Геофизическое поле.

Геофизическое поле.

Вокруг твёрдого тела земного шара кроме гидросферы и атмосферы существуют физические поля. Земля имеет несколько таких полей. Два из них обусловлены особенностями строения литосферы планеты и Земли в целом (гравитационное и геомагнитное поля). Остальные — особенностями либо характером геодинамических, физических и химических процессов (сейсмическое, радиоактивное, температурное и электромагнитное поля).

Гравитационное поле Земли

Гравитационное поле Земли подчиняется закону всемирного тяготения. Он гласит: сила взаимного притяжения двух материальных точек пропорциональна произведению масс этих точек, деленному на квадрат расстояния между ними. Коэффициент пропорциональности называется гравитационной постоянной. Гравитационное поле является все проницаемым, то есть «спрятаться» от его воздействия невозможно, его действие, непрерывно убывая, простирается практически на неограниченное расстояние. Гравитация является одним из необходимых условий существования жизни на планете: оно удерживает Мировой океан и атмосферу от рассеяния в Космосе, притягивает к поверхности Земли людей, животных и все материальные объекты, оно направляет течение рек и т.п.

Нас же больше интересует геомагнитное поле. Интерес обусловлен необходимостью прояснения ряда зависимостей между электромагнитными процессами естественного магнитного поля Земли и жизнедеятельностью пчелиной семьи.

Геомагнитное поле Земли

Геомагнитное поле можно представить в виде двух взаимосвязанных частей: собственное магнитное поле (внутреннее) Земли и переменное магнитное поле (внешнее) Земли (оно представляет собой токовые системы, находящиеся за пределами земной поверхности и в ее атмосфере).

Земной шар представляет собой постоянный магнит (однородно намагниченная сфера). Магнитное поле Земли похоже на дипольное, но со своими «изюминками». Магнитные полюса Земли не совпадают с географическими. В результате вековых вариаций геомагнитный полюс перемещается относительно географического полюса с периодом около 1200 лет. Северный магнитный полюс находится в Южном полушарии, а южный магнитный полюс — в Северном. Магнитная ось нашей планеты наклонена к оси ее вращения на 11,5^o. Магнитные полюса Земли не находятся в диаметрально противоположных точках земного шара, а магнитная ось не совпадает с осью вращения Земли и не проходит через ее центр. Величина геомагнитного поля на полюсах примерно в два раза больше, чем на экваторе, причем величина поля в Северном полушарии больше, чем в Южном. Главное магнитное поле Земли характеризуется напряженностью. Средняя напряженность поля на поверхности составляет около 0,5 Э (5·10^–5 Тл) (40 А/м). Распределение напряжённости на планете, только условно одинаково, на самом деле — достаточно сложное. На магнитном экваторе магнитная напряженность составляет 0,34 Э (28 А/м), а на магнитных полюсах – 0,66 Э (52 А/м). Залежи железных руд создают сильные локальные магнитные поля. Региональные магнитные аномалии занимают площади в сотни и тысячи квадратных километров. В районе Курской магнитной аномалии напряжённость достигает 2 э. Влияние мировых аномалий сказывается до высот 0,5 радиуса Земли. На земном шаре масса районов, где геомагнитное поле претерпевает резкие изменения на протяжении всего нескольких километров и даже метров. Такие локальные аномалии, как правило, образованы скоплением металлических руд с высокой магнитной восприимчивостью. В таких районах магнитное склонение и наклонение отличаются на десятки градусов.

Источники магнитного поля Земли

От вида геомагнитного поля различают два вида источников: внутренние и внешние. Внутренние источники создают постоянное магнитное поле, внешние — намного более слабое переменное магнитное поле. Тем не менее, они оба взаимосвязаны.

