Вселенной называется всё сущее на свете. Это и Земля, на которой мы живём, это и горы и моря, покрывающие её поверхность. Это наша Луна и наше Солнце и это бесчисленные звезды, пылающие над нашей головой.
«Мир» никогда не кончится: вселенная была и будет вечна в своём движении и развитии.


4. Естественный фон. Солнечное излучение. Естественный магнитный фон планеты составляет


Естественный фон. Солнечное излучение

В окружающей нас природной среде имеются источники, создающие шумовой, электростатический и электромагнитный естественный фон Земли. Естественные источники можно разделить на постоянно действующие (например, космические пыль и излучения, магнитное поле Земли, солнечное излучение, морской прибой, атмосферное электричество и т. п.) и кратковременные (гром, молния, извержение вулкана и т. д.).[ ...]

К основным источникам, создающим электромагнитный и шумовой фон, относятся Солнце, магнитосфера, атмосферное электричество.[ ...]

Наряду с электромагнитным фоном в биосфере всегда присутствуют шумы естественного происхождения с широким спектральным диапазоном и разной интенсивностью (от тихого шелеста листьев до грохота при извержении вулканов и грозовых разрядах). Все составляющие естественного фона взаимосвязаны и взаимозависимы.[ ...]

Энергия, выделяющаяся при термоядерном синтезе [см. уравнение (1.1)] идет на поддержание температуры в ядре Солнца и на коротковолновое электромагнитное излучение.[ ...]

Замечательно то, что в (1.2) релятивистская масса т находится точно в таком же соотношении с полной энергией Е, как масса покоя то с энергией покоя Ео. Эта величина является энергетическим выражением массы тела (частицы), находящегося в состоянии покоя («=0). Отметим, что 1 грамм вещества обладает энергией покоя, равной 9Ю20 эрг. При малых скоростях (ь[ ...]

Отметим, что при образовании 4 г гелия в реакции (1.1) выделяется энергия, равная энергии, образующейся при сжигании почти двух вагонов угля. Из этого видно, что такое термоядерная энергия с точки зрения ее потенциального запаса. Радиус г ядра Солнца, в котором происходит реакция (1.1), составляет примерно 25% (г=0,25/1) от радиуса Солнца К, который равен 7 105 км. При указанной выше массе Солнца и радиусе Л средняя плотность солнечного вещества составляет примерно 1,41 г/см3, в отличие от плотности ядра, указанной выше. В пределах ядра водород «выгорает», но чем дальше от ядра Солнца, тем больше водорода в процентном отношении к гелию. По спектральному анализу химический состав Солнца определяется соотношением (90% Н2:10% Не).[ ...]

Эффективная температура поверхности Солнца (фотосфера) составляет 5770 °С, ускорение свободного падения достигает 274 м/с2.[ ...]

Солнце теряет часть своей массы за счет излучения. Фотон (квант энергии излучения) можно рассматривать как частицу с нулевой массой покоя и скоростью распространения, равной скорости света, т. е. фотон можно представить в виде частицы с нулевой массой покоя. Масса фотона проявляется только в движении. Если фотон двигается в потенциальном поле Земли против сил притяжения его частота сдвигается в красную сторону спектра («красное смещение»). Если фотон двигается вниз к Земле, то его частота повышается («голубое смещение»). Об этом более подробно будет сказано ниже при рассмотрении тепловых выбросов.[ ...]

При массе атома порядка 10“24 — 10“23 г, последний теряет при излучении светового кванта ничтожную долю своей массы (энергии). Земля получает от Солнца за год количество энергии, пропорциональное в пересчете на массу, величиной 6Ю10 г (60 000 т). Полная масса, теряемая Солнцем в виде излучения в космосе за год составляет 1,4■ Ю20 г. За период, равный миллиону лет, при той же интенсивности Солнце потеряет примерно 1,4 1026 г, что составляет 10 3% современной массы Солнца. Из приведенных цифр видно, чтЪ солнечное излучение будет долго служить человечеству. Превращение массы в излучение играет большую роль в процессе звездной эволюции.[ ...]

Роль солнечного излучения для биосферы огромна. Оно является одним из главных источников высококачественной, экологически чистой энергии нашей планеты, под влиянием которого зародилась жизнь на Земле.[ ...]

Вернуться к оглавлению

ru-ecology.info

4. Естественный фон. Солнечное излучение

В окружающей нас природной среде имеются источники, со­здающие шумовой, электростатический и электромагнитный естест­венный фон Земли. Естественные источники можно разделить на постоянно действующие (например, космические пыль и излучения, магнитное поле Земли, солнечное излучение, морской прибой, ат­мосферное электричество и т. п.) и кратковременные (гром, молния, извержение вулкана и т. д.).

К основным источникам, создающим электромагнитный и шу­мовой фон, относятся Солнце, магнитосфера, атмосферное элект­ричество.

Наряду с электромагнитным фоном в биосфере всегда присут­ствуют шумы естественного происхождения с широким спектраль­ным диапазоном и разной интенсивностью (от тихого шелеста листьев до грохота при извержении вулканов и грозовых разрядах). Все составляющие естественного фона взаимосвязаны и взаимоза­висимы.

Среди естественных источников, создающих электромагнитный фон, основным, безусловно, является Солнце, играющее огромное значение для поддержания жизни на Земле. Солнце является цент­ральным телом нашей планетной системы и ее основным источни­ком энергии, которая возникает вследствие термоядерной реакции, протекающей в его ядре. Возможность протекания этой реакции обеспечивается чрезвычайно высокими давлениями (примерно 250 миллиардов атмосфер) и температурами (~1,5 108 К), возника­ющими вследствие собственной гравитации из-за гигантской массы Солнца, примерно равной 2∙1030 кг, что составляет 99,87 % всей массы Солнечной системы. Плотность вещества в его ядре достига­ет примерно 160 г/см3.

В результате реакции, происходящей в ядре Солнца, воз­никает излучение очень высоких частот, которое за счет рассеяния, поглощения, реэмиссии и других процессов по мере продвижения к периферийным областям Солнца испускается в виде квантов ультрафиолетового, видимого и инфракрасного диапазонов. При этом присутствует и корпускулярное излучение. При среднем рас­стоянии от Земли до Солнца полное количество падающего излуче­ния за время 60 сек. на площадь в один квадратный сантиметр составляет около 1,97 ккал. Эта величина названа солнечной посто­янной и колебание ее не превышает одного процента. По этой величине можно судить о постоянстве солнечного излучения. Если эта величина увеличилась бы на 10%, то наша Земля превратилась бы в пустыню, а в случае уменьшения этой постоянной на 10% – Земля покрылась бы тонким слоем льда. При общей мощности Солнца, равной примерно 3,83∙1026 Вт, на Землю приходится около 2∙1017 Вт.

Роль солнечного излучения для биосферы огромна. Оно является одним из главных источников высококачественной, экологически чистой энергии нашей планеты, под влиянием которого зародилась жизнь на Земле.

Электромагнитный фон в окружающей нас природной среде, в основном, определяется под воздействием солнечного ветра, который представляет собой поток электромагнитной энергии и по­ток заряженных частиц, взаимодействующих с магнитным полем Земли.

