ЗЕМНОЙ МАГНЕТИЗМ

Автор: 21.02.2010

zemnoy magnetizm ЗЕМНОЙ МАГНЕТИЗМ

ЗЕМНОЙ МАГНЕТИЗМ

ЗЕМНОЙ МАГНЕТИЗМ — магнитное поле Земли и околоземного космич. пространства; раздел геофизики, изучающий магнитное поле Земли и связанные с ним геофизич. процессы в Земле и верхней атмосфере. Действие магнитных сил в околоземном пространстве и в доступных глубинах внутри Земли обнаруживается: моментом сил, приложенным к свободно подвешенным магнитным стрелкам; электродвижущей силой (эде), индуцируемой во вращающихся витках проводника; отклоняющим действием, испытываемым заряженными частицами космич. излучения; эффектом поляризации радиоволн и др. Магнитное поле Земли обусловлено действием пост, источников, расположенных внутри Земли и испытывающих лишь очень медленные вековые вариации, а также действием внешних источников, зависящих от география, широты, местного времени и солнечной активности. Соответственно различают главное и переменное магнитные поля Земли. Природа и происхождение этих полей различны, но между ними существует глубокая взаимосвязь.

Главное магнитное поле Земли. Магнитное иоле в любой точке поверхности Земли характеризуется напряженностью Н и направлением, составленным вектором поля с плоскостью горизонта (угол наклонения /) и плоскостью географич. меридиана (угол склонения D). В первом приближении изменение напряженности и направления магнитного поля Земли подобно изменению этих показателей вокруг однородно намагниченного шара или магнитного диполя. Действит. картина распределения напряженности поля на поверхности Земли очень сложна. Ее представляют спец. нартами, к-рые изображают ход составляющих поля вдоль меридиана х, вдоль параллели у, вертик. составляющую z полной напряженности Т и ее направления в пространстве D, I (рис.). На земной поверхности имеются 6 областей, где дипольная форма поля искажена на больших площадях; это — мировые аномалии, напр. положит, аномалия в Вост. Сибири и большая отрицат. аномалия — Бразильская. Еще большее отличие от дипольного распределения наблюдается в региональных и локальных аномалиях.

Помимо картография, представления магнитного поля, для науч. исследований используется предложенное Гауссом аналитич. представление поля в виде ряда сферич. функций. Динольная часть поля на поверхности Земли составляет примерно 87% всего поля; сумма всех более высоких гармоник 13%. Лишь гармоники очень высоких порядков имеют своим источником верхние части земной коры. Осн. однородная часть поля и поле низких гармоник связаны с токами, протекающими в жидком проводящем ядре Земли. С удалением от поверхности Земли напряженность поля от Дниольного члена убывает обратно пропорционально кубу расстояния, а вклад гармоник более высоких порядков убывает еще быстрее. Процентное содержание дипольного поля от внутр. источников в общем поле на разных высотах приведено в таблице.

При решении ряда задач геомагнитное поле Земли можно считать дипольным с указанными приближениями.

Геомагнитное поле от внутр. источников испытывает вековые вариации, главной особенностью к-рых являются уменьшение магнитного момента Земли со скоростью 20 у в год и систематич. дрейф поля к западу со скоростью 0,15° в год. Полагают, что вековые изменения происходят в основном вследствие процессов изменения интенсивности и топологии токовых систем в проводящем ядре Земли, к-рые являются источником собственно магнитного поля Земли; поэтому изучение вековых вариаций относится к важнейшим средствам исследования внутреннего строения Земли. Из-за вековых вариаций возникает необходимость заново составлять магнитные карты; последние требуют уточнения еще и потому, что на больших пространствах, особенно океанах, магнитное поле изучено недостаточно. Эти обстоятельства привели к необходимости проводить мировую магнитную съемку. В 1964 при помощи ИСЗ «Космос-26» и «Космос-49» была выполнена магнитная съемка на 75% поверхности земного шара. Выполненная на спутниках магнитная съемка позволяет уточнить коэфф. гауссова ряда.