Внутренние источники магнитного поля Земли

Что касается внутренних источников, то в основе происхождения магнитного поля лежит динамо-эффект – самовозбуждение и поддержание в стационарном состоянии магнитных полей вследствие движения проводящей жидкости. В этом процессе магнитное поле создаётся в результате конвективного движения электропроводящего жидкого вещества при его температуре в несколько тысяч К. Магнитное поле, в соответствии с законами электромагнитной индукции, возбуждается изменяющимися электрическими токами. Затухание этих полей либо создает тепловую энергию, либо приводит к возникновению новых магнитных полей. На усиление поля влияет асимметрия движений. Таким образом, необходимым условием магнитного поля Земли является само наличие движений в проводящей среде, а достаточным – наличие определенной асимметрии внутренних потоков среды.

На фоне нормального (постоянного) геомагнитного поля встречаются аномалии (материковые, локальные) (т.е., отклонение величин элементов земного магнетизма от нормальных значений). Причиной возникновения аномалий может являться резкая неоднородность магнитных свойств литосферы, большие скопления пород, обладающих повышенной намагниченностью, с высоким содержанием ферромагнитных минералов, разная интенсивность их намагниченности. Все природные объекты, в том числе горные породы, делятся на две группы: диамагнетики (магнитная проницаемость m<1),  парамагнетики (магнитная проницаемость m>1). В группе парамагнетиков выделяются специфические группы ферро-, ферри- и антиферромагнетиков с m>>1. Последние являются очень сильными природными магнитами. Их немного, но магнитные свойства минерального состава горных пород в основном определяются примесью этих ферромагнитных минералов (магнетит, гематит, самородное и метеоритное железо и др.). Их наличие или отсутствие определяет резкие изменения геомагнитного поля на протяжении нескольких километров и даже метров. В таких районах магнитное склонение и наклонение могут отличаться на десятки градусов.

Внешние источники магнитного поля Земли

Внешними источниками поля являются волновые космические резонансы (о волновой резонансной концепции рассказ отдельный) и корпускулярные потоки намагниченной плазмы, приходящие от Солнца вместе с солнечным ветром. Последнее выглядит следующим образом. От Солнца к Земле непрерывно летит поток заряженных частиц. (Уточним: летящая заряженная частица — это электрический ток; проводник с током отклоняется магнитным полем.) Частицы вступают во взаимодействие с магнитным полем Земли. От воздействия частиц силовые линии геомагнитного поля прогибаются (деформируются). С солнечной стороны силовые линии поля планеты сжимаются, а с ночной стороны вытягиваются. Длина этого ночного шлейфа сильно, более чем в 80 раз превышает радиус Земли. Силовые линии, образующие шлейф, вибрируют. Большое число частиц, особенно наиболее быстрых, улавливается силовыми линиями и начинает двигаться вдоль них от одного магнитного полюса к другому. Над Землей образуются слои из частиц, которые загораживают Землю от новых потоков солнечных частиц, экранируют ее от солнечного излучения. Область геомагнитного поля, обтекаемого солнечным ветром, называется магнитосферой Земли. Магнитосфера отделена от межпланетного пространства магнитопаузой. Магнитопауза – внешняя граница магнитосферы Земли, на которой динамическое давление солнечного ветра уравновешивается давлением собственного магнитного поля. Вдоль магнитопаузы частицы корпускулярных потоков обтекают магнитосферу. Области замкнутой геомагнитной ловушки, заполненные заряженными частицами, называются радиационными поясами Земли. Они удерживают потоки энергичных (от 1 до12 ГэВ) электронов, протонов и ядра тяжелых элементов, приходящих из других частей Галактики, и корпускулярные потоки менее энергичных заряженных частиц (10⁵–10⁶ эВ), выброшенных Солнцем. Внутреннюю зону составляют протоны с высокой энергией, а внешнюю — высокоэнергетические электроны. Границы зон совпадают с соответствующими силовыми линиями магнитного поля Земли. Частицы движутся по спиралям вокруг силовых линий. Приближаясь к Земле, они отражаются магнитным полем и двигаются в сторону другого полушария. Вследствие неоднородности магнитного поля Земли частицы совершают медленное смещение поперек силовых линий. При таком дрейфе положительно заряженные частицы отклоняются к западу, а отрицательно заряженные — к востоку. Так образуется кольцевой ток. Внешняя часть магнитосферы состоит из магнитных силовых линий, закрученных солнечным ветром с дневной стороны на ночную, образующих там магнитный шлейф. В хвосте магнитосферы напряженность магнитного поля Земли ослабевает, и некоторые частицы солнечной плазмы проникают внутрь земной магнитосферы и магнитных ловушек радиационных поясов. Процессы, происходящие на ночной стороне, играют существенную роль в магнитных возмущениях и полярных сияниях. Некоторое количество частиц проникают сквозь магнитосферу в ионосферу. Перемещаясь в магнитном поле Земли, заряженные частицы образуют электрические токи. Когда солнечная активность велика, то поток поступающих от Солнца частиц становится более концентрированным. Под напором потока коронарного выброса масс во время солнечной вспышки магнитосфера резко уменьшается в размерах, тоньше становится область радиационных поясов, ночной плазменный слой приближается к Земле и ток в нем увеличивается, усиливается магнитное поле в хвосте магнитосферы. Большое количество заряженных частиц, прорываясь в атмосферу отдельными группами, вызывают резкие кратковременные изменения магнитного поля. Такие магнитные возмущения называются магнитными бурями. Космические частицы усиливают ионизацию атмосферы. В ней возникают сильные электрические токи, которые обнаруживаются на Земле в виде магнитных возмущений. Вследствие изменения магнитного поля токов в атмосфере, в недрах земного шара индуцируются токи. Их магнитное поле так же накладывается на магнитное поле бури. В итоге все процессы вместе вызывают «рвотные рефлексы» (как в переносном, так и в прямом смысле) «геологического и биологического организма» планеты.

