Вопрос 28

Магнитное поле Земли

Магнитное поле современной Земли характеризуется: склонением D, наклонением I и напряженностью Н, измеряемую в теслах. Существуют карты линий равных величин магнитных склонений изогон и линий равных магнитных наклонений изоклин. Современное магнитное поле Земли лучше всего описывается полем геоцентрического смещенного диполя с наклоном по отношению к оси вращения Земли в 11,5°. Напряженность современного магнитного поля составляет около 0,5 эрстед или 0,1 а/м, и считается, что в геологическом прошлом величина напряженности могла колебаться, но максимум на порядок. Геомагнитное поле Земли последние 2,0-3,5 млрд.лет принципиально не изменялось, как это установлено палеомагнитными исследованиями, а это больше половины ее геологической истории.

Происхождение магнитного поля Земли и по сей день остается загадкой для ученых, хотя существует много гипотез для объяснения этого феномена. Магнитные свойства горных пород определяются содержанием и ориентировкой в них минеральных зерен с различными магнитными характеристиками.

Все вещества по магнитной восприимчивости подразделяются на: 1) диамагнитные; 2) парамагнитные и 3) ферромагнитные. Первые характеризуются тем, что их атомы не имеют постоянных магнитных моментов и общий магнитный момент атома диамагнетика равен нулю. Атомы вторых уже обладают собственными магнитными моментами, а ферромагнетики характеризуются упорядоченным (параллельным) расположением магнитных моментов в атомах и высокой самостоятельной намагниченностью. Для ферромагнетиков существует уровень температуры, т.н. точка Кюри, выше которой упорядочение магнитных моментов не сохраняется, поэтому лавы вулканов обретают намагниченность только после их остывания ниже точки Кюри. Ферромагнетики в горных породах являются носителями магнитных свойств. Учитывая, что зерна ферромагнитных минералов составляют в горных породах незначительный процент, то и намагниченность последних очень слабая.

Палеомагнитология.

Палеомагнитология – область геофизики, изучающая древнее магнитное поле Земли. Это поле запечатлено в остаточной намагниченности горных пород, направление которой параллельно направлению древнего поля, а величина прямо пропорциональна его напряженности. Палеомагнетизм как явление представляет собой природную записывающую систему, подобную обычному магнитофону:

1. Записываемым сигналом является магнитное поле Земли в зависимости от времени;

2. Магнитным носителем записи (аналогом магнитной ленты) служат магнитные минералы, рассеянные в горных породах, совокупность которых составляет геологическую летопись;

3. Фиксирование намагниченности происходит с помощью некоторых геологических процессов (остывание изверженных пород или литификация осадочных пород);

4. Сохранность записи обеспечивается в том случае, если в течение геологической жизни породы не происходило вторичного нагрева или переотложения, химических изменений магнитного носителя записи и т.д.

5. Воспроизведение записи производится путем отбора коллекций образцов и проведением измерений остаточной намагниченности в лабораториях с последующей статистической обработкой результатов для выделения полезного сигнала на фоне случайного шума;

6. Полезный сигнал представляет собой направление ( и величину) магнитного поля в некоторый фиксированный момент в геологическом прошлом во множестве географических точках. В палеомагнитологии разработаны методы отбора коллекций образцов, создан комплекс аппаратуры для измерения различных магнитных характеристик и параметров, применяется математический аппарат обработки данных, включающий статистические методы, сформированы базы палеомагнитных данных.

Основными результатами палеомагнитных исследований являются:

1. магнитное поле Земли существует, по крайней мере три миллиарда лет и его

характеристики всегда были близки к современным, скорее всего, магнитное поле имело

дипольный характер;

2. в геологическом прошлом магнитное поле Земли многократно меняло свою

полярность, последний раз это произошло около 730 тысяч лет тому назад; смена полярности происходит одновременно по всей поверхности Земли примерно за 10-50 тысяч лет; построена глобальная шкала инверсий на интервал 0-165 млн. лет; построены региональные магнитостратиграфические шкалы инверсий;

3. установлено, что аномальное магнитное поле Земли, в основном, обусловлено намагниченными горными породами;

4. координаты палеомагнитных полюсов, определенные по различным тектоническим блокам для одного и того же момента времени в геологическом прошлом, оказались различными, что свидетельствует о относительных перемещениях блоков;

5. на основании количественных данных о положении древних магнитных полюсов построены реконструкции положений блоков земной коры в прошлом;

6. остаточная намагниченность лунных пород с возрастом 4,6 млрд. лет приобреталась в магнитном поле, сравнимом с полем Земли, тогда как сейчас магнитное поле Луны в тысячи раз слабее земного;

7. открыты магнитные поля планет: слабые – у Меркурия и Марса, сильные – у Юпитера,

Сатурна, Урана и Нептуна.

Перечисленные результаты имеют огромное значение не только для понимания происхождения магнитного поля Земли и его изменений во времени, но и для изучения стратиграфии и тектоники, для навигации, разведки полезных ископаемых, построения моделей эволюции Земли и планет изучения их внутреннего строения и т.д.