Получаемая Землей энергия Солнца остается постоянной, что является фактором стационарности теплового естественного баланса земной планеты. Солнечные вспышки не оказывают кардинального значения на энергетический баланс Земли. Однако солнечные вспыш­ки оказывают существенное влияние на многие биохимические, био­физические процессы. Солнце, в конечном счете, является одним из основных источников энергии Земли не только в виде постоянной подачи электромагнитной энергии, но и других источников энергии, таких, как органическое топливо (уголь, нефть, торф, газ и т. п.), механическая энергия ветра, морского прибоя и т. д., происхождение которых во многом обусловлено солнечным излучением. Солнечно-земные связи настолько переплетены, что невозможно разграничить условия существования и развития биосферы от воздействия солнеч­ного излучения.

В настоящее время интенсивно изучаются все стороны взаимодей­ствия солнечного излучения с биосферой Земли, так как это имеет большое значение для понимания всех процессов, происходящих в та­кой сложной, упорядоченной, диссипативной, неравновесной системе, как «человек – окружающая среда». Солнечно-земные связи изуча­ются не только гелиобиологией, гелиогеофизикой, гелиометеорологией, но и экологией.

studfiles.net

Интересные сведения о магнитном поле Земли: Наука и техника: Lenta.ru

В последние дни на научных информационных сайтах появилось большое количество новостей, посвященных магнитному полю Земли. Например, новость о том, что в последнее время оно существенно изменяется, или о том, что магнитное поле способствует утечке кислорода из земной атмосферы и даже про то, что вдоль линий магнитного поля ориентируются коровы на пастбищах. Что представляет собой магнитное поле и насколько важны все перечисленные новости?

Магнитное поле Земли – это область вокруг нашей планеты, где действуют магнитные силы. Вопрос о происхождении магнитного поля до сих пор окончательно не решен. Однако большинство исследователей сходятся в том, что наличием магнитного поля Земля хотя бы отчасти обязана своему ядру. Земное ядро состоит из твердой внутренней и жидкой наружной частей. Вращение Земли создает в жидком ядре постоянные течения. Как читатель может помнить из уроков физики, движение электрических зарядов приводит к появлению вокруг них магнитного поля.

Одна из самых распространенных теорий, объясняющих природу поля, - теория динамо-эффекта - предполагает, что конвективные или турбулентные движения проводящей жидкости в ядре способствуют самовозбуждению и поддержанию поля в стационарном состоянии.

Землю можно рассматривать как магнитный диполь. Его южный полюс находится на географическом Северном полюсе, а северный, соответственно, на Южном. На самом деле, географический и магнитный полюса Земли не совпадают не только по "направлению". Ось магнитного поля наклонена по отношению к оси вращения Земли на 11,6 градуса. Из-за того что разница не очень существенная, мы можем пользоваться компасом. Его стрелка точно указывает на южный магнитный полюс Земли и почти точно на Северный географический. Если бы компас был изобретен 720 тысяч лет назад, то он бы указывал и на географический и на магнитный северный полюс. Но об этом чуть ниже.

Магнитное поле защищает жителей Земли и искусственные спутники от губительного воздействия космических частиц. К таким частицам относятся, например, ионизированные (заряженные) частицы солнечного ветра. Магнитное поле изменяет траекторию их движения, направляя частицы вдоль линий поля. Необходимость наличия магнитного поля для существования жизни сужает круг потенциально обитаемых планет (если мы исходим из предположения, что гипотетически возможные формы жизни похожи на земных обитателей).

Ученые не исключают, что часть планет земного типа не имеют металлического ядра и, соответственно, лишены магнитного поля. До сих пор считалось, что планеты, состоящие из твердых скальных пород, как и Земля, содержат три основных слоя: твердую кору, вязкую мантию и твердое или расплавленное железное ядро. В недавней работе ученые из Массачусетского технологического института предложили сразу два возможных механизма образования "скалистых" планет без ядра. Если теоретические выкладки исследователей подтвердятся наблюдениями, то формулу для расчета вероятности встретить во Вселенной гуманоидов или хотя бы что-то, напоминающее иллюстрации из учебника биологии, придется переписать.

Земляне тоже могут лишиться своей магнитной защиты. Правда, точно сказать, когда это произойдет, геофизики пока не могут. Дело в том, что магнитные полюса Земли непостоянны. Периодически они меняются местами. Не так давно исследователи установили, что Земля "помнит" о смене полюсов. Анализ таких "воспоминаний" показал, что за последние 160 миллионов лет магнитные север и юг менялись местами около 100 раз. Последний раз это событие произошло около 720 тысяч лет назад.

Смена полюсов сопровождается изменением конфигурации магнитного поля. Во время "переходного периода" на Землю проникает существенно больше космических частиц, опасных для живых организмов. Одна из гипотез, объясняющих исчезновение динозавров, утверждает, что гигантские рептилии вымерли именно во время очередной смены полюсов.

Кроме "следов" плановых мероприятий по смене полюсов исследователи заметили в магнитном поле Земли опасные подвижки. Анализ данных о его состоянии за несколько лет показал, что в последние месяцы в нем начали происходить опасные изменения. Настолько резких "движений" поля ученые не регистрировали уже очень давно. Вызывающая беспокойства исследователей зона находится в южной части Атлантического океана. "Толщина" магнитного поля в этом районе не превышает трети от "нормальной". Исследователи давно обратили внимание на эту "прореху" в магнитном поле Земли. Собранные за 150 лет данные показывают, что за этот период поле здесь ослабло на десять процентов.

На данный момент трудно сказать, чем это грозит человечеству. Одним из последствий ослабления напряженности поля может стать увеличение (пусть и незначительное) содержания кислорода в земной атмосфере. Связь между магнитным полем Земли и этим газом была установлена с помощью системы спутников Cluster – проекта Европейского космического агентства. Ученые выяснили, что магнитное поле ускоряет ионы кислорода и "выбрасывает" их в космическое пространство.

Несмотря на то, что магнитное поле нельзя увидеть, обитатели Земли хорошо его чувствуют. Перелетные птицы, например, отыскивают дорогу, ориентируясь именно на него. Существует несколько гипотез, объясняющих, как именно они ощущают поле. Одна из последних предполагает, что птицы воспринимают магнитное поле визуально. Особые белки – криптохромы – в глазах перелетных птиц способны менять свое положение под воздействием магнитного поля. Авторы теории считают, что криптохромы могут выполнять роль компаса.

Кроме птиц магнитное поле Земли вместо GPS используют морские черепахи. И, как показал анализ спутниковых фотографий, представленных в рамках проекта Google Earth, коровы. Изучив фотографии 8510 коров в 308 районах мира, ученые заключили, что эти животные предпочтительно ориентируют свои тела с севера на юг (или с юга на север). Причем "реперными точками" для коров служат не географические, а именно магнитные полюса Земли. Механизм восприятия коровами магнитного поля и причины именно такой реакции на него остаются неясными.

Кроме перечисленных замечательных свойств магнитное поле способствует появлению полярных сияний. Они возникают в результате резких изменений поля, происходящих в удаленных регионах поля.

Магнитное поле не обошли своим вниманием сторонники одной из "теорий заговора" – теории о лунной мистификации. Как уже упоминалось выше, магнитное поле защищает нас от космических частиц. "Собранные" частицы скапливаются в определенных частях поля – так называемых радиационных поясах Ван Алена. Скептики, не верящие в реальность высадок на Луну, считают, что во время пролета сквозь радиационные пояса астронавты получили бы смертельную дозу радиации.

