Электромагнитные явления. Магнетизм

Далее мы убедимся, что исследовать Антарктиду достаточно детально можно только методами современной геофизики.

С начала Международного геофизического года (1956 г.) широкий комплекс таких исследований ведется в Антарктиде. Большое внимание уделяется изучению электромагнитных явлений. Природа возникновения и генерации магнитного поля Земли до сих пор не установлена. Раньше предполагалось наличие в Земле постоянной намагниченности. Однако это исключается высокими температурами мантии и ядра, при которых неизбежно размагничивание любого постоянного магнита. Температура ядра оценивается в 4000 - 5000 °С, давление - от 1,3 · 10⁵ до 3,5 · 10⁶ МПа. Предполагается, что магнитное поле Земли генерируется процессами, подобными процессам, протекающим в динамома-шине. Считают, что во внешнем жидком электропроводящем ядре Земли происходят течения, имеющие характер винтообразных валов. Эти валы пронизывают силовые линии, проходящие с севера на юг. Выходя из полюсов, они охватывают Землю силовыми линиями магнитного поля.

Сейчас не ясен механизм, приводящий в действие эту динамомашину. Возможно, это тепловой механизм. Тогда не требуется различия в состоянии вещества во внутреннем и внешнем ядре, но необходим источник энергии. Таковым может быть распад радиоактивных изотопов, например урана-238. Другая гипотеза основывается на гравитационном механизме работы дина-момашины. В этом случае причина течений в ядре, вызываемых гравитационным механизмом,- различие плотностей: более тяжелые части ядра опускаются, более легкие поднимаются, кристаллизуются во внешнем ядре, уплотняются и вновь опускаются вниз, поддерживая процесс гравитационной конвекции.

Как бы то ни было, изучение внешнего магнитного поля, в том числе полярных сияний, дает ключ к познанию внутреннего строения Земли, в частности ее ядра.

Изучение магнитных силовых линий и их проявлений лучше всего проводить в полярных областях. Здесь силовые линии наиболее сконцентрированы, меньше всего подвержены искажению солнечным ветром. Только здесь наблюдаются полярные сияния.

В полярных странах удобно наблюдать и космические лучи, и вариации их потока в связи с вариациями межпланетного магнитного поля и солнечными хромо-сферными вспышками. Отмечено, например, что после начала солнечной вспышки интенсивность полярных сияний резко падает и через 2-3 мин они вовсе исчезают, однако в фазе максимума вспышки появляются вновь. Такие интересные явления и многие другие проливают свет как на внутреннее строение Земли, так и на многие космические явления.

С вариациями магнитного поля связано распространение радиосигналов. Этот вопрос имеет большое практическое значение для деятельности человека на всей планете.

Для исследования магнитного поля большую роль играет советская станция Восток, расположенная вблизи Южного геомагнитного (материкового) полюса. Станция Молодежная находится в зоне полярных сияний. Накопился большой объем наблюденных данных. Обнаружены две области аномально быстрого изменения вариаций магнитного поля и линия нулевых изменений магнитного склонения, которая оставалась постоянной в течение 145 лет. Это означает, что все указанное время вдоль этой линии проходил дрейф Южного геомагнитного полюса со скоростью около 12 км/год. По-видимому, дрейф носит периодический характер и происходит по замкнутой траектории с периодом около 4000 лет.

Вообще магнитное поле Антарктиды испытывает большие вариации и сильно аномально. Так, различия в вертикальной составляющей напряженности магнитного поля даже на малых (порядка 10 км) расстояниях могут достигать 800 мА/м.

Установлена зависимость магнитных возмущений от солнечной активности. Выявлен интересный факт постоянства зоны максимальной магнитной возмущенности в дни спокойного солнца. Сопоставление явлений полярных сияний с состоянием магнитного поля показало, что полярные сияния наблюдаются при спокойном магнитном поле. Они почти не возникают при возмущениях и магнитных бурях.

Изучение магнитного поля Антарктиды, т. е. вблизи ее Южного полюса, очень важно для познания взаимосвязи атмосферных явлений на Земле с солнечной активностью и космическим излучением. В этой области еще много неясного и в то же время важного для жизнедеятельности человека.

Изучение магнитного поля, его постоянной составляющей и вариаций важно и для познания недр Антарктиды. Мы уже рассказывали, как с помощью палеомагнетизма удалось прочитать древнюю историю материка и его связи с другими частями Гондваны. Локальные магнитные аномалии указывают на наличие намагниченных горных пород в самых верхних слоях коры, таких, как железная руда, железистые кварциты и некоторые другие. Изучение этих аномалий помогает разведке запасов полезных ископаемых и формированию представлений о строении верхних слоев земной коры континента.

Магнитные аномалии часто связаны с поверхностью кристаллического фундамента, глубины залегания которого можно рассчитать по изменениям магнитного поля. В этом большую роль играет комплексирование магниторазведочных работ с гравитационной разведкой. Комплексирование методов позволяет уменьшить неоднозначность решения задачи и вычислить глубины залегания структур, вызвавших аномалии, и даже порой определить их вещественный состав.