ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ ЗЕМЛИ СЛАБЕЕТ
ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ ЗЕМЛИ СЛАБЕЕТ
Ядро нашей планеты неразрывно связано с магнитным полем Земли. Еще в XVII веке было замечено, что дипольное магнитное поле нашей планеты существенно изменяется. Геомагнитное поле имеет постоянную составляющую — дипольное поле (его вклад 99%) и переменную (1%). Основное магнитное поле по конфигурации почти аналогично витку с током (диполю), который смещен относительно центра Земли, а ось наклонена к оси ее вращения на 11,5 градуса. Средняя напряженность поля — 0,56 Эрстед. Магнитное поле распространяется на 20—25 радиусов Земли и образует своеобразный защитный экран, который препятствует проникновению потоков космического излучения: протонов, альфа- и бета-частиц к поверхности нашей планеты. Величина поля не остается постоянной. Оно систематически уменьшается, примерно на 0,05% в год. За последние 100 лет напряженность поля уменьшилась почти на 5%. При таком темпе его уменьшения (через 2000 лет) земное дипольное поле должно полностью исчезнуть. И тогда на Землю обрушится поток космического излучения, соответственно увеличится и уровень радиации. Последствия могут быть самыми плачевными. Одновременно наблюдается перемещение магнитных полюсов и мировых магнитных аномалий. Смещение оси диполя относительно центра Земли увеличилось с 252 км в 1829 году до 451 км в 1965-м. Уменьшение напряженности геомагнитного поля должно сказываться уже в настоящее время. Некоторые ученые связывают изменения (инверсию) магнитного поля в прошлом с мутациями и гибелью флоры и фауны на поверхности Земли. Палеомагнитные исследования горных пород (направление намагниченности горных пород в различные геологические эпохи) показали, что такие изменения поля на нашей планете происходили неоднократно. При этом северный и южный полюса меняются местами. Причина данного явления до сих пор полностью не разгадана.
Происхождение геомагнитного поля Земли науке не известно. В настоящее время принята за основу теория гидромагнитного динамо (ГД). Впервые эта идея была предложена английским физиком Лармором для объяснения магнетизма Солнца, а затем разрабатывалась Я.И. Френкелем и С.И. Брагинским применительно к Земле.
Механизм ГД заключается в следующем. В результате разницы температур в жидком ядре Земли возникают конвекционные потоки вещества в виде восьмерок, которые тормозят вращение периферийных слоев ядра и ускоряют движение внутренних слоев. При наличии затравочного магнитного поля в данной системе должно возникнуть самовозбуждение ГД и появиться электрический ток, который и создает магнитное поле, что крайне сомнительно. Математическое описание теории ГД является трехмерной задачей. Уравнения, которые приходится решать, являются нелинейными уравнениями в частных производных. В переводе на обычный русский язык это означает, что эта задача практически не поддается решению. С помощью такой математики можно объяснить все что угодно и доказать, что дважды два равно пяти. Разработаны кинематические модели ГД для крупномасштабного поля скоростей, ламинарное и турбулентное динамо, но они еще больше запутывают проблему. Кроме того, магнитное поле, возникающее при таком механизме его генерации, будет крайне неустойчивым, чего в действительности не наблюдается.
Магнитное поле нашей планеты представляет собой сложную автоколебательную систему с различными периодами пульсаций, которые зависят от множества факторов: электрических токов в ионосфере и магнитосфере, солнечного ветра, изменения орбитальной скорости Земли, вариаций скорости ее вращения вокруг своей оси, лунных и солнечных приливов, напряженности межпланетного и галактического магнитного поля и т.д. Вариации геомагнитного поля имеют различный период — от сотых долей секунды до миллионов лет. Исходя из палеомагнитных данных (исследование направления намагниченности горных пород в прошлом), в конце Архея — 2,65 млрд лет назад — магнитный полюс находился на экваторе планеты. Там же были расположены ледники, аналогичные современным полярным шапкам. Приблизительно 700 млн лет назад северный магнитный полюс был расположен в районе Калифорнийского полуострова (США). Обнаружено существование в далеком прошлом магнитных полюсов в Тихом океане, Японии, Сибири, Аляске, Австралии, Индии. Так как ось магнитного полюса почти совпадает с географическим полюсом, то можно предположить, что ось вращения Земли тоже периодически меняет свое положение в космическом пространстве. В далеком прошлом тропический климат был на Русской равнине, в Антарктиде, Сибири. Ледники были расположены в Южной Америке, Африке, Индии, Австралии. Дрейфом континентов эти изменения климата объяснить невозможно, так как скорость перемещения материков по поверхности планеты слишком мала.
Изучение поля с помощью археомагнитного метода показало, что основное дипольное магнитное поле испытывает медленные вариации с периодами: 11, 22, 60, 550, 1200, 1800, 7500 лет. Смены полярности полюсов Земли происходили неоднократно. На более продолжительных интервалах времени, согласно палеомагнитным исследованиям, магнитное поле неоднократно меняло свою полярность, т.е. северный и южный полюса менялись местами (инверсия поля). Моменты возникновения инверсии распределены во времени случайно. Изменения полярности поля происходили с периодом в 150 тысяч лет, но были обнаружены и более короткие периоды — в 50 тысяч лет. На сравнительно короткий период (1000— 10 000 лет) геомагнитное поле предположительно почти исчезало, а затем снова восстанавливалось, но уже с другой полярностью. За последние 76 млн лет на Земле 171 раз магнитные полюса менялись местами. Последняя смена полярности магнитного поля произошла 12,5 тысячи лет назад.
Инверсию поля можно объяснить следующим. Если скорости вращения земной коры и ядра сравняются, то напряженность электрического поля значительно уменьшится. Магнитное поле Земли исчезнет на продолжительное время, до тех пор пока не восстановится разность в скоростях вращения внутреннего ядра и коры планеты. В следующий период между инверсиями ядро будет опережать вращение Земли. Направление конвекционных токов изменится, соответственно поменяется полярность геомагнитного поля.
В настоящее время наблюдаются значительные изменения магнитных полей в Солнечной системе и на нашей планете. В 1957-м и 2001 годах, в период высочайшей активности Солнца, поменялась полярность его дипольного магнитного поля. Примерно на один год Солнце превратилось в монополь. На Земле отмечено значительное смещение магнитных полюсов, дрейф мировых магнитных аномалий — Бразильской, Канадской, Сибирской.
За последние 100 лет напряженность магнитного поля уменьшилась почти на 5%. В настоящее время скорость уменьшения напряженности поля еще более возросла и составляет 1,7% за последние 22 года. При таком темпе его изменения земное дипольное поле должно почти полностью исчезнуть уже через 2000 лет. И тогда на Землю обрушится поток солнечного и космического излучения. Соответственно, увеличится и уровень радиации на поверхности нашей планеты. Последствия могут быть самыми плачевными.
В «Старшей Эдде», собрании древнеисландских мифологических и героических песен, составленных поэтом Снорри Стурлусоном в XIII веке, имеется предостережение о грядущем бедствии, где под термином «Сва- лин», вероятно, подразумевается магнитное поле Земли:
Свалин зовется щит,
Он скрывает солнца сиянье; Коль упадет он,
Пламя охватит и горы и море.