименте) возможность случайных изменений направления магнитного поля («перескоков») в стационарном турбулентном динамо. По словам заведующего лабораторией геомагнетизма Института физики Земли Владимира Павлова, инверсия — достаточно длинный по человеческим меркам процесс.

Геофизики из Лидского университета Йон Маунд и Фил Ливермор полагают, что через пару тысяч лет произойдет инверсия магнитного поля Земли.

Смещение магнитных полюсов Земли

Впервые координаты магнитного полюса в Северном полушарии были определены в 1831 году, повторно — в 1904 году, затем в 1948 году и 1962, 1973, 1984, 1994 годах; в Южном полушарии — в 1841 году, повторно — в 1908 году. Смещение магнитных полюсов регистрируется с 1885 года. За последние 100 лет магнитный полюс в Южном полушарии переместился почти на 900 км и вышел в Южный океан.

Новейшие данные по состоянию арктического магнитного полюса (движущегося по направлению к Восточно-Сибирской мировой магнитной аномалии через Северный Ледовитый океан) показали, что с 1973 по 1984 год его пробег составил 120 км, с 1984 по 1994 год — более 150 км. Хотя эти данные расчетные, они подтверждены замерами северного магнитного полюса.

После 1831 года, когда положение полюса было зафиксировано впервые, к 2019 году полюс сместился уже более чем на 2 300 км в сторону Сибири и продолжает двигаться с ускорением.

Скорость его перемещения увеличилась с 15 км в год в 2000 году до 55 км в год в 2019 году. Такой быстрый дрейф приводит к необходимости более частой корректировки навигационных систем, использующих магнитное поле Земли, например, в компасах в смартфонах или в резервных системах навигации кораблей и самолетов.

Напряженность земного магнитного поля падает, причем неравномерно. За последние 22 года она уменьшилась в среднем на 1,7 %, а в некоторых регионах, — например в южной части Атлантического океана, — на 10%. В некоторых местах напряженность магнитного поля, вопреки общей тенденции, даже возросла.

Ускорение движения полюсов (в среднем на 3 км/год) и движение их по коридорам инверсии магнитных полюсов (эти коридоры позволили выявить более 400 палеоинверсий) позволяет предположить, что в данном перемещении полюсов следует усматривать не экскурс, а очередную инверсию магнитного поля Земли.

Как появилось магнитное поле Земли?

Специалисты океанографического Института Скриппса и Калифорнийского Университета предположили, что магнитное поле планеты сформировалось благодаря мантии. Американские ученые развили гипотезу, предложенную 13 лет назад группой исследователей из Франции.

Известно, что в течение долгого времени профессионалы утверждали, что именно внешнее ядро Земли генерировало ее магнитное поле. Но потом специалисты из Франции предположили, что мантия планеты была всегда твердой (с момента своего рождения).

Это заключение и заставило ученых задуматься о том, что не ядро могло формировать магнитное поле, а жидкая часть нижней мантии. Состав мантии представляет собой силикатный материал, который считается плохим проводником.

Но так как нижняя мантия должна была оставаться жидкой в течение миллиардов лет, движения жидкости внутри нее не производило электрического тока, а ведь для генерации магнитного поля он был просто необходим.

Сегодня профессионалы считают, что мантия могла быть более мощным проводником, чем считалось прежде. Такое умозаключение специалистов вполне оправдывает состояние ранней Земли. Силикатное динамо возможно только в том случае, если электропроводность ее жидкой части была намного выше и имела низкие показатели давления и температуры.

Читать далее

Что поддерживает магнитное поле Земли

Что поддерживает магнитное поле Земли

Ученые из разных стран под руководством Александра Гончарова (Alexander Goncharov) из лаборатории геофизики Института Карнеги в Вашингтоне (США) воспроизвели в лаборатории условия внутри ядра Земли и оценили теплопроводность материала, чтобы понять загадку существования магнитного поля. Публикация об этом вышла в Nature, кратко содержание работы изложено в пресс-релизе.

