25

На рисунке №1 показан вектор индукции магнитного поля Земли Вт и его проекции Вх, Вy, Вz; Вx - проекция вектора Вт на ось х,
направленную на Север; By - проекция этого вектора на ось у, направленную на восток; Вz - проекция его на ось z, направленную по
вертикали вниз. Здесь же указана проекция Bн вектора Вт на горизонтальную плоскость, в которой лежат оси х и у. Плоскость,
определяемая векторами ВT и BH, называется плоскостью магнитного меридиана. В плоскости географического меридиана лежат,
очевидно, оси х и z, поэтому склонение D - это угол между плоскостями географического и магнитного меридианов. Наклонение не что
иное, как угол между вектором Вт и горизонтальной плоскостью.
Склонение D, наклонение J, горизонтальная составляющая BH, северная - BX, восточная - BY, вертикальная - BZ, носят название
элементов земного магнетизма.
Достаточной силы магнит-диполь, помещенный в центре Земли, создает на ее поверхности магнитное поле, которое сравнительно
хорошо совпадает с наблюдаемым геомагиитным полем. Однако на основе формулы Гаусса было показано, что более точно это поле
воспроизводится, если такой магнит повернуть на угол 11,5' относительно оси вращения нашей планеты, а еще более точно при
смещении его на 450 км в сторону Тихого океана.
На рисунке №2 показан ход магнитных силовых линий вокруг земного шара, а также положение векторов Вт индукции геомагнитного
поля и его проекций в точке, находящейся на расстоянии R от центра Земли.

Достоверный портрет геомагннтного поля.

Экспедиция Галлея была снаряжена, как мы помним, чтобы провести необходимые магнитные измерения и на их основе "найти
правило для определения склонения компаса". Владея обширнейшим фактическим материалом, ученый все же не решил поставленной
перед ним задачи, казавшейся тогда весьма простой. Сейчас, конечно, ясно, что он и не мог найти такое всеобщее правило, так как
склонение, как и другие элементы земного магнетизма, сложным образом изменяется вдоль поверхности Земли из-за наличия
магнитных аномалий. Но если Галлей не создал правило определения склонения, то дал в руки мореплавателям магнитную карту, с
помощью которой моряки могли определять склонение в Атлантическом и в значительной части Индийского океанах.
Кроме того, при создании магнитной карты ученый, как бы "мимоходом" сделал выдающийся вклад в картографию. Он предложил
наносить на географическую основу так называемые изолинии карто-графируемых физических величин. Изолинией называется прямая
или кривая, во всех точках которой измеряемая физическая величина имеет одно и то же значение. Способ представления
пространственного распределения физических величин с помощью изолиний позволял создавать наглядное и доходчивое изображение
характера изменений изучаемых величин. И по сей день он успешно применяется при составлении карт пространственного
распределения любых физических величин.
Изолиниям всех элементов земного магнетизма присвоены свои названия. Так, изолинии магнитного склонения названы изогонами;
наклонения - изоклинами; изолинии значений модуля вектора индукции магнитного поля Земли и его составляющих - изодинамами.
Магнитные карты по существу и представляют собой карты изогон, изоклин или изодинам. Эти карты могут относиться как ко всей
поверхности Земли, так и к отдельным ее участкам различной площади. Такие карты для всей поверхности земного шара - мировые
магнитные карты - представляют собой изображение изолиний, отражающих пространственное распределение главного магнитного
поля и лишь очень крупных, региональных аномалий.
Подобно тому как на физических картах полушарий линии равных значений высот - изогипсы и линии равных глубин - изобаты,
выявляют крупные элементы рельефа земной поверхности, изолинии на мировых магнитных картах выявляют крупнейшие особенности
магнитного "рельефа" этой поверхности, и на них хорошо видны магнитные "горы" и "долины", относящиеся к материковым аномалиям.
Взгляните на карту индукции геомагнитного поля Вт (см. рис. №3). На ней видно, что материковые аномалии этого элемента земного
магнетизма находятся в четырех районах - на востоке Азии, северной части Северной Америки, в окрестностях Южного магнитного
полюса и в южной части Атлантического океана.
Расположение материковых аномалий других элементов магнитного поля Земли несколько иное, однако и они тяготеют к районам
расположения материковых аномалий индукции Вт.
Магнитные карты, на которые наносятся изолинии региональных аномалий геомагнитного поля, составляются, как правило, в крупных
масштабах и по ним можно проследить даже незначительные изменения интересующих элементов земного магнетизма. Крупный
масштаб используется в случаях, когда необходимо выявлять сравнительно мелкие локальные аномалии, например при поиске очень
локализованных месторождений полезных ископаемых, какими являются, в частности, кимберлитовые трубки, содержащие алмазы.
На всех магнитных картах изогоны и изоклины даны в градусах, а изодинамы - в единицах индукции магнитного поля. В
Международной системе СИ этой единицей является тесла (Тл). Такое наименование единица индукции магнитного поля, получила в
честь выдающегося ученого и изобретателя Николы Тесла, серба по национальности, многие годы работавшего в США.
Магнитное поле Земли относится к слабым полям, и индукция его главного поля Вт изменяется в зависимости от широты в пределах от
24 мкТл (микро-тесла) у берегов Южной Америки; до 69 мкТл у Южного магнитного полюса. Горизонтальная составляющая Вн
индукции этого поля достигает на южной оконечности Азии 32 мкТл и уменьшается сравнительно монотонно к магнитным полюсам,
где она становится равной нулю. Вертикальная составляющая Вz рассматриваемого поля, растет от нуля на магнитном экваторе до
наибольшей по абсолютной величине (порядка 70 мкТл) на Южном магнитном полюсе. Склонение D изменяется от -180? до +180?, а
наклонение J, как уже упоминалось, от Южного магнитного полюса до Северного - в пределах от - 90? до +90?.
Настоящий феномен подтверждает версию ученых о переодическом изменении оси Земли на 180? (кувырок) и изменение экватора на
90?.

