Магнитные вариации

11.01.2017

Ранее мы рассматривали магнитное поле, связанное с внутренним и поверхностным строением Земли. Кроме внутренних источников магнитного поля существуют внешние, которые создают переменную часть магнитного поля, проявляющуюся в виде периодических вариаций (суточных и годовых), магнитных бурь и короткопериодных вариаций с периодом от долей секунды до 1—2 мин и с амплитудой до нескольких гамм.
Во всех магнитных обсерваториях непрерывно записываются изменения D, H и Z с помощью специальных вариационных приборов. Естественно, что на магнитограммах записывается суммарное значение каждого элемента, независимо от причин, вызывающих его изменение. Вариации различных периодов выделяются методами статистической обработки, разности же между наблюденными изменениями и периодическими вариациями относятся к апериодическим возмущениям. Эта задача не во всех случаях является простой, особенно в высоких широтах, где преобладающее влияние имеют магнитные бури.
Суточные вариации разделяются на солнечносуточные с периодом, равным солнечным суткам, и лунносуточные с периодом, равным времени между двумя последовательными прохождениями Луны через меридиан места, т. е. лунным суткам. Ввиду малой амплитуды лунносуточных вариаций (около 1 γ) ограничимся лишь указанием на существование таких вариаций и в дальнейшем будем употреблять термин «суточные вариации», имея в виду солнечно-суточные.
Суточные вариации, отнесенные к местному солнечному времени, имеют почти одинаковый характер в точках, расположенных на одной магнитной широте. Во всех случаях отмечается их общее свойство: амплитуда больше днем, чем ночью, и больше в летнее время, чем в зимнее, т. е. интенсивность вариаций оказывается в прямой зависимости от длительности солнечного освещения в зоне наблюдений. На рис. 9 изображены средние июньские и декабрьские вариации Н, Z и D на широте 60°. При изменении широты точки наблюдений суточные вариации также постепенно изменяются: вариации вертикальной составляющей на экваторе приближаются к нулю, в южном полушарии меняют знак на обратный; вариации горизонтальной составляющей на широте около 40° достигают минимального значения, на экваторе — максимума, в южном полушарии изменяются по тому же закону, как в северном.
На территории России суточные вариации в летние месяцы могут достигать 40 у, ввиду чего необходим учет их при производстве магнитной съемки высокой точности.
Магнитные вариации

Апериодические вариации (магнитные бури) проявляются с различной интенсивностью. Наблюдаются иногда бури, охватывающие весь земной шар, но подавляющее большинство бурь отмечается на ограниченных территориях высоких широт. В отличие от суточных вариаций магнитные бури наблюдаются одновременно во всех точках, где они вообще могут быть отмечены. Наиболее часто интенсивные магнитные бури возникают за полярным кругом; активность их быстро убывает в направлении к югу. В южных широтах России интенсивные бури возникают очень редко.
Амплитуда изменений вертикальной и горизонтальной составляющих магнитного поля во время интенсивных бурь выражается сотнями гамм и иногда превышает тысячу гамм. Продолжительность бурь — от нескольких часов до двух-трех суток. Резкие изменения напряженности поля происходят в короткие интервалы времени, исчисляемые немногими минутами, что крайне осложняет производство магнитной съемки при магнию разведочных работах и часто вынуждает производить повторную съемку.
Магнитные вариации являются следствием электрических токов, возникающих в ионосфере на высоте первых сотен километров. Ионизация атмосферы на указанной высоте возникает под действием излучения Солнца, что и определяет отмеченную выше зависимость суточных вариаций от времени суток и времени года.
В работах по земному магнетизму вариациям и их причинам уделяется очень большое внимание в связи с тем, что они в некоторой мере дают возможность познания явлений и процессов, происходящих в верхней части земной атмосферы и в космосе. Достаточно подробное обсуждение вариаций различных видов и изложение современных теорий об их причинах можно найти в курсе «Земной магнетизм» Б.М. Яновского.
Для магнитного метода геологических исследований, основанного на использовании стационарного магнитного поля, рассматриваемые вариации являются только помехой, в связи с чем их необходимо регистрировать во время производства полевых измерений с целью последующего введения поправок.
Развитие метода теллурических токов, основанного на изучении вариаций естественных электрических токов, стимулировало развитие теоретических и экспериментальных работ по использованию короткопериодных электромагнитных вариаций с периодом от долей минуты до нескольких минут и амплитудой магнитного поля от измеримых величин долей гаммы до 1—2 γ.
Один из возможных вариантов использования электромагнитных вариаций при геологических исследованиях состоит в определении отношения магнитной Hу и электрической Eх составляющих поля для вычисления суммарной проводимости s изучаемого разреза.