Расслоение вещества, из которого сложена Земли, на раннем этапе ее существования, привело к образованию ядра, мантии и земной коры. Согласно данным геофизики, ядро состоит из железа и расслоено на две части: внутреннее твердое ядро и внешнюю часть из жидкого железа. Движения жидкого ядра порождают магнитное поле, защищающее Землю от жесткого космического излучения. Откуда у ядра энергия, чтобы генерировать тепло и поддерживать магнитное поле? На этот вопрос пытается ответить Александр Гончаров из Института Карнеги, в прошлом сотрудник Института кристаллографии РАН, специалист по материалам в экстремальных условиях.

Гончаров с коллегами из США, Германии и Великобритании решил измерить теплопроводность материала, из которого, как считается состоит ядро Земли, при тех физических условиях, которые царят в недрах.

Чтобы узнать, как железо поведет себя с условиях ядра планеты, ученые использовали ячейку с алмазными наковальнями, нагреваемую лазером. Прибор сжимает крошечный образец материала между двумя алмазами, создавая сильнейшее давление, аналогичное тому, что существует в центре планеты. А лазер нагревает образец до высоких температур. Таким образом ученые испытали образцы железа при температуре, достигавшей 2700 градусов Цельсия, и давлении, существующем внутри планеты размером с Меркурий или Землю — в миллион раз превышающее атмосферное.

Оказалось, что железо в таких экстремальных условиях обладает теплопроводностью по нижней границе того, что рассчитывали ранее для земного ядра — между 18 и 44 Ватт на метр на Кельвин Вт/(м*К). Это подтверждает догадку о том, что энергия, необходимая для поддержания магнитного динамо, поступала уже на раннем этапе истории Земли.

Теперь, чтобы лучше изучить теплопроводность ядра, ученым нужно понять, как нежелезные материалы, которые находятся в ядре наряду с железом, влияют на эти тепловые процессы внутри планеты.

Ранее Александр Гончаров с коллегами смоделировал условия в мантии Земли, на границе рядом с ядром.

Земля как магнит: Геомагнитное поле

В начале XX века сам факт существования геомагнитного поля никак не поддавался объяснению (при том что о его самой парадоксальной особенности тогда просто не подозревали). Было известно, что магнитные полюса немного перемещаются по земной поверхности, но никто не предполагал, что они способны к более радикальному поведению, — это открытие было лишь на подходе. Изображение: «Популярная механика»

В начале XX века сам факт существования геомагнитного поля никак не поддавался объяснению (при том что о его самой парадоксальной особенности тогда просто не подозревали). Было известно, что магнитные полюса немного перемещаются по земной поверхности, но никто не предполагал, что они способны к более радикальному поведению, — это открытие было лишь на подходе. Изображение: «Популярная механика»

В том же 1905 году французский геофизик Бернар Брюнес провел в южном департаменте Канталь замеры магнетизма лавовых отложений эпохи плейстоцена. Вектор намагниченности этих пород составлял почти 180 градусов с вектором планетарного магнитного поля (его соотечественник П. Давид получил аналогичные результаты даже годом раньше). Брюнес пришел к заключению, что три четверти миллиона лет назад во время излияния лавы направление геомагнитных силовых линий было противоположным современному. Так был обнаружен эффект инверсии (обращения полярности) магнитного поля Земли. Во второй половине 1920-х годов выводы Брюнеса подтвердили П. Л. Меркантон и Монотори Матуяма, но эти идеи получили признание лишь к середине столетия.

Сейчас мы знаем, что геомагнитное поле существует не менее 3,5 млрд лет и за это время магнитные полюса тысячи раз обменивались местами (Брюнес и Матуяма исследовали последнюю по времени инверсию, которая сейчас носит их имена). Иногда геомагнитное поле сохраняет ориентацию в течение десятков миллионов лет, а иногда — не более пятисот веков. Сам процесс инверсии обычно занимает несколько тысячелетий, и по его завершении напряженность поля, как правило, не возвращается к прежней величине, а изменяется на несколько процентов.