2. Окаменевшая магнитная летопись.

Кто бы мог представить себе, что так быстро наступит время, когда сама Земля "расскажет" магнитологам о состоянии ее
магнитного поля в самые далекие геологические эпохи. Но вот несколько десятилетий тому назад удалось найти методы, которые
позволяют определять с высокой надежностью магнитное поле нашей планеты почти со времени ее образования. Конечно, эти
методы родились не вдруг, а явились результатом скрупулезного изучения магнитных свойств горных пород.
Еще в младших классах школы на уроках географии рассказывалось, что все известные горные породы разбиваются на три большие
группы - осадочные, изверженные и метаморфические породы. Вспомним их отличительные особенности.
Осадочные - это породы, образовавшиеся из мелких частиц материала земной коры, а также из остатков растений, планктона, рыб и
животных. Известняки, глины, песчаники, гипсы, каменная соль - это все наиболее часто встречающиеся осадочные породы. Их
можно видеть как на суше, так и на дне океанов и морей. Залегают осадочные породы пластами различной толщины от нескольких
километров до нескольких метров и менее. Толщи осадочных пород содержат такие полезные ископаемые, как нефть, каменный уголь
и др.
Изверженные породы образовались при затвердевании расплавленных масс, выходящих на поверхность Земли из ее недр. Среди
этих пород наиболее распространены граниты, базальты, диабазы. С изверженными породами связаны месторождения железных
руд, молибдена, золота и многих других полезных ископаемых.
Метаморфические породы - это физически и химически переработанные в течение очень долгого времени осадочные и изверженные
породы. Из пород этой группы чаще всего встречаются мраморы, гнейсы, сланцы, кварциты. Самые крупные железорудные
месторождения, а также месторождения многих других полезных ископаемых обнаружены в таких породах.
Осадочные породы по большей части немагнитны, но некоторые из них обладают заметными магнитными свойствами.
Метаморфические породы бывают как магнитные, так и слабо или даже совсем немагнитные.
Среди изверженных пород встречаются наиболее магнитные, и связано это с большим содержанием в них магнетита - основного
ферромагнитного материала земных пород. Естественные магниты - это по большей части и есть намагниченный в недрах Земли
магнетит. Он включает железо, которое и определяет его магнитные свойства. Большое процентное содержание магнетита в горной
породе создает благоприятные условия для ее намагничивания. Но нет жесткой связи между количеством магнетита в породе и ее
намагниченностью. Часто решающее влияние на магнитное состояние породы оказывают размеры и форма зерен самого магнетита. В
этом отношении магнетит не является исключением, так как намагничивание всех ферромагнетиков зависит также от размеров и
формы зерен намагничиваемого материала.
Чаще всего горные породы намагничивались при своем образовании после нагрева до весьма высокой температуры и последующего
охлаждения в геомагнитном поле. Такой вид намагничивания горных пород не только приводил к сильному увеличению их
магнитного момента (это соответствует эффекту Гопкинсона), но и обеспечивал значительную стойкость их остаточного
намагничивания по отношению к различным физическим и химическим воздействиям, которые неизбежно должны были возникать
в процессе геологических изменений земной коры.
Ученые установили, что горные породы могут хранить свою остаточную намагниченность в течение огромных промежутков
времени даже по геологическим масштабам. Эта намагниченность зависит от интенсивности и направления геомагнитного поля в
месте образования породы, и поэтому такая "окаменевшая" память дает исчерпывающую информацию о том, каким это поле было в
определенный момент истории Земли.
Подумать только, ничем, казалось бы, не примечательные камни могут поведать о земном магнетизме, существовавшем сотни
миллионов, а то и миллиарды лет тому назад!