Магнитное поле Земли - удивительное следствие законов физики, защитный щит, ориентир и создатель полярных сияний. Если бы не оно, жизнь на Земле, возможно, выглядела бы совсем иначе. В общем, если бы магнитного поля не было - его необходимо было бы придумать.

lenta.ru

значение, источники, измерение дозиметром, норма :: BusinessMan.ru

Естественный радиационный фон Земли представляет собой излучение, которое создается радионуклидами, присутствующими в воздухе, воде, земле, организмах живых существ, пищевых продуктах, а также космическое излучение.

Население планеты получает большую часть облучения от естественных источников, при этом избежать большую часть из них не представляется возможным. На протяжении истории земного шара на поверхность попадают различные типы излучения от активных веществ из почвы и космоса. Действуют они на организм следующим образом: вещества находятся снаружи и облучают его извне, это облучение внешнего типа, или же они присутствуют в воде, продуктах, во вдыхаемом воздухе и попадают в тело человека. Такой метод называется внутренним.

Степень облучения

Естественный радиационный фон влияет на каждого жителя планеты, но на одних приходится больший удар, чем на других. В частности, на это оказывает влияние регион проживания. В некоторых местах Земли, там, где находятся более радиоактивные породы, уровень выше средних значений, а в других - ниже. Зависит степень облучения и от образа жизни. Путешествия на самолете, герметизация помещения, использование угольных жаровен открытого типа и газа для приготовления блюд, применение определенных стройматериалов повышает количество облучения.

Радиация из космоса

Влияние лучей составляет равную долю общего излучения, которое приходится на население. Сформированы космические лучи из высокоэнергетических потоков, электронов, фотонов и ядер простых частиц. Но Земля обладает защитными механизмами, оберегающими от воздействия радиации, без них жизнь стала бы невозможной.

Магнитный фон отталкивает космические элементы и создает сильную защиту, но не совершенную. Некоторые энергетические частицы просачиваются через преграду и доходят до атмосферных слоев. Лишь малой части удается пройти все преграды и достигнуть поверхностного слоя. В основном при столкновении с атомами происходит взаимодействие с ядрами, они разбиваются и создаются новые частицы, формирующие естественный радиационный фон.

Как действует космическая радиация

Невозможно уберечься от невидимых потоков. Но их действию поверхность Земли подвергается неодинаково. Полюса получают большее количество радиации по сравнению с областью экватора, так как магнитное поле здесь слабее. Заметно повышается степень облучения с увеличением высоты, так как воздушная прослойка становится меньше. Проходя через атмосферу, лучи способствуют возникновению космогенных радионуклидов.

Для космонавтов представляют серьезную угрозу радиационные земные пояса при продолжительных полетах вблизи планеты, если их орбита пересекается с областью поясов. Продолжительное нахождение в нем приводит к излишнему облучению экипажа, также возможна поломка, располагающихся на борту батарей и приборов оптического назначения. Осуществляется в связи с этим множество исследовательских работ благодаря специальным зондам и спутникам для выявления координат радиоактивных поясов, в соответствии с ними составляются орбиты для уменьшения влияния на экипаж.

Какой естественный радиационный фон подходит для человека

В каждом регионе имеется свой радиационный фон, но для населения считается безопасной величина, примерно равная 0,5 микрозиверта в час. Наиболее подходящий безопасный уровень для человеческого тела находится ниже 0,2 микрозиверта, такую же величину имеет естественный радиационный фон. Норма в плане радиоактивности и ее влияние на человека для различных ситуаций своя. Осуществляется во всех ситуациях разделение между персоналом, то есть гражданами, работа которых имеет отношение к радиоактивности, ядерной промышленности, и обычным населением. Имеются определенные нормы для помещений и сотрудников.

Типы устройств

Существуют специальные средства для определения содержания радионуклидов и уровня радиации:

  • Спектрометрические тракты применяются для определения типа радионуклида и его уровня в окружающей среде, они состоят из персонального компьютера, анализатора и детектора излучения.
  • Дозиметры разного вида созданы для определения плотности нейронного потока, мощности рентгеновского излучения, дозы гамма-излучения.

Дозиметр

Сегодня существует множество дозиметров различного назначения, типа, обладающих обширными возможностями. Для осуществления радиационных измерений идеальной аппаратурой являются геофизические профессиональные радиометры. Также свое применение находят бытовые и полупрофессиональные радиометры, но стоит отметить, что в таком случае качество получаемой информации оказывается ниже. В некоторой степени это можно компенсировать одновременным применением двух устройств с дальнейшим объединением результатов. Также устройства разделяются на пороговые и беспороговые.

Измерение

Перед тем как проводить измерение естественного радиационного фона дозиметром, следует выявить примерный разброс результатов всех применяемых приборов. Это важнейшая характеристика устройства, которая обязательно должна приниматься во внимание при обработке итогов работ. Производить данную операцию необходимо после перенесения местности измерений и по истечении определенного времени.

Осуществляется выявление усредненных данных следующим образом. Дозиметр включается в рабочий режим, и происходит серия измерений (около тридцати) на одном месте на протяжении короткого интервала времени. Затем определяется среднее арифметическое, выводимое из результатов. Вычисленные в итоге цифры, составляющие разницу между данными устройства и усредненными значениями, берутся с положительным знаком и снова выявляется среднее. Итог данного осреднения и является искомым разбросом показаний устройства.

Измерение естественного радиационного фона дозиметром в любом месте производится не меньше 4-6 раз, после выводится арифметическое усредненное значение. При осуществлении работы несколькими устройствами становится заключительным результатом среднее число между информацией, которая получена от каждого из приборов. В случае если замеры делаются из множества точек, желательно записывать собранные данные в форме таблицы.

Земная радиация

Приходится ответственность за естественный радиационный фон от Земли в основном на три элемента с радиоактивностью: актиний, торий и уран. Они отличаются неустойчивостью. Главный источник – это радиоактивные частицы, которые присутствуют в почве, сформировавшиеся после геофизических изменений. Вулканы и гранит являются лидерами по наличию данных элементов.

Изотопы

С течением эволюции радиоизотопы перемещаются, принимая участие в геохимических и метрологических изменениях. Естественный радиационный фон составляет множество объединений устойчивых частиц, взаимодействующих с обменными процессами организма. Более существенные элементы, которые оказывают влияние на жизнедеятельность материи, - изотопы трития и калия, в биологической сфере присутствует гораздо больше частиц, определяющих радиоактивность организма.

Планетная радиация имеет разнообразные уровни, в зависимости от наличия нуклидов в конкретном месте коры. Мощность облучения в местах проживая большей части населения составляет чаще всего 0,3-0,4 микрозиверта.

Источники естественного радиационного фона в малом скоплении присутствуют в почве. Оказывает воздействие и строение ее: концентрация снижена в известковых и песчаных типах почв, а увеличена в глиняной почве и гранитных породах.

Радон

На человека приходится половина индивидуальной ежегодной эквивалентной действенной дозы от сложного газа радона, незаметного глазу, не имеющего запаха и привкуса. В основном облучение от данного газа велико в душном помещении с закрытыми окнами, так как там он имеет увеличенную концентрацию.

Радон просачивается из земной коры через напольное покрытие, отверстия в фундаменте и чаще всего собирается на нижних этажах, формируя повышенный естественный радиационный фон. Значение имеют и конструктивные материалы, без которых не обойтись в строительстве, которые могут также излучать радоновую радиацию. Причисляются к ним в большей степени такие материалы, как гипс с содержанием фосфора, глинозем, а также пемза.

