Билет 9. Магнитное поле Земли, его параметры и возможное образование. Палеомагнитный метод

400 лет назад У. Гильберт- Земля сама является магнитом. Магнитное поле современной Земли характеризуется: склонением D, наклонением I и напряженностью Н, измеряемой в теслах. Современное магнитное поле Земли лучше всего описывается полем геоцентрического смещенного диполя с наклоном по отношению к оси вращения Земли в 11,5°. Напряженность современного магнитного поля составляет около 0,5 эрстед и считается, что в геологическом прошлом величина напряженности могла колебаться, но максимум на порядок.

Происхождение магнитного поля Земли и по сей день остается загадкой для ученых, хотя существует много гипотез для объяснения этого феномена. То магнитное поле, которое существует, является полем, обусловленным причинами внутренней динамики Земли. Внутреннее строение Земли, изученное с помощью различных сейсмических волн, возникающих от землетрясений и искусственных взрывов и, как уже говорилось выше, характеризуется наличием сферических оболочек, вещество которых имеет разный состав и разные физические свойства. С глубины 2900 км и до центра Земли с точкой 6371 км располагается ядро Земли, внешняя оболочка которого обладает свойствами жидкости, т.к. она не пропускает поперечные сейсмические волны. Внутреннее ядро железо - никелевого состава, как и силикатная мантия, слагаются твердым веществом. Наличие жидкой сферической оболочки внешнего ядра и вращение Земли составляют основу гипотез возникновения магнитного поля, основанных на принципе магнитного гидродинамо.

Само по себе движение проводящей жидкости не приводит к появлению магнитного поля. Чтобы в движущейся проводящей жидкости возник ток, необходимо внешнее магнитное поле. Тогда при определенных конфигурациях движений и соотношениях скорости и потерь, выделяющихся в виде тепла, возможно самоподдерживающееся динамо.

Движения в ядре обусловлены необходимостью передачи тепла изнутри наружу, а магнитное поле есть побочный продукт, вызванный тем, что жидкость оказалась электропроводной. В качестве слабого начального магнитного поля, необходимого для начала генерации, может быть межпланетное магнитное поле Солнца, величина которого на расстоянии земной орбиты (1 А.Е.) примерно 6 нТл. В настоящее время считается, что основным механизмом возбуждения геомагнитного динамо является прецессия земной оси.

Магнитосферой называется внешнее магнитное поле Земли, распространяемое в космическом пространстве более чем на 20 земных диаметров и надежно защищающее планету от космических частиц и солнечного ветра. Магнитные бури – нерегулярные спорадические возмущения магнитосферы, связанные с тем, что возрастает плотность солнечного ветра (вспышки на Солнце), пробивающего магнитосферу, и тогда начинаются быстрые, хаотические колебания всех компонентов магнитного поля.

Магнитные свойства горных пород определяются содержанием и ориентировкой в них минеральных зерен с различными магнитными характеристиками. Все вещества по магнитной восприимчивости подразделяются на: 1) диамагнитные; 2) парамагнитные и 3) ферромагнитные. Первые характеризуются тем, что их атомы не имеют постоянных магнитных моментов и общий магнитный момент атома диамагнетика равен нулю. Атомы вторых уже обладают собственными магнитными моментами, а ферромагнетики характеризуются упорядоченным (параллельным) расположением магнитных моментов в атомах и высокой самостоятельной намагниченностью. Для ферромагнетиков существует уровень температуры, т.н. точка Кюри, выше которой упорядочение магнитных моментов не сохраняется, поэтому лавы вулканов обретают намагниченность только после их остывания ниже точки Кюри. Ферромагнетики в горных породах являются носителями магнитных свойств.

Палеомагнитология – изучает древнее магнитное поле Земли. Это поле запечатлено в остаточной намагниченности горных пород, направление которой параллельно направлению древнего поля, а величина прямо пропорциональна его напряженности. Направление приобретенной намагниченности совпадает с направлением вектора напряженности магнитного поля данного времени в данной точке. В случае осадочных пород приобретенная намагниченность называется ориентационной, в случае изверженных - термоостаточной.

Инверсии магнитного поля - это смена знака осесимметричного диполя. Наличие противоположно намагниченных горных пород является результатом инверсии магнитного поля в данный момент. Магнитостратиграфия - изучает расчленение отложений горных пород на основе их прямой или обращенной намагниченности.

Магнитостратиграфическая шкала является, по существу глобальной шкалой геомагнитной полярности за наблюдаемую часть геологической истории.

Основными результатами палеомагнитных исследований являются:

1. магнитное поле Земли существует три миллиарда лет, и его характеристики всегда были близки к современным, магнитное поле имело дипольный характер;

2. в геологическом прошлом магнитное поле Земли многократно меняло свою полярность, последний раз это произошло около 730 тысяч лет назад; смена полярности происходит одновременно по всей поверхности Земли примерно за 10-50 тысяч лет;

3. установлено, что аномальное магнитное поле Земли обусловлено намагниченными горными породами;

4. координаты палеомагнитных полюсов, определенные по различным тектоническим блокам для одного и того же момента времени в геологическом прошлом, оказались различными, что свидетельствует об относительных перемещениях блоков;

5. на основании количественных данных о положении древних магнитных полюсов построены реконструкции положений блоков земной коры в прошлом;

6. открыты магнитные поля планет: слабые – у Меркурия и Марса, сильные – у Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна.