кольца.
Взаимодействие внешнего поля с суточным вращением порождает тороидальное (внутреннее) магнитное поле, а взаимодействие конвективных вихрей с тороидальными полями создает внешнее магнитное поле.
Для работы «динамо-машины» необходимо, чтобы присутствовали все рассмотренные виды движения и какое-то начальное поле. В качестве последнего может служить межпланетное магнитное поле.
Предположение о работе такого механизма в ядре Земли ведет к довольно четким представлениям как о самом ядре, так и о происходящих в нем процессах. Ясно, что в ядре происходят конвективные движения. Можно установить пределы скоростей этих движений и некоторых физических постоянных самого ядра (электропроводность, вязкость). Судя по неизменности характеристик геомагнитного поля, резонно предположить, что оно за миллиард лет не претерпело существенной эволюции.
Одна из ярких и замечательных особенностей МПЗ — изгода вгод, из столетия в столетие оно монотонно изменяется. Изучение его так называемых «вековых вариаций» с широким спектром периодов — от десятков лет до десятков тысячелетий — едва ли не одна из главных задач магнитологов.
Наиболее важную роль в развитии геомагнетизма сыграли новые направления этой науки — палеомагнетизм и археомагнетизм, позволившие «прочесть» историю геомагнитного поля за миллиард лет.
Известно, что все вещества так или иначе намагничиваются в присутствии магнитного поля, но только ферромагнетики способны частично сохранять приобретенную намагниченность после прекращения действия поля. Намагниченность ферромагнетиков — ее величина и стабильность — зависят не только от особенностей намагничивающего поля, но и от условий, в которых происходит намагничивание.
Чем меньше по интенсивности намагничивающее поле, тем большую роль играют присутствующие при этом внешние условия. И среди них наиболее существенным фактором является температура.
Породы, излившиеся на поверхность Земли при температуре 800 °C или выше и остывшие в магнитном поле до обычных (атмосферных) температур, приобретают термоостататочную намагниченность.
Ее не могут разрушить даже магнитные поля, в десятки и сотни раз превышающие МПЗ. Вот именно эта намагниченность сохраняется в породе до тех пор, пока не разрушатся сами ферромагнитные зерна.
По ней мы и узнаем как величину, так и направление МПЗ в те отдаленные времена, когда шел собственно процесс образования породы.
Сведения о геомагнитном поле Земли за последние тысячелетия дают нам и археологические раскопки.
Изделия из обожженной глины — печи, кирпичи, черепица, посуда — сохранили и донесли до нас «магнитную информацию». Возраст породы магнитологи определяют геологическими методами, а истинный возраст керамических изделий — по историческим документам.
Палеомагнитные исследования привели к одному очень важному открытию. Два коллектива ученых — один из Национального университета Австралии в Канберре, а другой из Управления геологической съемки США в Менло-Парк (Калифорния) — нашли подтверждение гипотезы о том, что магнитные полюса Земли в прошлом имели другие «местожительства», а порой могли даже меняться своими местами.
Образцы пород, взятые в весьма удаленных друг от друга районах, имевшие близкий возраст, демонстрировали одинаковую, но «обратную» нынешней полярность. Когда произвели датировку таких пород, то выяснилось, что за последние 5 миллионов лет магнитные полюса Земли менялись местами не менее 25 раз, то есть в среднем каждые 200 тысяч лет! Но это лишь в среднем. Последний подобный случай был целых 730 тысяч лет назад.
Итак, оказывается, что геомагнитное поле время от времени изменяет свою полярность, то есть магнитные полюса могут меняться местами друг с другом. Такие «переполюсовки» называются инверсиями. Палеомагнитологи обнаружили связь инверсий с тектонической деятельностью, с интенсивностью процессов горообразования и т. д.
Ученым удалось воспроизвести последовательность событий во время инверсий.
Сначала величина МПЗ резко уменьшается (примерно в 5–10 раз), на фоне пониженного поля магнитный полюс перемещается из одного полушария в другое.
Возможно, что на самом деле происходило не перемещение полюса, а распад его осевого дипольного поля, и возникали кратковременные магнитные поля радиального направления.
Инверсия длится несколько десятков тысяч лет, после чего восстанавливается осевое дипольное поле, но оно уже имеет другую полярность. Полюс во время инверсии может оказаться в любой точке на поверхности земного шара. Однако палеомагнитные данные показывают, что существуют области, где во время инверсии полюсы появляются чаще, чем в других местах.
Примечательно, что во время «переполюсовки», судя по ископаемым останкам животных и растений, происходили резкие скачки в эволюции биосферы.
Исчезали одни виды животных, уступая место другим. Возможно, что эти скачки были вызваны временным ослаблением и даже полным исчезновением (перед очередной инверсией) того магнитного экрана, роль которого выполняет МПЗ. Когда это поле существует и достигает значительной напряженности, магнитосфера становится ловушкой для солнечных корпускул и частиц, образующих космические лучи. Наоборот, во время инверсии космическая корпускулярная радиация беспрепятственно достигает Земли и, возможно, губительно действует на генетический аппарат живых организмов, что и ведет к их вымиранию.
Еще одно интересное явление привлекает сейчас внимание палеомагнитологов. Это довольно тонкий вопрос и пока остро дискуссионный. Во временной структуре земного магнитного поля обнаружили так называемые экскурсы — очень короткие в геологическом масштабе времени изменения поля.
Резкое, «мгновенное» изменение, вплоть до перемены полярности, до выхода полюса в противоположное полушарие. Но «переполюсовки» не происходит — полюс возвращается назад. Сначала экскурсы считали просто-напросто ошибками в палеомагнитных данных, но с накоплением информации оказалось: это, скорее всего, реальное явление, многократно происходившее в истории Земли.
Относительно недавно ученым удалось установить, что своеобразным «спусковым курком», вызывающим взаимную перемену магнитных полюсов Земли, являются, представьте себе…падения на нашу планету крупных метеоритов.
Около десяти лет назад, в 1989 году, американские ученые Р. Мюллер и Д. Моррис выявили механизм взаимосвязи между этими казалось бы не связанными друг с другом природными явлениями.
Столкновение нашей планеты с небесными телами, а также сопровождающие их мощные вулканические извержения способны, считают Р. Мюллер и Д. Моррис, выбрасывать в атмосферу столько пылевых частиц, что солнечные лучи почти не достигают земной поверхности. Это обстоятельство приводит к наступлению похолоданий: в полярных районах возникает или увеличивается площадь ледяных шапок, и центр массы Земли смещается.
Известно, что, чем большая часть массы вращающегося тела располагается около его оси вращения, тем быстрее само вращение. Так, например, фигуристы, решив ускорить свое вращение, всегда прижимают руки к туловищу. Нечто подобное происходит и с нашей планетой, когда скопления превратившейся в лед воды сосредоточивается у полюсов Земли, то есть именно там, где земная ось вращения «выходит» на поверхность.
А дальше происходит следующее… Жидкие части земных недр не прикреплены жестко к твердой оболочке, поэтому появляющееся ускорение вращения не может охватить все ядро Земли одновременно.
Другими словами, когда литосфера и мантия уже успели «разогнаться», то трение и электромагнитные силы начинают «тянуть» за собой внешние слои жидкого ядра Земли. В то же самое время его более глубокие слои отстают, причем такое отставание может затягиваться на…десятки и даже сотни лет.
Авторы данной гипотезы считают, что именно такой «механизм» и вызывает изменения магнитного поля Земли: вариации скорости ее вращения порождают хаотические движения в жидких слоях и тем самым ослабляют геомагнитное поле Земли.