Употребляемая в пищевых и бытовых нуждах вода имеет в основном мало газа, но водяные глубоколежащие пласты могут обладать повышенным его содержанием. Формируется большее сосредоточение в ванных комнатах, где газ проникает с окружающим кислородом в тело, выделяясь из горячей воды.

Увеличение радиации

Естественный радиационный фон частично изменяется человечеством в ходе совершенствования технологических процессов, производства различных материалов, и, соответственно, увеличивается излучение. В качестве примера стоит выделить использование газа и угля, материалов с увеличенным количеством нуклидов, полеты на воздушных суднах. Степени излучения, отмечаемые при этом, именуются возросшим технологическим фоном радиоактивного воздействия. Люди во всем мире все чаще используют для бытовых потребностей множество устройств, товаров и предметов, которые содержат радионуклидные частицы. Относятся к подобным товарам оптические специализированные приборы, святящиеся часы, устройства, используемые при досмотре на таможенной границе и в аэропортах.

businessman.ru

Магнитное поле Земли

Солнечная система > Система Земля-Луна > Планета Земля > Магнитное поле Земли

Хотя наблюдать это визуально нельзя, но невидимое магнитное поле Земли существует. Точнее сказать гигантское магнитное поле, защищающее планету и жизнь на ней от космической радиации. Давайте рассмотрим магнитное поле Земли поближе.

Графическое изображение магнитного поля Земли

Земля - это огромный магнит. Северный полюс магнита располагается в верхней части планеты, недалеко от географического полюса, а Южный вблизи с географическим Южным полюсом. Силовые магнитные линии, выходящие из этих точек на многие тысячи километров в космос, являются земной магнитосферой.

Географические полюса и магнитные находятся достаточно далеко друг от друга. Если четко провести черту между магнитными полюсами, то получится магнитная ось, которая наклонена на 11.3 градусов к оси вращения. Эта величина меняется, так как магнитные полюса передвигаются по поверхности, передвигаясь ежегодно на целых 15 км.

На данном изображение показано, как солнечный ветер огибает нашу планету благодаря магнитному полю Земли

Магнитное поле создается электрическими токами, образующимися во внешнем жидком ядре глубоко внутри Земли. Хотя это жидкий металл, он перемещается. Этот процесс называется конвекцией. Движение металла порождает токи и, как следствие, магнитные поля.

Поле нашей планеты надежно защищает её от космической радиации. Самым большим её источником является солнечный ветер - сильно заряженные частицы, выстрелянные Солнцем. Земная магнитосфера отклоняет потоки солнечного ветра, перенаправляя их вокруг планеты, так что радиация не оказывает на нас никакого влияния.

Без магнитного поля, солнечный ветер лишил бы планету атмосферы. Существует гипотеза, что именно это произошло на Марсе. Помимо солнечного ветра, наше светило периодически высвобождает огромное количество энергии и вещества в виде корональных выбросов, сопровождающихся усиленным потоком радиоактивных частиц. Поле и в таких случаях защищает планету, отклоняя эти потоки от планеты.

Поле меняет свои полюса примерно раз в 250 000 лет. Южный магнитный полюс перемещается на место северного, и наоборот. Ученые не имеют четкой теории о том, почему это происходят. Существует версия, что подобный переворот уже должен произойти в ближайшее время.

Строение Земли

Поверхность Земли

Положение и движение Земли

o-kosmose.net

Земля электромагнитное поле

Земля защищена от воздействия корпускулярной радиации своим электромагнитным полем. Если у планеты нет электромагнитного поля, то существование атмосферы и жизни там невозможно. Магнитное поле защищает биосферу Земли от потоков заряженных частиц, т.е. корпускулярной радиации. Если бы радиация достигла поверхности Земли, то она разложила бы все атомы и молекулы атмосферы на ионы и электроны, т.е. уничтожила бы ее. Магнитное поле Земли довольно стабильно и неизменно, что обеспечивает существование биосферы.[ ...]

ПОЛЕ ЗЕМЛИ РАДИОВОЛНОВОЕ — высокочастотное электромагнитное поле, создаваемое радиостанциями и радиоизлучением планет и звезд. Это поле взаимодействует с электромагнитными полями, создаваемыми живыми существами. Роль такого взаимодействия пока недостаточно ясна.[ ...]

Электромагнитный фон в окружающей нас природной среде, в основном, определяется под воздействием солнечного ветра, который представляет собой поток электромагнитной энергии и поток заряженных частиц, взаимодействующих с магнитным полем Земли.[ ...]

Электромагнитные воздействия. Вся биота экосферы существует под воздействием магнитного поля Земли. За миллионы лет эволюции биологические системы приспособились к географическим особенностям, уровню и колебаниям магнитного поля и природных электромагнитных воздействий.[ ...]

Электромагнитное поле Земли естественного происхождения проявляется в виде разнопериодных вариаций, частотный спектр которых составляет полосу от 10“4 до 102 Гц. Интенсивность вариаций зависит от солнечной активности, географического положения и геологического строения места наблюдения. Особенности геологического строения в большей степени отражаются на характере распределения электрической компоненты, какболее чувствительной к гетерогенности строения литосферы, но проявляются также и в поведении магнитной составляющей. Максимумы интенсивности вариаций естественного электромагнитного поля приходятся на годы солнечной активности.[ ...]

Электромагнитные воздействия. Вся биота экосферы существует под воздействием магнитного поля Земли. За миллионы лет эволюции организмы приспособились к географическим особенностям, уровню и колебаниям магнитного поля и природных электромагнитных воздействий. Известно, что на человека непрерывно действуют естественное электрическое поле напряженностью 120—150 В/м и магнитное поле Земли напряженностью 24—40 А/м. Размах этих значений связан с электромагнитными явлениями в атмосфере и ионосфере Земли и зависит от солнечной ативности. Предполагают, что на изменения геомагнитной активности в первую очередь реагируют центральная нервная и сердечно-сосудистая системы. Есть данные, что во время магнитных бурь увеличивается смертность от сердечно-сосудистых заболеваний, возрастает число дорожно-транспортных происшествий и других аварий.[ ...]

ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ (ВОЛНОВОЕ) ИЗЛУЧЕНИЕ сбЛНЦА — включает весь диапазон диин волн — от низкочастотных радиоволн до гам-ма-нзлучения. Коротковолновое (ультрафиолетовое и рентгеновское) излучение, с даннами волн от нескольких ангстрем (А) до 1000 А, почти полностью поглощается в верхних слоях земной атмосферы, приводит к их ионизации, т.е. к появлению ионосферы. Основные параметры ионосферы — концентрация электронов, распределение концентрации с высотой — существенно зависят от солнечной активности. Ионосфера яаляетсл естественным экраном, препятствующим проникновению к Земле радиоволн космического происхождения ка частотах от нескольких герц до нескольких мегагерц. При изменении уровня солнечной активности иктенскБкость излучения в вышеназванном диапазоне сильно меняется (близ 10 А — 1000 раз). Текущие в ионосфере электрические токи, изменяющиеся при вариациях коротковолнового излучения Солнца, оказывают алияние на фоновые электромагнитные поля на поверхности Земли в области сверхнизких частот.[ ...]

ПОЛЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ — слабое физическое поле, возникающее на Земле в целом и регионально на ее поверхности, а также создаваемое живыми организмами (их клетками, тканями и т. д.). Взаимодействие электромагнитных полей интенсивно изучается. Роль их в жизни природы велика, но недостаточно изучена.[ ...]

Электромагнитные поля окружают нас постоянно. Однако человек различает только видимый свет, который занимает лишь узкую полоску спектра ЭМВ — электромагнитных волн (рис. 10.1). Глаз человека не различает ЭМП, длина волны которых больше или меньше длины световой волны, поэтому мы не видим излучений промышленного оборудования, радаров, радиоантенн, линий электропередач и др. Все эти устройства, как и многие другие, использующие электрическую энергию, излучают так называемые антропогенные ЭМП, которые вместе с естественными полями Земли и Космоса создают сложную и изменчивую электромагнитную обстановку.[ ...]

Электромагнитное поле Земли — электромагнитная оболочка выявляется в виде физического вакуума. Она перекрывается электромагнитным полем Солнца и простирается примерно от 300 до 1000 км выше уровня геоида [1]. Самым характерным признаком его является, что здесь в этой пустоте сказывается тяготение нашей планеты. Это для нас становится фактом из того, что такую высоту над уровнем геоида имеют самые высокие лучи полярных сияний, теснейшим образом связанных с мельчайшими материальными частицами, электрически заряженными, подчиненными тяготению нашей планеты (§ 7). [...] 61.[ ...]

Земля представляет собой как бы огромный магнит, воображаемая ось которого лежит близко к оси вращения планеты. Магнитосфера — это зона проявления магнитных свойств космического тела. Геомагнитное поле относится к естественным электромагнитным полям и, как и гравитационное поле, является всепроникающим и всеохватывающим физическим фактором, миллиарды лет влиявшем на эволюцию организмов биосферы и на процессы, происходящие на Земле и в окружающем ее пространстве в наши дни.[ ...]

Электромагнитное поле Земли служит для биосферы своеобразным щитом и является важным экологическим фактором. Опыты над животными показали, что заметное уменьшение геомагнитного поля так же, как и экранировка от электрических полей, вызывают изменения процессов жизнедеятельности. Если естественное поле Земли необходимо для живого мира, то сильные электромагнитные излучения от искусственных источников способны оказать губительное воздействие на человека, растения, животных и привести к значительным функциональным нарушениям. Всемирная организация здравоохранения включила электромагнитное загрязнение среды обитания в число наиболее важных экологических проблем.[ ...]

Вещество электромагнитного поля, мельчайшие материальные частицы, вероятно, сложным путем следуют суточному вращению планеты с большим, вероятно, запозданием. Сложность процессов, которые здесь идут, еще увеличивается тем, что здесь должно проявляться ферромагнитное поле нашей планеты, независимое от поля ее тяготения. Этот вопрос может быть решен изучением металлических метеоритов и металлической космической пыли. Вопрос этот будет, может быть, решен точным наблюдением. Если будут проявляться влияния ферромагнитного поля Земли на железо-никелевые метеориты и такую же космическую пыль, то в распределении их при падении на поверхность Земли должны проявляться магнитные полюса Земли и на этих местах должно быть увеличенное количество этих ферромагнитных космических тел.[ ...]

Вращение Земли вокруг Солнца (с периодом около одного года), вращение Земли вокруг своей оси (с периодом около 24 часов), вращение Луны вокруг Земли (с периодом около 28 дней) приводят к колебаниям освещенности, температуры, влажности, напряженности электромагнитного поля, которые служат указателями времени для «биологических часов» живых организмов. Существуют околосуточные, околомесячные, лунные ритмы, а также ритмы с более длительными сроками колебаний. Периодичность названных ритмов непостоянна. К ним приспособлены все организмы, обитающие в биосфере. Биологические ритмы постоянно приспосабливаются к новым условиям и не остаются неизменными со дня рождения.[ ...]

Магнитное поле (от 100 кГц до 300 ГГц) образуется при движении постоянного или переменного электрического тока. К естественным электромагнитным полям (ЭМП) относятся природные геомагнитные поля — ЭМП Земли (оно представляет собой постоянный магнит, а электрический ток, протекающий в верхнем слое земной коры, формирует магнитное поле) и переменные ЭМП, возникающие в атмосфере в результате солнечной активности и гроз. ЭМП Земли воздействует на все живое; в периоды вспышек на Солнце и магнитных бурь зарегистрировано повышенное количество сердечно-сосудистых заболеваний, ухудшение самочувствия гипертоников. ЭМП, образуемые антропогенными источниками, обычно имеют более высокую интенсивность. Источники ЭМП разнообразны: например, микроволновая печь, пылесос, холодильник, фен, электробритва. ЭМП создаются линиями электропередачи, транспортными средствами на магнитной подвеске. Кроме того, человек подвергается воздействию ЭМП при некоторых медицинских процедурах, ряде производственных процессов, в которых применяется сильный электрический ток, в исследовательских установках.[ ...]

К естественным электромагнитным полям (ЭМП) относится магнитное поле (ГМП) Земли. Существует множество гипотез происхождения ГМП, в том числе гипотеза о существовании фундаментального закона природы, согласно которому всякое вращающееся тело обладает магнитным моментом. Современные данные о вековых вариациях и многократных изменениях полярности геомагнитного поля удовлетворительно объясняются гипотезой о гидромагнитном динамо. Согласно этой гипотезе в электропроводящем жидком ядре Земли могут происходить достаточно сложные и интенсивные движения, приводящие к самовозбуждению магнитного поля, аналогично генерации тока и магнитного поля в динамомашине с самовозбуждением.[ ...]

Помимо главного поля вклад в полное поле, наблюдающееся на поверхности Земли, дают еще аномальное поле и внешнее электромагнитное поле. Однако сферический анализ не отражает этих полей, так как они очень малы по сравнению с главным. Таким образом, уравнения (4.21) до настоящего времени могут быть использованы только для анализа главного геомагнитного поля и его вековых вариаций.[ ...]

Для нас важно, что электромагнитное поле Земли — ионосфера (см. § 96) охвачено, по-видимому, теми же молекулами и атомами и, помимо прочего, электромагнитным полем Солнца. По-видимому, галактическое пространство Млечного пути и пространство Солнечной системы захвачены рассеянным газом. Пустоты нет. По работам Института Карнеги в Вашингтоне половина Млечного пути захвачена такой газовой пылью.[ ...]

Жизнь тесно связана с электромагнитными явлениями и без них невозможна. Считается, что без магнитного поля жизнь на Земле вообще не развивалась бы, так же как без солнечной энергии, воды или некоторых химических элементов. Возникающие время от времени геомагнитные возмущения влияют на физико-химические процессы и через них — на направленность биохимических реакций. Во многих случаях магнитное поле определяет и поведение живых существ. Установлено, что дикие животные избегают линий электропередач высокого напряжения, а олени и серны отказываются есть корм из кормушек, расположенных под ними даже в самые суровые периоды бескормицы. Для человека неблагоприятно резкое изменение характера воздействия магнитного поля, в частности, связанное с быстрым перемещением из одной точки планеты в другую, и особенно если это перемещение происходит с запада на восток.[ ...]

Воздействие электрических полей налитосферное пространство изучено далеко не исчерпывающе. Это объясняется тем обстоятельством, что горные породы литосферы в большинстве случаев рассматриваются, как упоминалось выше, как среда — носитель по отношению к электромагнитным и электрическим полям любого происхождения. Основанием для такого подхода служит отсутствие сведений о каких-либо заметных изменениях в литосфере, напрямую или опосредованным образом связанных с воздействием электромагнитных полей. Возможно, например, говорить об изменениях, происходящих в породах в связи с ударами молний, поскольку ток при разряде молнии достигает десятков или даже сотен тысяч ампер и локализуется на очень небольшом пространстве, исчисляемом квадратными сантиметрами. За счет выделения большого количества тепловой энергии (до 107-+109 Дж) происходит спекание горных пород в месте удара молнии в поверхность Земли, что представляет собой, однако, довольно редкое явление, т.к. молнии, как правило, «выбирают» в качестве мишеней высокие деревья, заводские трубы, антенны и т.д.[ ...]

В наибольшей степени подвержен влиянию электромагнитных полей ремонтный персонал. Это вызвано тем, что ремонтные работы могут производиться в самых различных условиях: под проводами ВЛ, а также и с подъемом на высоту. Ремонтные работы могут выполняться на отключенной линии при наличии идущих рядом линий, находящихся под напряжением; на опорах линий как отключенных, так и находящихся под напряжением; на линиях, находящихся под напряжением (этот вид работ называется «ремонт под напряжением ). В нем участвует бригада, состоящая из шести-семи человек. Члены бригады находятся как на земле у опоры, так и на самой опоре и непосредственно на проводах или, как говорят, «на потенциале провода» (рис. 7.1).[ ...]

Основные источники этого воздействия — электромагнитные поля от линий электропередач (ЛЭП), от радиотелевизионных (РТС) и радиолокационных станций (РЛС). На территории СНГ общая протяженность только ЛЭП — 500 кВ превышает 20 ООО км (помимо ЛЭП-150, ЛЭП-300 и ЛЭП-750). Все эти ЛЭП создают электромагнитные поля промышленных частот (50 Гц) в сотни раз выше уровня естественных полей. Напряженность поля (Е) под ЛЭП может достигать десятков киловольт на метр в месте максимального провисания проводов, в точке проекции крайних проводов на землю и в 5 м от нее кнаружи от продольной оси трассы. Неблагоприятное воздействие электромагнитного поля от ЛЭП проявляется уже при его напряженности 1000 В/м. У человека нарушаются обменные процессы, функции головного и спинного мозга и др.[ ...]

Основные источники этого воздействия — электромагнитные поля от линий электропередач (ЛЭП), от радиотелевизионных (РТС) и радиолокационных станций (РЛС). На территории СНГ общая протяженность только ЛЭП — 500 кВ превышает 20 ООО км (помимо ЛЭП-150, ЛЭП-300 и ЛЭП-750). Все эти ЛЭП создают электромагнитные поля промышленных частот (50 Гц) в сотни раз выше уровня естественных полей. Напряженность поля (Е) под ЛЭП может достигать десятков киловольт на метр в месте максимального провисания проводов, в точке проекции крайних проводов на землю и в 5 м от нее кнаружи от продольной оси трассы. Неблагоприятное воздействие электромагнитного поля от ЛЭП проявляется уже при его напряженности 1000 В/м. У человека нарушаются обменные процессы, функции головного и спинного мозга и др.[ ...]

Чрезвычайно важно исследовать механизмы «общения» Земли с космической средой, причем не только с потоками электромагнитных полей элементарных частиц (нейтрино и др.), но и с физико-химическими телами и образованиями. Речь идет о захвате гравитационным полем Земли метеоритных и пылевых масс космического происхождения. Требует специального изучения и «захват» органического космического вещества различной природы. Все перечисленные космические элементы при попадании в атмосферу, на поверхность Земли выступают не только как материально-энергетические потоки, но и как потоки - носители определенной информации.[ ...]

Солиечно-земные связи и биосфера. Взаимодействие физических полей с биосферой в настоящее время рассматривают, как уже указывалось, под углом зрения солнечно-земных связей. Начальным звеном этой причинно-следственной зависимости являются процессы, протекающие на Солнце. Электромагнитные и корпускулярные излучения Солнца и Космоса активно взаимодействуют с магнитосферой, которая хотя и является определенной защитой околоземного пространства от этих потоков, но с другой стороны, магнитосферные процессы и ее флуктуации влияют вместе с Солнцем на состояние атмосферы, литосферу и гидросферу Земли, на живые организмы. За столетний период выявлены циклические колебания в жизни растительного, животного мира и людей, совпадающие с периодами циклических колебаний активности Солнца и возмущенности магнитосферы Земли [24]. Исследование этих зависимостей имеет большое практическое значение для прогнозирования наводнений, засух, неблагоприятного периода для здоровья людей и т. п. Четкая зависимость от периодичности солнечной активности прослеживается в чередовании толщины годичных колец деревьев.[ ...]

Вследствие разности потенциалов между корпусом электроустановки 1 и землей возникает ток /р, который, проходя через реле 5, замыкает его контакты, подавая питание на отключающую катушку 3. Под влиянием возникшего электромагнитного поля внутрь нее втягивается сердечник 4, вызывая отключение автоматического выключателя 2, и установка обесточивается.[ ...]

Зона ограниченной застройки определяется как территория, где на высоте 2 м от поверхности земли ПДУ превышены. Внешнюю границу этой зоны находят на максимальной высоте зданий перспективной застройки, на уровне верхнего этажа которых ПДУ электромагнитного поля не превышены.[ ...]

Под лазерным понимают монохроматический, т.е. одной определенной частоты, когерентный (согласованный во времени) и уэконаправ-ленный поток электромагнитных волн оптического диапазона, излучаемый квантовым генератором. От других источников света его отличает ряд существенных особенностей. Так, узконаправленный лазерный пучок имеет весьма малый угол раскрытия (около 10 рад). При испускании с Земли на Луну он дает пятно диаметром всего 3 км. Кроме того, лазеры — наиболее мощные источники энергии в оптическом диапазоне. За кратчайший период (до 10" с) мощность их излучения достигает 5-10 Вт/см2. У Солнца она равна только 7107 Вт/см2, причем суммарно по всему оптическому спектру. В узком же интервале, соответствующем излучению светового диапазона, мощность излучения Солнца составляет лишь 0,2 Вт/см2. И наконец, напряженность электрического поля в лазерной волне достигает 10 -1012 В/см, что превышает ее внутриатомные значения. В общем случае лазерное излучение может быть создано в диапазоне волн от 0,2 до 1000 мкм, т.е. охватывает ультрафиолетовую, видимую и инфракрасную области.[ ...]

Но Солнце дает нашей планете не только тепловую и световую энергию, ее перестраивающую. Мы знаем теперь, что верхняя оболочка (§ 95) нашей планеты, электромагнитное поле Земли захватывается материально и реально электромагнитным полем Солнца.[ ...]

В целом на совокупность частиц в пределах активного пространства действуют электрическая гас!Е - в направлении распространения волны) и магнитная (Ввихр) компоненты электромагнитной волны, а также магнитная и электрическая компоненты джозефсоновской генерации среды. Поляризация частиц осуществляется в направлении распространения электромагнитной волны перпендикулярно плоскости поверхности Земли (рис. 6.9). Ориентация полюсов наведенного частицами магнитного поля происходит в направлении проекции наведенного поля на магнитное поле Земли: в северном полушарии - с северным полюсом магнита в верхней (по высоте) части поляризованной системы, в южном полушарии - с южным полюсом в верхней части системы.[ ...]

В городах и населенных пунктах в последние годы резко увеличилась сеть сверхвысоковольтных линий электропередачи (500—750—1150 кВ), которые являются мощными источниками электромагнитного поля, так называемой пр омышленной частоты (50 Гц). Их воздействие неблагоприятно отражается на развитии сельскохозяйственных культур, возделываемых на территориях, непосредственно прилегающих к этим зонам. Создаваемый вблизи поверхности земли в самой верхней части грунтовой толщи электромагнитный фон может достигать на отдельных ограниченных участках величины десятков вольт на один метр расстояния. При напряженности поля в земле почвогрунты уплотняются, в них изменяются и замедляются биохимические процессы, деформируются клетки в почвенных микроорганизмах и т. п. [7].[ ...]

Магнитный векторный потенциал д оказывает на водный ассоциат потенцирующее действие, увеличивая состояние намагниченности.[ ...]

Первым, самым количественно незначительным, эколого-энергетиче-ским лимитом является исчезающе малое энергетическое воздействие, выступающее как импульс последствий, превышающих начальный толчок в 10—108 раз. Такого рода связи были предположены космофизиком Р. Хеллуэлом и исследованы Чун Гун Паком и Фрезером-Смитом для зависимости напряженности магнитного поля Земли от передачи электроэнергии на большие расстояния1. Падение его напряженности особенно четко наблюдается в последние 80 лет — со времени появления первых ЛЭП. При сокращении передачи электроэнергии по выходным дням регистрируется некоторая стабилизация в напряженности магнитного поля. Недельной периодичности естественного происхождения быть не может: неделя придумана людьми для удобства исчисления времени. Из совпадения периода появления первых крупных ЛЭП с началом заметного падения напряженности магнитного поля Земли и из недельных его колебаний и следует гипотетический вывод, сделанный американскими учеными. Значение слабых энергетических воздействий, так называемых триггерных эффектов, для природы осознается все в большей степени, поэтому теоретическая ценность лимита исчезающе малых величин, вызывающих миллионнократно более мощные последствия, несомненна. Следует лишь учесть, что энергия электромагнитного поля мала только по сравнению с другими энергетическими источниками. Само же антропогенное изменение электромагнитной составляющей достигает тысяч и миллионов раз.[ ...]

Солнечно-земные связи. Так принято называть ответные реакции географической оболочки на изменения солнечной активности. В настоящее время солнечную активность связывают с регулярным образованием в атмосфере Солнца пятен, факелов, вспышек, протуберанцев. В середине XIX в. швейцарский астроном Р. Вольф вычислил количественный показатель солнечной активности, известный во всем мире как число Вольфа. Этот индекс используют в тех случаях, когда стремятся установить число групп солнечных пятен и строение каждой из них. Обработав накопленные к середине прошлого века материалы наблюдений за солнечными пятнами, Вольф смог установить средний 11-летний цикл солнечной активности. Фактически же интервалы времени между годами максимальных или минимальных чисел Вольфа колеблются от 7 до 17 лет. Одновременно с 11-летним циклом протекает вековой, точнее 80—90-летний, цикл солнечной активности. Несогласованно накла-дываясь друг на друга, они вносят заметные изменения в процессы, совершающиеся в географической оболочке. Энергетической базой солнечно-земных связей выступает энергия электромагнитного и корпускулярного излучения. На пути к поверхности Земли солнечное излучение преодолевает несколько преград: межпланетную среду, нейтральную атмосферу, ионосферу и геомагнитное поле (рис. 6).[ ...]

ru-ecology.info

Земля как магнит: Геомагнитное поле

Алексей Левин«Популярная механика» №9, 2010

В 1905 году Эйнштейн назвал одной из пяти главных загадок тогдашней физики причину земного магнетизма.

В том же 1905 году французский геофизик Бернар Брюнес провел в южном департаменте Канталь замеры магнетизма лавовых отложений эпохи плейстоцена. Вектор намагниченности этих пород составлял почти 180 градусов с вектором планетарного магнитного поля (его соотечественник П. Давид получил аналогичные результаты даже годом раньше). Брюнес пришел к заключению, что три четверти миллиона лет назад во время излияния лавы направление геомагнитных силовых линий было противоположным современному. Так был обнаружен эффект инверсии (обращения полярности) магнитного поля Земли. Во второй половине 1920-х годов выводы Брюнеса подтвердили П. Л. Меркантон и Монотори Матуяма, но эти идеи получили признание лишь к середине столетия.

Сейчас мы знаем, что геомагнитное поле существует не менее 3,5 млрд лет и за это время магнитные полюса тысячи раз обменивались местами (Брюнес и Матуяма исследовали последнюю по времени инверсию, которая сейчас носит их имена). Иногда геомагнитное поле сохраняет ориентацию в течение десятков миллионов лет, а иногда — не более пятисот веков. Сам процесс инверсии обычно занимает несколько тысячелетий, и по его завершении напряженность поля, как правило, не возвращается к прежней величине, а изменяется на несколько процентов.

Механизм геомагнитной инверсии не вполне ясен и поныне, а уж сто лет назад он вообще не допускал разумного объяснения. Поэтому открытия Брюнеса и Давида только подкрепили эйнштейновскую оценку — действительно, земной магнетизм был крайне загадочен и непонятен. А ведь к тому времени его исследовали свыше трехсот лет, а в XIX веке им занимались такие звезды европейской науки, как великий путешественник Александр фон Гумбольдт, гениальный математик Карл Фридрих Гаусс и блестящий физик-экспериментатор Вильгельм Вебер. Так что Эйнштейн воистину глядел в корень.

Как вы думаете, сколько у нашей планеты магнитных полюсов? Почти все скажут, что два — в Арктике и Антарктике. На самом деле ответ зависит от определения понятия полюса. Географическими полюсами считают точки пересечения земной оси с поверхностью планеты. Поскольку Земля вращается как твердое тело, таких точек всего две и ничего другого придумать нельзя. А вот с магнитными полюсами дело обстоит много сложнее. Например, полюсом можно счесть небольшую область (в идеале опять-таки точку), где магнитные силовые линии перпендикулярны земной поверхности. Однако любой магнитометр регистрирует не только планетарное магнитное поле, но и поля местных пород, электрических токов ионосферы, частиц солнечного ветра и прочих дополнительных источников магнетизма (причем их средняя доля не так уж мала, порядка нескольких процентов). Чем точнее прибор, тем лучше он это делает — и потому все больше затрудняет выделение истинного геомагнитного поля (его называют главным), источник которого находится в земных глубинах. Поэтому координаты полюса, определенные с помощью прямого измерения, не отличаются стабильностью даже в течение короткого отрезка времени.

Можно действовать иначе и установить положение полюса на основании тех или иных моделей земного магнетизма. В первом приближении нашу планету можно считать геоцентрическим магнитным диполем, ось которого проходит через ее центр. В настоящее время угол между нею и земной осью составляет 10 градусов (несколько десятилетий назад он был больше 11 градусов). При более точном моделировании выясняется, что дипольная ось смещена относительно центра Земли в направлении северо-западной части Тихого океана примерно на 540 км (это эксцентрический диполь). Есть и другие определения.

Но это еще не все. Земное магнитное поле реально не обладает дипольной симметрией и потому имеет множественные полюса, причем в огромном количестве. Если считать Землю магнитным четырехполюсником, квадруполем, придется ввести еще два полюса — в Малайзии и в южной части Атлантического океана. Октупольная модель задает восьмерку полюсов и т. д. Современные наиболее продвинутые модели земного магнетизма оперируют аж 168 полюсами. Стоит отметить, что в ходе инверсии временно исчезает лишь дипольная компонента геомагнитного поля, а прочие изменяются много слабее.