3. Палеомагнетизм читает страницы истории намагниченной Земли.

Расшифровка магнитных "знаков" на горных породах - заслуга созданного не так давно раздела геомагнетизма, названного
палеомагнетизмом. Ученые научно обосновали способы чтения магнитных "иероглифов" на горных породах, и их остаточная
намагниченность стала бесспорным источником сведений о хронологии и характере изменений магнитного поля Земли за целые
геологические эпохи.
Предварительно необходимо проводить специальную обработку исследуемых образцов горных пород - их магнитную "чистку", для
того чтобы освободить образец от той части остаточного намагничивания, которая могла появиться от различных причин намного
позднее времени образования породы. Очевидно, что эта часть намагничивания образца может помешать правильно решить
поставленную задачу.
Простейший процесс "чистки" заключается в том, что образец подвергается воздействию переменного магнитного поля с убывающей
постепенно амплитудой; давно известно: такое поле обладает хорошими размагничивающими свойствами. Интенсивность этого
поля должна быть достаточна для снятия мешающего намагничивания, но не слишком большой, чтобы не затронуть первоначального
устойчивого намагничивания. При таких условиях можно добиться необходимой "чистоты" образцов. Однако такая простая
операция не всегда приводит к положительному результату. По большей части приходится применять более сложную процедуру -
использовать, например, чередование нагрева и охлаждения образца. К сожалению, нет готовых рецептов для получения "чистых"
образцов, пригодных для палеомагнитных исследований. Их подготовка - большое искусство.
Палеомагнитолог, создавая их, действует подобно художнику-реставратору, который, боясь повредить картину великолепного
мастера, терпеливо и предельно осторожно снимает слой за слоем тусклые мазки неумелой кисти, чтобы наконец, открыть яркие
краски давно исчезнувшего шедевра.
"Чистка" образцов производится, как правило, в лаборатории, а при отборе образцов на месте их залегания проводится кропотливая
предварительная работа по определению расположения образца относительно стран света и вертикали. Кроме того, очень подробно
изучаются геологические особенности и возраст пластов, из которых вырезаются изучаемые образцы.
Зная направление магнитного поля в "очищенном" образце и ориентацию образца относительно стран света и вертикали на месте его
залегания, можно найти направление геомагнитного поля. Определив его во многих геологических районах на поверхности Земли по
формулам, установленным методами палеомагнетизма, легко вычислить положение геомагнитных полюсов для определенного
геологического момента времени.
Когда магнитологи соединили непрерывной кривой точки на поверхности Земли, где, по палеомагнитным данным, последовательно
находились геомагнитные полюсы, ученых поразила протяженность и сложность их движения. Только за последние 700 - 800 млн.
лет, например, Северный геомагнитный полюс, по данным палеомагнетизма, совершил путешествие по сложнейшей траектории:
начав его на месте современного Тихоокеанского побережья Северной Америки, он переместился к экватору, а оттуда попал в
современный северный район Канады. Такая миграция Северного геомагнитного полюса, была получена по данным
палеомагнитных исследований образцов европейских горных пород.

Аналогичные исследования были проведены и с образцами североамериканских
горных пород, и тут магнитологи пришли в замешательство. И было от чего!
Оказалось, что геомагнитный полюс в те же геологические эпохи двигался совсем
по другому маршруту.
На карте (рис. № 4) приведены пути миграции геомагнитного полюса в северном
полушарии по палеомагнитным данным, относящимся к породам этих двух
континентов.
Из приведенного рисунка видно, что расхождение траекторий "европейского" и
"американского" магнитных полюсов - тем больше, чем древнее геологическая
эпоха. Видно также, что в нашу геологическую эпоху эти траектории почти
совпадают, стремясь к району современного Северного геомагнитного полюса.
Используя палеомагнитные данные, полученные по измерениям на образцах
Австралии, Африки и других континентов, магнитологи столкнулись с
аналогичным положением - один и тот же геомагнитный полюс почему-то
двигался по разным траекториям в зависимости от того, горные породы каких
континентов принимались во внимание. чем начать "расследование" этого
противоречия, попытаемся выяснить, а возможны ли вообще миграции
геомагнитных полюсов. По современным воззрениям, магнитная ось Земли
должна почти совпадать с осью ее вращения. Поэтому геомагнитные полюсы не
могут не следовать за соответствующими географическими полюсами и не могут
"по своему усмотрению" произвольно мигрировать... Отсюда вытекает, что по
маршрутам магнитных полюсов должны двигаться и географические полюса и так
же точно в пространстве должна соответствующим образом поворачиваться и ось
вращения Земли.

Но, по строгим законам механики - эта ось, как и ось любого вращающегося тела, не может поворачиваться, если к ней не приложен
внешний механический момент. Чтобы ось Земли двигалась с угловой скоростью, соответствующей скорости миграции
геомагнитных полюсов, которая получается по палеомагнитным данным, надо по касательной к земному шару (...как подсчитал
крупнейший советский магнитолог Борис Михайлович Яновский) приложить усилие порядка 5 млрд. ньютонов.
Причин возникновения не только таких усилий, но и в сотни и тысячи раз меньших, современная наука указать не может... Поэтому
нет никаких физических оснований считать возможным значительные изменения положения земной оси в пространстве, кроме,
конечно, ее поворота вместе с земным шаром за счет его прецессионного движения. А это значит, что и магнитная ось Земли не
могла перемещаться сколько-нибудь адекватно в пространстве.
Выходит, что никакой миграции геомагнитных полюсов не могло и быть! Но тогда "заблуждаются" палеомагнитологи. С этим
тоже нельзя было согласиться, так как их методы многократно подтвердили свою состоятельность при решении других
геофизических проблем. Где же выход из создавшегося противоречивого положения?
Он нашелся, как только вспомнили о гипотезе расхождения материков, высказанной еще в 1912 г. австрийским геофизикам
Альфредом Вегенером.

Геомагнетизм и расхождение материков.

Вегенер сделал предположение, казавшееся многим ученым фантастическим, что в какой-то момент геологической истории
существовавший единственный на Земле суперматерик Пангея, окруженный водами всеземного океана, стал раскалываться на части,
и они в последующие миллионы лет отходили друг от друга, одновременно поворачиваясь относительно земной поверхности.
Осколки суперматерика были различны по величине и форме. Они превратились в конечном итоге в континенты с известными нам
характерными очертаниями, а между континентами образовались океаны и моря, которые мы видим теперь на географических
картах.
Первым очень "наглядным" аргументом в пользу гипотезы Вегенера было сходство обращенных друг к другу береговых линий почти
всех современных континентов. Приложив, например, выступающий участок восточного берега Южной Америки к уступу западного
берега Африки, мы увидим, как хорошо примыкают друг к другу эти континенты. Так же почти вплотную стыкуются и участки
береговых линий других континентов.