Механизм геомагнитной инверсии не вполне ясен и поныне, а уж сто лет назад он вообще не допускал разумного объяснения. Поэтому открытия Брюнеса и Давида только подкрепили эйнштейновскую оценку — действительно, земной магнетизм был крайне загадочен и непонятен. А ведь к тому времени его исследовали свыше трехсот лет, а в XIX веке им занимались такие звезды европейской науки, как великий путешественник Александр фон Гумбольдт, гениальный математик Карл Фридрих Гаусс и блестящий физик-экспериментатор Вильгельм Вебер. Так что Эйнштейн воистину глядел в корень.

Как вы думаете, сколько у нашей планеты магнитных полюсов? Почти все скажут, что два — в Арктике и Антарктике. На самом деле ответ зависит от определения понятия полюса. Географическими полюсами считают точки пересечения земной оси с поверхностью планеты. Поскольку Земля вращается как твердое тело, таких точек всего две и ничего другого придумать нельзя. А вот с магнитными полюсами дело обстоит много сложнее. Например, полюсом можно счесть небольшую область (в идеале опять-таки точку), где магнитные силовые линии перпендикулярны земной поверхности. Однако любой магнитометр регистрирует не только планетарное магнитное поле, но и поля местных пород, электрических токов ионосферы, частиц солнечного ветра и прочих дополнительных источников магнетизма (причем их средняя доля не так уж мала, порядка нескольких процентов). Чем точнее прибор, тем лучше он это делает — и потому все больше затрудняет выделение истинного геомагнитного поля (его называют главным), источник которого находится в земных глубинах. Поэтому координаты полюса, определенные с помощью прямого измерения, не отличаются стабильностью даже в течение короткого отрезка времени.

Птичий компас. Существует предположение, что птицы при перелетах ориентируются по горизонтальной и вертикальной компонентам магнитного поля. Изображение: «Популярная механика»

Птичий компас
Существует предположение, что птицы при перелетах ориентируются по горизонтальной и вертикальной компонентам магнитного поля. Изображение: «Популярная механика»

Можно действовать иначе и установить положение полюса на основании тех или иных моделей земного магнетизма. В первом приближении нашу планету можно считать геоцентрическим магнитным диполем, ось которого проходит через ее центр. В настоящее время угол между нею и земной осью составляет 10 градусов (несколько десятилетий назад он был больше 11 градусов). При более точном моделировании выясняется, что дипольная ось смещена относительно центра Земли в направлении северо-западной части Тихого океана примерно на 540 км (это эксцентрический диполь). Есть и другие определения.

Но это еще не все. Земное магнитное поле реально не обладает дипольной симметрией и потому имеет множественные полюса, причем в огромном количестве. Если считать Землю магнитным четырехполюсником, квадруполем, придется ввести еще два полюса — в Малайзии и в южной части Атлантического океана. Октупольная модель задает восьмерку полюсов и т. д. Современные наиболее продвинутые модели земного магнетизма оперируют аж 168 полюсами. Стоит отметить, что в ходе инверсии временно исчезает лишь дипольная компонента геомагнитного поля, а прочие изменяются много слабее.

Полюса наоборот

Магнитосфера Земли простирается более чем на десять радиусов нашей планеты. Она служит естественным щитом, защищающим население от губительных космических лучей. Изображение: «Популярная механика»

Магнитосфера Земли простирается более чем на десять радиусов нашей планеты. Она служит естественным щитом, защищающим население от губительных космических лучей. Изображение: «Популярная механика»

Многие знают, что общепринятые названия полюсов верны с точностью до наоборот. В Арктике расположен полюс, на который указывает северный конец магнитной стрелки, — следовательно, его стоило бы считать южным (одноименные полюса отталкиваются, разноименные притягиваются!). Аналогично, северный магнитный полюс базируется в высоких широтах Южного полушария. Тем не менее по традиции мы именуем полюса в соответствии с географией. Физики давно условились, что силовые линии выходят из северного полюса любого магнита и входят в южный. Отсюда следует, что линии земного магнетизма покидают южный геомагнитный полюс и стягиваются к северному. Такова конвенция, и нарушать ее не стоит (самое время припомнить печальный опыт Паниковского!).

Магнитный полюс, как его ни определяй, не стоит на месте. Северный полюс геоцентрического диполя в 2000 году имел координаты 79,5 N и 71,6 W, а в 2010-м — 80,0 N и 72,0 W. Истинный Северный полюс (тот, который выявляют физические замеры) с 2000 года сместился с 81,0 N и 109,7 W к 85,2 N и 127,1 W. В течение почти всего ХХ века он делал не более 10 км в год, но после 1980 года вдруг начал двигаться гораздо быстрее. В начале 1990-х годов его скорость превысила 15 км в год и продолжает расти.

Как рассказал «Популярной механике» бывший руководитель геомагнитной лаборатории канадской Службы геологических исследований Лоуренс Ньюитт, сейчас истинный полюс мигрирует на северо-запад, перемещаясь ежегодно на 50 км. Если вектор его движения не изменится в течение нескольких десятилетий, то к середине XXI столетия он окажется в Сибири. Согласно реконструкции, выполненной несколько лет назад тем же Ньюиттом, в XVII и XVIII веках северный магнитный полюс преимущественно смещался на юго-восток и лишь примерно в 1860 году повернул на северо-запад. Истинный южный магнитный полюс последние 300 лет движется в эту же сторону, причем его среднегодичное смещение не превышает 10–15 км.

Откуда вообще у Земли магнитное поле? Одно из возможных объяснений просто бросается в глаза. Земля обладает внутренним твердым железо-никелевым ядром, радиус которого составляет 1220 км. Поскольку эти металлы ферромагнитны, почему бы не предположить, что внутреннее ядро имеет статическую намагниченность, которая и обеспечивает существование геомагнитного поля? Мультиполярность земного магнетизма можно списать на несимметричность распределения магнитных доменов внутри ядра. Миграцию полюсов и инверсии геомагнитного поля объяснить сложнее, но, наверное, попытаться можно.

Однако из этого ничего не получается. Все ферромагнетики остаются таковыми (то есть сохраняют самопроизвольную намагниченность) лишь ниже определенной температуры — точки Кюри. Для железа она равна 768°C (у никеля много ниже), а температура внутреннего ядра Земли значительно превышает 5000 градусов. Поэтому с гипотезой статического геомагнетизма приходится расстаться. Однако не исключено, что в космосе имеются остывшие планеты с ферромагнитными ядрами.

Рассмотрим другую возможность. Наша планета также обладает жидким внешним ядром толщиной приблизительно в 2300 км. Оно состоит из расплава железа и никеля с примесью более легких элементов (серы, углерода, кислорода и, возможно, радиоактивного калия — в точности не знает никто). Температура нижней части внешнего ядра почти совпадает с температурой внутреннего ядра, а в верхней зоне на границе с мантией понижается до 4400°C. Поэтому вполне естественно предположить, что благодаря вращению Земли там формируются круговые течения, которые могут оказаться причиной возникновения земного магнетизма.

Конвективное динамо

Смена ориентиров — результат компьютерного моделирования инверсии геомагнитного поля в модели Робертса и Глатцмайера на промежутках в десятки и сотни тысяч лет. Изображение: «Популярная механика»

Смена ориентиров — результат компьютерного моделирования инверсии геомагнитного поля в модели Робертса и Глатцмайера на промежутках в десятки и сотни тысяч лет. Изображение: «Популярная механика»

Изображение: «Популярная механика»