Вариации геомагнитного поля

Переменное геомагнитное поле характеризуется изменениями (вариациями). Выделяют: регулярные вариации, магнитные бури и короткопериодические колебания. Регулярные вариации имеют определенную продолжительность (солнечно-суточные, лунно-суточные, сезонные, вековые). Например, суточные вариации геомагнитного поля возникают за счет токов в ионосфере Земли, вызванных изменениями освещенности земной ионосферы Солнцем в течение суток. 27-дневные вариации соответствующие периоду вращения Солнца связаны с существованием долгоживущих активных областей на Солнце. 11 летний период солнечной активности, связан с периодичностью пятнообразовательной деятельностью Солнца. Сезонные вариации магнитной активности имеют два максимума, соответствующие периодам равноденствий, и два минимума, соответствующие периодам солнцестояний. Максимумы возникают в момент попадания Земли под влияние активных областей на Солнце, сгруппированных в зонах от 10 до 30° северной и южной гелиографических широт, когда совпадают плоскости земного и солнечного экваторов. (Этот факт интересен при рассмотрении вопроса об «Осеннем слёте пчёл».) (Интересно, что потоки энергичных электронов достигают максимальных величин так же весной и осенью, минимальных – зимой и летом, что тоже увязывается с сезонными вариациями геомагнитных возмущений.) Источники вековых вариаций лежат внутри земного ядра. Магнитные бури появляются внезапно и могут длиться до нескольких часов. Короткопериодические колебания имеют период от десятых долей секунды до нескольких минут. Большинство вариаций геомагнитного поля связано с солнечной деятельностью (активностью) и волновыми космическими резонансами.

Итак, суммарное геомагнитное поле Земли складывается из: постоянного геомагнитного поля, которое представляет собой поле диполя большого намагниченного шара; переменного магнитного поля, под действием которого формируются в Земле вихревые токи, вызывающие  магнитную индукцию;  материкового поля, созданного породами глубинных структур и аномального (материкового), созданного намагниченными геологическими породами; внешнего поля – поля от объектов помех (всевозможных металлических сооружений); поля вариаций — это вариации: вековые, годовые, суточные (солнечно-суточные и лунно-суточные), магнитные бури. В результате, на земной поверхности постоянно существует в разной степени деформированное геомагнитное поле.

Здесь мы получили общее представление о геофизическом поле, которое указывает нам на множественную зависимость его характеристик от космических процессов
Опубликовано Новиковым С.Н. © //www.maymed.ru , 2012.