На картах (рис. № 5) показано образование континентов из одного суперматерика, изображен лик Земли за 200, 135, 65 млн. лет и в
наше время. Эти карты, построены с помощью электронной вычислительной машины по палеомагнитным данным, наглядно
демонстрируют процесс, как объединения, так и раскола суперматерика Пангея. (Континенты продолжают дрейфовать, каждый
год Тихий Океан становится шире на 9 см. Через 50 млн. лет формы и положение континентов будут совершенно другими,
чем сейчас. Настоящее утверждение грубая маскировка настоящей истины, после Армагеддон - переворот на 180?,
континенты тасуются подобно игральным картам, настоящая "культурная" маскировка будет стоить гибели 80 % всего
человечества живущих людей на Земле).
На втором "глобусе", относящемся к периоду, когда существовал суперматерик Пангея, четко прослеживаются "трещины" и уже
образовавшиеся моря между будущими континентами. Сравнивая три последних "глобуса", нетрудно представить себе, как
расходились эти континенты за последние 240 млн. лет.
Итак, как гипотеза о сохранении постоянства ориентации магнитной оси Земли, так и гипотеза о дрейфе континентов
подтверждается палеомагнитными данными. Но гипотеза дрейфа континентов может быть принята только в том случае, если будет
дан ответ на вопрос: каким образом связанные с глубинными слоями Земли континенты все же перемещаются?
Ответ может быть получен, если обратиться к недавно выдвинутой геофизиками концепции, получившей название Тектоника Плит.
Сущность этой гипотезы, кратко, в следующем. Принимается, что кора Земли и находящаяся под ней часть земного вещества
разделены глубинными разломами на ряд так называемых литосферных плит, имеющих толщину от десятков до 100-150 км. Под
этими плитами находится пластичный слой - астеносфера, которая позволяет перемещаться им относительно друг друга и
поверхности Земли в горизонтальном направлении. Очевидно, что и материки, находящиеся на этих плитах, будут двигаться вместе
с ними.

Между литосферными плитами всегда имеются узкие, длинные, тянущиеся часто на тысячи километров участки, на которых есть и
глубочайшие трещины, или разломы, и высокие вздутия, а то и целые горные системы - срединно-океанические хребты. Открытие
этих хребтов на дне Мирового океана было, пожалуй, самой впечатляющей сенсацией последних десятилетий в геофизике. Они
играют огромную роль в концепции тектоники плит. Именно под этими хребтами происходят самые существенные геофизические
процессы круговорота земного вещества.
Из недр Земли по глубоким каналам - трещинам под этими хребтами непрерывно перемещается к океаническому дну расплавленная
магма. Накапливаясь, она раздвигает литосферные плиты и образует новую литосферу. Этот процесс получил специальное название -
разрастание океанического дна. Разрастание океанического дна должно неизбежно приводить к уничтожению части объема
литосферных плит, так как площадь поверхности земного шара остается практически неизменной. Поглощение "лишнего" объема
указанных плит происходит, как предполагают сторонники рассматриваемой гипотезы, в глубоководных желобах, находящихся
главным образом на побережье Тихого океана.
Таким образом, концепция тектоники плит дала убедительные на сегодняшний день доказательства возможности перемещений
континентов Земли, которые согласуются с данными палеомагнетизма.

Переполюсовка геомагнитного поля.

Изучая "ископаемый" магнетизм, палеомагнитологи столкнулись с фактом, который сначала казался невероятным. Действительно,
может ли быть, чтобы магнитная ось Земли периодически "переворачивалась", и там, где недавно находился Северный геомагнитный
полюс, появлялся Южный и наоборот? И так сотни, а может быть и тысячи раз за время существования нашей планеты (...по
сообщениям сов. учёных, это происходило на Земле уже 20 раз).
Магнитологи брали множество одновозрастных горных пород в районах, как близко расположенных, так и находящихся за тысячи
километров друг от друга, и всегда убеждались в том, что их остаточный магнетизм имел направление, соответствующее магнитному
диполю Земли, направленному либо к Северному, либо к Южному географическому полюсу.
Такие повороты земного магнитного момента на 180* градусов, его переполюсовки или инверсии, проходили, как показали
палеомагнитные исследования, через различные совершенно случайные промежутки времени. Если же оценить среднюю
продолжительность этих промежутков, то она оказывается далеко не одинаковой для различных геологических эпох. За последние 5
млн. лет между инверсиями геомагнитного поля в среднем проходило 200 тыс. лет. Но более всего удивительно, что сам процесс
переполюсовки при этом занимал лишь "геологическое мгновение" - часто менее 10 тыс. лет!
Доказательством существования инверсий магнитного поля Земли служат так называемые линейные магнитные аномалии над
районами срединно-океанических хребтов.
Выходящая из недр Земли под хребтом расплавленная масса остывает. В этот момент она намагничивается по направлению
действующего магнитного поля Земли. В связи с раздвижением океанического дна, часть этой массы перемещается в одном
направлении от оси хребта, а другая - в противоположном. Поэтому над этими объемами намагниченной массы должны существовать
аномальные поля, знак индукции которых соответствует направлению геомагнитного поля в момент их намагничивания, когда они
вместе находились на оси хребта. В зависимости от скорости движения указанных объемов они могут переместиться за определенное
время на то или иное расстояние от оси хребта. Но существенно то, что как для одного, так и для другого объема, эти расстояния
должны быть одинаковы, так как скорость их движения отличается лишь знаком.
Зная время между двумя последующими инверсиями геомагнитного поля и определив расстояние между двумя соседними "зубцами"
рассматриваемых линейных аномалий, можно определить скорость раздвижения океанического дна. В Атлантическом океане она
достигает несколько сантиметров в год.