«Чтобы объяснить возникновение полоидального поля, необходимо принять во внимание вертикальные потоки вещества ядра. Они образуются благодаря конвекции: нагретый железно-никелевый расплав всплывает из нижней части ядра по направлению к мантии. Эти струи закручиваются силой Кориолиса подобно воздушным потокам циклонов. В Северном полушарии восходящие потоки вращаются по часовой стрелке, а в Южном — против, — объясняет профессор Калифорнийского университета Гэри Глатцмайер. — При подходе к мантии вещество ядра остывает и начинает обратное движение вглубь. Магнитные поля восходящих и нисходящих потоков гасят друг друга, и поэтому по вертикали поле не устанавливается. А вот в верхней части конвекционной струи, там, где она образует петлю и недолго движется по горизонтали, ситуация иная. В Северном полушарии силовые линии, которые до конвекционного восхождения смотрели на запад, поворачиваются по часовой стрелке на 90 градусов и ориентируются на север. В Южном полушарии они поворачиваются с востока против часовой стрелки и тоже направляются на север. В результате в обоих полушариях генерируется магнитное поле, указывающее с юга на север. Хоть это отнюдь не единственное возможное объяснение возникновения полоидального поля, его считают самым вероятным».

Именно такую схему ученые-геофизики обсуждали лет 80 назад. Они считали, что потоки проводящей жидкости внешнего ядра за счет своей кинетической энергии порождают электрические токи, охватывающие земную ось. Эти токи генерируют магнитное поле преимущественно дипольного типа, силовые линии которого на поверхности Земли вытянуты вдоль меридианов (такое поле называется полоидальным). Этот механизм вызывает ассоциацию с работой динамо-машины, отсюда и произошло его название.

Описанная схема красива и наглядна, но, к сожалению, ошибочна. Она основана на предположении, что движение вещества внешнего ядра симметрично относительно земной оси. Однако в 1933 году английский математик Томас Каулинг доказал теорему, согласно которой никакие осесимметричные потоки не способны обеспечить существование долговременного геомагнитного поля. Даже если оно и появится, то век его окажется недолог, вдесятки тысяч раз меньше возраста нашей планеты. Нужна модель посложнее.

«Мы не знаем точно, когда возник земной магнетизм, однако это могло произойти вскоре после формирования мантии и внешнего ядра, — говорит один из крупнейших специалистов по планетарному магнетизму, профессор Калифорнийского технологического института Дэвид Стивенсон. — Для включения геодинамо требуется внешнее затравочное поле, причем не обязательно мощное. Эту роль, к примеру, могло взять на себя магнитное поле Солнца или поля токов, порожденных в ядре за счет термоэлектрического эффекта. В конечном счете это не слишком важно, источников магнетизма хватало. При наличии такого поля и кругового движения потоков проводящей жидкости запуск внутрипланетной динамомашины становился просто неизбежным».

Магнитная защита

Полярное сияние порождается взаимодействием атмосферы и заряженных частиц, захваченных магнитным полем Земли, которое в приполярных областях перпендикулярно поверхности. Изображение: «Популярная механика»

Полярное сияние порождается взаимодействием атмосферы и заряженных частиц, захваченных магнитным полем Земли, которое в приполярных областях перпендикулярно поверхности. Изображение: «Популярная механика»

Мониторинг земного магнетизма производят с помощью обширной сети геомагнитных обсерваторий, создание которой началось еще в 1830-х годах.

Для этих же целей используют корабельные, авиационные и космические приборы (к примеру, скалярный и векторный магнитометры датского спутника «Эрстед», работающие с 1999 года).

Напряженность геомагнитного поля варьирует приблизительно от 20 000 нанотесла вблизи побережья Бразилии до 65 000 нанотесла в районе южного магнитного полюса. С 1800 года его дипольная компонента сократилась почти на 13% (а с середины XVI века — на 20%), в то время как квадрупольная несколько возросла. Палеомагнитные исследования показывают, что в течение нескольких тысячелетий перед началом нашей эры напряженность геомагнитного поля упорно лезла вверх, а потом начала снижаться. Тем не менее нынешний планетарный дипольный момент значительно превышает свое среднее значение за последние полтораста миллионов лет (в 2010 году были опубликованы результаты палеомагнитных измерений, свидетельствующие, что 3,5 млрд лет назад земное магнитное поле было вдвое слабее нынешнего). Это означает, что вся история человеческих обществ от возникновения первых государств до нашего времени пришлась на локальный максимум земного магнитного поля. Интересно задуматься над тем, повлияло ли это на прогресс цивилизации. Такое предположение перестает казаться фантастическим, если учесть, что магнитное поле защищает биосферу от космического излучения.