Магнитный полюс, как его ни определяй, не стоит на месте. Северный полюс геоцентрического диполя в 2000 году имел координаты 79,5 N и 71,6 W, а в 2010-м — 80,0 N и 72,0 W. Истинный Северный полюс (тот, который выявляют физические замеры) с 2000 года сместился с 81,0 N и 109,7 W к 85,2 N и 127,1 W. В течение почти всего ХХ века он делал не более 10 км в год, но после 1980 года вдруг начал двигаться гораздо быстрее. В начале 1990-х годов его скорость превысила 15 км в год и продолжает расти.

Как рассказал «Популярной механике» бывший руководитель геомагнитной лаборатории канадской Службы геологических исследований Лоуренс Ньюитт, сейчас истинный полюс мигрирует на северо-запад, перемещаясь ежегодно на 50 км. Если вектор его движения не изменится в течение нескольких десятилетий, то к середине XXI столетия он окажется в Сибири. Согласно реконструкции, выполненной несколько лет назад тем же Ньюиттом, в XVII и XVIII веках северный магнитный полюс преимущественно смещался на юго-восток и лишь примерно в 1860 году повернул на северо-запад. Истинный южный магнитный полюс последние 300 лет движется в эту же сторону, причем его среднегодичное смещение не превышает 10–15 км.

Откуда вообще у Земли магнитное поле? Одно из возможных объяснений просто бросается в глаза. Земля обладает внутренним твердым железо-никелевым ядром, радиус которого составляет 1220 км. Поскольку эти металлы ферромагнитны, почему бы не предположить, что внутреннее ядро имеет статическую намагниченность, которая и обеспечивает существование геомагнитного поля? Мультиполярность земного магнетизма можно списать на несимметричность распределения магнитных доменов внутри ядра. Миграцию полюсов и инверсии геомагнитного поля объяснить сложнее, но, наверное, попытаться можно.

Однако из этого ничего не получается. Все ферромагнетики остаются таковыми (то есть сохраняют самопроизвольную намагниченность) лишь ниже определенной температуры — точки Кюри. Для железа она равна 768°C (у никеля много ниже), а температура внутреннего ядра Земли значительно превышает 5000 градусов. Поэтому с гипотезой статического геомагнетизма приходится расстаться. Однако не исключено, что в космосе имеются остывшие планеты с ферромагнитными ядрами.

Рассмотрим другую возможность. Наша планета также обладает жидким внешним ядром толщиной приблизительно в 2300 км. Оно состоит из расплава железа и никеля с примесью более легких элементов (серы, углерода, кислорода и, возможно, радиоактивного калия — в точности не знает никто). Температура нижней части внешнего ядра почти совпадает с температурой внутреннего ядра, а в верхней зоне на границе с мантией понижается до 4400°C. Поэтому вполне естественно предположить, что благодаря вращению Земли там формируются круговые течения, которые могут оказаться причиной возникновения земного магнетизма.

Именно такую схему ученые-геофизики обсуждали лет 80 назад. Они считали, что потоки проводящей жидкости внешнего ядра за счет своей кинетической энергии порождают электрические токи, охватывающие земную ось. Эти токи генерируют магнитное поле преимущественно дипольного типа, силовые линии которого на поверхности Земли вытянуты вдоль меридианов (такое поле называется полоидальным). Этот механизм вызывает ассоциацию с работой динамо-машины, отсюда и произошло его название.

Описанная схема красива и наглядна, но, к сожалению, ошибочна. Она основана на предположении, что движение вещества внешнего ядра симметрично относительно земной оси. Однако в 1933 году английский математик Томас Каулинг доказал теорему, согласно которой никакие осесимметричные потоки не способны обеспечить существование долговременного геомагнитного поля. Даже если оно и появится, то век его окажется недолог, вдесятки тысяч раз меньше возраста нашей планеты. Нужна модель посложнее.

«Мы не знаем точно, когда возник земной магнетизм, однако это могло произойти вскоре после формирования мантии и внешнего ядра, — говорит один из крупнейших специалистов по планетарному магнетизму, профессор Калифорнийского технологического института Дэвид Стивенсон. — Для включения геодинамо требуется внешнее затравочное поле, причем не обязательно мощное. Эту роль, к примеру, могло взять на себя магнитное поле Солнца или поля токов, порожденных в ядре за счет термоэлектрического эффекта. В конечном счете это не слишком важно, источников магнетизма хватало. При наличии такого поля и кругового движения потоков проводящей жидкости запуск внутрипланетной динамомашины становился просто неизбежным».

Вот общепринятое объяснение такого запуска. Пусть для простоты затравочное поле почти параллельно оси вращения Земли (на самом деле достаточно, если оно имеет ненулевую компоненту в этом направлении, что практически неизбежно). Скорость вращения вещества внешнего ядра убывает по мере уменьшения глубины, причем из-за его высокой электропроводности силовые линии магнитного поля движутся вместе с ним — как говорят физики, поле «вморожено» в среду. Поэтому силовые линии затравочного поля будут изгибаться, уходя вперед на больших глубинах и отставая на меньших. В конце концов они вытянутся и деформируются настолько, что дадут начало тороидальному полю, круговым магнитным петлям, охватывающим земную ось и направленным в противоположные стороны в северном и южном полушариях. Этот механизм называется w-эффектом.

По словам профессора Стивенсона, очень важно понимать, что тороидальное поле внешнего ядра возникло благодаря полоидальному затравочному полю и, в свою очередь, породило новое полоидальное поле, наблюдаемое у земной поверхности: «Оба типа полей планетарного геодинамо взаимосвязаны и не могут существовать друг без друга».

15 лет назад Гэри Глатцмайер вместе с Полом Робертсом опубликовал очень красивую компьютерную модель геомагнитного поля: «В принципе для объяснения геомагнетизма давно имелся адекватный математический аппарат — уравнения магнитной гидродинамики плюс уравнения, описывающие силу тяготения и тепловые потоки внутри земного ядра. Модели, основанные на этих уравнениях, в первозданном виде очень сложны, однако их можно упростить и адаптировать для компьютерных вычислений. Именно это и проделали мы с Робертсом. Прогон на суперкомпьютере позволил построить самосогласованное описание долговременной эволюции скорости, температуры и давления потоков вещества внешнего ядра и связанной с ними эволюции магнитных полей. Мы также выяснили, что если проигрывать симуляцию на временных промежутках порядка десятков и сотен тысяч лет, то с неизбежностью возникают инверсии геомагнитного поля. Так что в этом отношении наша модель неплохо передает магнитную историю планеты. Однако есть затруднение, которое пока еще не удалось устранить. Параметры вещества внешнего ядра, которые закладывают в подобные модели, все еще слишком далеки от реальных условий. Например, нам пришлось принять, что его вязкость очень велика, иначе не хватит ресурсов самых мощных суперкомпьютеров. На самом деле это не так, есть все основания полагать, что она почти совпадает с вязкостью воды. Наши нынешние модели бессильны учесть и турбулентность, которая несомненно имеет место. Но компьютеры с каждым годом набирают силу, и лет через десять появятся гораздо более реалистичные симуляции».

«Работа геодинамо неизбежно связана с хаотическими изменениями потоков железо-никелевого расплава, которые оборачиваются флуктуациями магнитных полей,– добавляет профессор Стивенсон. — Инверсии земного магнетизма — это просто сильнейшие из возможных флуктуаций. Поскольку они стохастичны по своей природе, вряд ли их можно предсказывать заранее — во всяком случае мы этого не умеем».

elementy.ru