Полезный диалог с намагниченным кирпичом.

Есть множество примеров, которые дают повод удивляться поразительной интуиции ученых. Один из них - догадка магнитологов
использовать кирпичи старинных зданий и глиняные сосуды далекого прошлого, чтобы проследить, как изменялось геомагнитное поле
в последние тысячелетия.
Как оказалось, эти изделия могут хранить долгое время остаточное намагничивание, характеризующее интенсивность и направление
магнитного поля Земли в момент их изготовления.
Почему же намагничиваются кирпичи и глиняные сосуды? Все дело в том, что эти изделия, как правило, подвергаются обжигу при
высокой температуре, а это коренным образом меняет дело. При остывании после обжига глиняные изделия проходят точку Кюри, и
окиси железа, находясь в магнитном поле Земли, приобретают в соответствии с эффектом Гопкинсона значительную остаточную
намагниченность. Эта намагниченность оказалась очень устойчивой, способной сохраняться неизменной десятки тысяч лет, а может
быть, и много больше.
Расшифровка магнитных "следов" стала "специальностью" нового раздела науки о земном магнетизме, который получил название
археомагнетизма. Палеомагнетизм и археомагнетизм имеют много общего как в методике решаемых ими задач, так и в обработке
данных магнитных измерений. Отличие их в основном в том, что момент времени намагничивания предметов, которые они изучают,
- датировка такого момента, - производится по-разному. В первом случае для этого применяются физические способы, а во втором -
данные археологии. Конечно, точность датировки при археомагнитных исследованиях несравненно выше, чем при палеомагнитных.
Благодаря успехам археомагнетизма обычный кирпич или глиняный сосуд, изготовленные руками наших далеких предков, оказались
носителями ценной информации о прошлом земного магнетизма. Магнитологи задумались: а нельзя ли воспользоваться
археомагнитными методами и "взглянуть", какое было геомагнитное поле много десятков тысяч лет до нас, когда жил человек
каменного века? И им удалось это сделать!
Человек этого века оставил после себя громадные пепелища в местах, где разводились костры после удачной охоты. Жаркое пламя
костров нагревало глинистые породы под ними до высокой температуры. Измерения остаточного намагничивания этих пород
позволяют определить интенсивность и направление геомагнитного поля в местах стоянок первобытного человека и этим значительно
расширить временную шкалу археомагнитных исследований. Но, к сожалению, такие стоянки обнаруживаются довольно редко, и
данные археомагнитных исследований относятся в основном к ближайшим к нашему времени нескольким тысячелетиям. О чем
говорят эти данные?
Археологические исследования показали, что индукция геомагнитного поля в одних и тех же точках земной поверхности не остается
постоянной и в сравнительно короткое время, а систематически меняется. Так, за последние 8500 лет она достигла максимального
значения приблизительно два тысячелетия тому назад и была в два раза больше современной. Имеются изменения индукции
магнитного поля Земли и со значительно меньшими периодами. Четко выражены, например, вековые вариации с периодами около
300 - 400 и 600 - 1000 лет. Эти вариации, однако, имеют сравнительно небольшие амплитуды.
Вскрытые методами палеомагнетизма инверсии геомагнитного поля и установленные методами архео-магнетизма вековые вариации
этого поля не могут не приниматься во внимание...