Изменения магнитного поля Земли во времени

11.01.2017

Изменения магнитного поля Земли на протяжении многих лет определяются в результате непрерывных записей элементов земного магнетизма в магнитных обсерваториях и путем повторных наблюдений через каждые 3—5 лет на ряде опорных точек. После вычисления средних значений каждого элемента в одной и той же точке для ряда лет вычисляется среднее изменение каждого элемента за один год. Вычисленная величина называется вековым ходом.
Значительное количество магнитных обсерваторий на всех континентах и большое количество повторных измерений на опорных точках дают материал для составления специальных карт, называемых картами изопор, характеризующих величину векового хода каждого элемента земного магнетизма (рис. 7).
Изменения магнитного поля Земли во времени

Эпоха указывается в связи с тем, что карты изопор отражают вековой ход только для определенного времени. Непостоянство векового хода, а равно и непрерывно увеличивающееся количество опорных точек требуют периодического обновления карт. Существование векового хода вынуждает указывать дату абсолютных измерений элементов земного магнетизма. Принято относить все абсолютные измерения к середине года, т. е. в измеренные значения вносить поправку на вековой ход, пропорциональную разности между временем наблюдения и серединой года. Исправленные значения называют «отнесенными к эпохе n-го года».
Изображенная карта векового хода Z показывает, что существуют области с очень быстрым изменением напряженности поля, превышающим 100 γ в год. Почти вся территория России находится в зоне возрастания Z; на изображенной карте область наибольших изменений (называется «фокусом») расположена немного южнее Каспийского моря. Очевидно, если это изменение сохранялось бы длительное время, то за одно десятилетие значение Z в районе, прилегающем к Каспийскому морю, изменилось бы более чем на 2%.
Экспериментальное изучение векового хода показывает, что местоположение фокусов не остается постоянным, они постепенно смещаются в западном направлении, с некоторыми изменениями максимальных значений и конфигураций изолиний. Многие исследователи обращают внимание на приуроченность фокусов вековых вариаций к зонам высокой сейсмической активности, откуда логически вытекает их связь с наиболее мобильными зонами земной коры. Опыты же применения методов математического анализа к вычислению глубин источников векового хода приводят к глубинам порядка 0,5 радиуса Земли. Предпринятые в бывш. СССР с 1947 г. под руководством В.П. Орлова работы по подробному изучению векового хода в одном из районов Средней Азии показали, что в общем плавном возрастании или убывании векового хода наблюдаются скачкообразные нарушения, территориально приуроченные к зонам глубинных разломов.
До последнего времени вековой ход не привлекал внимания специалистов, занимающихся применением магнитного метода для решения геологических задач, так как, с одной стороны, он не открывал никаких перспектив на его практическое использование и, с другой стороны, не создавал никаких помех при производстве полевых работ. В связи с открытием В.П. Орловым «аномалий» в вековом ходе, по-видимому, связанных с глубинной геологией, не исключается возможность непосредственного использования изменений векового хода как одного из явлений, полезных для изучения глубинной тектоники.
Мы рассматриваем изменения земного магнетизма за ничтожно малый отрезок времени в планетарном масштабе. Систематические изменения магнитного склонения охватывают срок около 500 лет, однако и этот срок является ничтожным по сравнению с жизнью нашей планеты.
Возможность некоторого проникновения в глубь времен открывает изучение остаточной намагниченности предметов древней культуры (кирпичи печей, глиняные изделия, обожженные лавами вулканов) и особенно горных пород установленного возраста.
Экспериментальные исследования устойчивости остаточной намагниченности горных пород привели большинство ученых, занимающихся этим вопросом, к заключению, что естественная остаточная намагниченность некоторых памятников материальной культуры и горных пород могла сохранить свое направление длительное время. Несмотря па расхождение мнений по этому вопросу, достаточно схожие результаты определения направления магнитного поля Земли по образцам одновозрастных пород на различных материках позволяют считать, что некоторые породы могли сохранить остаточную намагниченность со времен верхнего протерозоя.
Исходя из вполне обоснованного положения, что в пору остывания порода (или предмет материальной культуры, подвергавшийся нагреванию до высокой температуры) приобретала намагниченность, по направлению совпадающую с существовавшим в то время магнитным полем Земли, можно определить это направление при условии, что есть уверенность в неизменном пространственном положении породы (или предмета) и что объект исследования способен сохранить естественную намагниченность. Выполнение первого условия проверяется геологическими наблюдениями (или археологическими исследованиями), для проверки второго разработаны различные приемы экспериментального исследования образцов пород и искусственных изделий. Изучение остаточной намагниченности горных пород с целью определения направления магнитного поля в древние геологические эпохи привлекает в настоящее время внимание многих исследователей; эта область исследований в учении о земном магнетизме получила специальное название — палеомагнетизм.
Е. Телье и О. Телье, занимающиеся главным образом древнейшими памятниками материальной культуры, называют земной магнетизм соответствующего периода археомагнетизмом.
Многочисленные работы зарубежных и советских исследователей в указанном направлении достаточно полно освещены в работах. Остаточная намагниченность определенным образом отобранных образцов горных пород различного возраста указывает на значительное перемещение полюсов в период от верхнего протерозоя до нашего времени. Движение происходило с циклическими колебаниями, причем предполагается, что среднее положение магнитного полюса за период порядка 10000 лет совпадало с положением географического полюса. Осредненное положение магнитного полюса в различные геологические эпохи, совпадающее с положением географического полюса, изображено на рис. 8. Изменение местоположения полюса, установленное по палеомагнитным измерениям, хорошо совпадает с перемещением полюса, определяемым по палеоклиматическим данным.
При изучении осадочных пород, накапливавшихся длительное время, в некоторых разрезах установлено периодическое изменение направления остаточной намагниченности на противоположное. Для различных геологических эпох наблюдаемая периодичность различна — от 0,5 млн. до десятков миллионов лет. Это явление в настоящее время объясняется периодической инверсией геомагнитного поля. Причины предполагаемых инверсий остаются неясными.
Установленные факты вызвали большое оживление в палеомагнитных исследованиях, в бывш. СССР была создана Комиссия Академии наук но палеомагнетизму, изданы методические указания по палеомагнитным исследованиям.
Изменения магнитного поля Земли во времени