Исследованиями последних лет установлено, что солнечный ветер — постоянно истекающая солнечная плазма — деформирует геомагнитное поле, сжимает его с подсолнечной стороны и уносит силовые линии полярных областей на ночную сторону, образуя магнитный шлейф Земли, длина к-рого > 80 R3 (см. Магнитосфера). Постоянно действующий внешний источник магнитного поля составляет захваченная радиация (в основном протоны внешней радиационной зоны). Эффект этих протонов эквивалентен действию кольцевого тока, интенсивность к-рого в магнитно-спокойное время составляет 20—70 гамм на расстоянии 3,5 R3 и 10—30 гамм на поверхности Земли. Др. пост, особенностью магнитосферы является ее магнитогидродинамич. след в космич. пространстве — ударный фронт, отделенный от магнитосферы турбулентной переходной зоной.

Переменное магнитное поле. Магнитное поле Земли непрерывно меняется; регистрация этих изменений осуществляется в спец. магнитных обсерваториях. В самое спокойное время наблюдаются солнечно-суточные и лунно-суточные вариации с амплитудами 40 гамм и 10 гамм соответственно; они вызываются токами в слое Е ионосферы. В полярных областях ноле никогда не бывает спокойным. Изменчивость поля в полярных областях во время магнитных бурь, охватывающих в основном полярные зоны, описывается полярными токовыми системами; характерная ее особенность — полярная электроструя, совпадающая с зоной появления полярных сияний в зените и областью, где силовые линии внешней границы внешней радиац. зоны пересекают земную поверхность. Магнитные возмущения, охватывающие всю Землю, называются мировыми магнитными бурями. Они сопровождаются усилением интенсивности полярных сияний, изменением высоты и плотности ионизированных слоев, что приводит к нарушениям связи на коротких волнах бурями земных токов.

Мировые магнитные бури имеют иногда внезапное начало, а иногда постепенное; первые чаще всего коррелируют с хромосфер-ными вспышками, возникая через 24—48 час. после вспышки.

Умеренные магнитные бури имеют тенденцию к повторению через 27 дней. Бури обнаруживают 11-летнюю цикличность, подобно цикличности солнечной активности. По современным представлениям, магнитная буря вызывается корпускулярными потоками из ограниченных активных областей Солнца, накладывающимися на спокойный солнечный ветер. Достигая Земли, поток сжимает магнитное поле, вызывая нач. фазу магнитной бури. В полярных областях развиваются полярные суббури, а внутри магнитосферы — токовое кольцо на расстояниях =к 3,5 Лд, приводящее к понижению ноля во время главной фазы магнитной бури; механизм образования этого кольца не изучен. Буря длится неск. дней, при этом наблюдаются возмущенные суточные вариации, при к-рых горизонтальная составляющая повышается в вечерние часы и понижается в утренние. Постепенно поле возвращается к невозмущенному состоянию. В развитии магнитного возмущения и полярных сияний существ, роль приписывается процессам в магнитном шлейфе Земли на ночной стороне. Помимо указанных регулярных и иррегулярных возмущений, на магнитограммах наблюдаются короткопериодич. вариации разной частоты и характерных классов. Их возникновение связывают с процессами в радиац. зонах и граничных областях магнитосферы. Магнитные вариации всех указанных классов индуцируют токи в Земле, создавая внутр. часть поля от внешних источников.

Силовые линии геомагнитного поля, простираясь на десятки тыс. км в космич. пространство, определяют физич. свойства околоземного пространства, характер протекания многих процессов в высоких слоях атмосферы и играют решающую роль в механизме воздействия солнечной корпускулярной радиации на Землю. Сохраняя до весьма значит, высот маломеняющуюся ориентацию относительно поверхности Земли, магнитное поле используется для морской навигации, аэронавигации, торможения, изменения маневра и ориентации КЛА. Влияние магнитного поля учитывается при разработке ориентируемых КЛА. Магнитометрические методы эффективны в прогнозировании условий распространения радиоволн.