И вот еще одно обстоятельство, которое стоит отметить. В юности и даже отрочестве нашей планеты все вещество ее ядра пребывало в жидкой фазе. Твердое внутреннее ядро сформировалось сравнительно недавно, возможно, всего лишь миллиард лет назад. Когда это произошло, конвекционные потоки стали более упорядоченными, что привело к более устойчивой работе геодинамо. Из-за этого геомагнитное поле выиграло в величине и стабильности. Можно предположить, что это обстоятельство благоприятно сказалось на эволюции живых организмов. В частности, усиление геомагнетизма улучшило защиту биосферы от космических излучений и тем самым облегчило выход жизни из океана на сушу.

Вот общепринятое объяснение такого запуска. Пусть для простоты затравочное поле почти параллельно оси вращения Земли (на самом деле достаточно, если оно имеет ненулевую компоненту в этом направлении, что практически неизбежно). Скорость вращения вещества внешнего ядра убывает по мере уменьшения глубины, причем из-за его высокой электропроводности силовые линии магнитного поля движутся вместе с ним — как говорят физики, поле «вморожено» в среду. Поэтому силовые линии затравочного поля будут изгибаться, уходя вперед на больших глубинах и отставая на меньших. В конце концов они вытянутся и деформируются настолько, что дадут начало тороидальному полю, круговым магнитным петлям, охватывающим земную ось и направленным в противоположные стороны в северном и южном полушариях. Этот механизм называется w-эффектом.

По словам профессора Стивенсона, очень важно понимать, что тороидальное поле внешнего ядра возникло благодаря полоидальному затравочному полю и, в свою очередь, породило новое полоидальное поле, наблюдаемое у земной поверхности: «Оба типа полей планетарного геодинамо взаимосвязаны и не могут существовать друг без друга».

15 лет назад Гэри Глатцмайер вместе с Полом Робертсом опубликовал очень красивую компьютерную модель геомагнитного поля: «В принципе для объяснения геомагнетизма давно имелся адекватный математический аппарат — уравнения магнитной гидродинамики плюс уравнения, описывающие силу тяготения и тепловые потоки внутри земного ядра. Модели, основанные на этих уравнениях, в первозданном виде очень сложны, однако их можно упростить и адаптировать для компьютерных вычислений. Именно это и проделали мы с Робертсом. Прогон на суперкомпьютере позволил построить самосогласованное описание долговременной эволюции скорости, температуры и давления потоков вещества внешнего ядра и связанной с ними эволюции магнитных полей. Мы также выяснили, что если проигрывать симуляцию на временных промежутках порядка десятков и сотен тысяч лет, то с неизбежностью возникают инверсии геомагнитного поля. Так что в этом отношении наша модель неплохо передает магнитную историю планеты. Однако есть затруднение, которое пока еще не удалось устранить. Параметры вещества внешнего ядра, которые закладывают в подобные модели, все еще слишком далеки от реальных условий. Например, нам пришлось принять, что его вязкость очень велика, иначе не хватит ресурсов самых мощных суперкомпьютеров. На самом деле это не так, есть все основания полагать, что она почти совпадает с вязкостью воды. Наши нынешние модели бессильны учесть и турбулентность, которая несомненно имеет место. Но компьютеры с каждым годом набирают силу, и лет через десять появятся гораздо более реалистичные симуляции».

«Работа геодинамо неизбежно связана с хаотическими изменениями потоков железо-никелевого расплава, которые оборачиваются флуктуациями магнитных полей,– добавляет профессор Стивенсон. — Инверсии земного магнетизма — это просто сильнейшие из возможных флуктуаций. Поскольку они стохастичны по своей природе, вряд ли их можно предсказывать заранее — во всяком случае мы этого не умеем».

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *