Факультет

Студентам

Посетителям

Магнитный щит земли

Делая географические открытия, древние мореплаватели полагали, что компас указывает всегда на «волшебные железные горы», которые и притягивают конец стрелки к себе.

В средние века капитаны втолковывали юнгам: «Магнитная стрелка, как подсолнух к Солнцу, поворачивается к Полярной звезде». «Там, где хвост Большой Медведицы, имеется магнитный камень», — говорили они. И это не удивительно, что поведение магнитной стрелки связывали с действием волшебных камней. Магнитные явления известны по крайней мере с V века до нашей эры. Некоторые камни, найденные вблизи города Магнезия (теперь Манисса) в Турции, обладали необычным свойством: они, если их свободно подвешивать, всегда ориентировались в определенном направлении. Как утверждают, по имени города Магнезии и получил свое название магнит.

За 3000 лет до наших дней появились первые компасы — небольшие кусочки намагниченного железа на пробке, плавающей в глиняном сосуде с водой. Такие примитивные приборы применяли кочевники при переходах через бескрайние пески гобийских пустынь. Причем эти компасы были настолько ценными, что их держали в специальных ящиках между горбами очень редко встречающихся белых верблюдов.

Хотя люди и использовали магниты, их свойства долго приписывали неким сверхъестественным силам. Лишь начало XVII века привело к открытию истины. В 1600 году Вильям Гильберт Колчестерский опубликовал книгу «О магните, магнитных телах и о большом магните — Земле», в которой обобщил результаты своих почти двадцатилетних опытов. Это был первый действительно научный труд о магнетизме.

Самый известный эксперимент был поставлен с целью объяснить магнетизм Земли. Гильберт изготовил из магнитного материала шар — тереллу (то есть землицу) — и исследовал, как этот шар будет действовать на поднесенную к нему маленькую железную стрелку. Оказалось, что она ведет себя так же, как стрелка компаса в различных точках Земли. У тереллы тоже были полюса и экватор. Все это позволило Гильберту сделать вывод, что Земля — магнит и стрелка компаса ориентируется по его силовым линиям.

Еще великий адмирал Христофор Колумб через месяц после того, как его корабли покинули Испанию, 13 сентября 1492 года, заметил, что где-то посреди Атлантического океана стрелка компаса перестала указывать на Полярную звезду и отклонилась к западу. На следующий день она отклонилась еще больше. Когда 17 сентября штурман определил азимут по Солнцу, то оказалось, что стрелка сместилась почти на пятнадцать градусов. Известие об этом вызвало среди суеверных моряков панику, которая грозила перерасти в бунт. Однако Колумб поступил весьма решительно. Он повернул шкалу компаса так, чтобы стрелка указывала прежнее направление, а команде каравеллы объяснил, что «Полярная звезда сместилась со своего места». Так мореплаватели впервые столкнулись со склонением, которое измеряется углом между направлениями на магнитный и географический полюсы; так была введена первая «поправка» на склонение. Впоследствии, чтобы можно было ориентироваться в морях и океанах, моряки стали составлять специальные таблицы и карты поправок на склонение. Ведь если допустить в прокладке курса ошибку всего в пять градусов, то, пройдя тысячу километров, судно окажется почти в ста километрах от намеченной цели!

Одну из таких карт с уникальными замерами магнитного склонения во многих морях и океанах мира привезли в подарок Гильберту его друзья — королевские пираты: Френсис Дрейк, совершивший второе после Магеллана кругосветное путешествие, и Генри Кэвендиш. На ней были нанесены лишь отдельные измерения. Первую же карту склонений составил по поручению английского адмиралтейства в 1701 году морской офицер и известный астроном Эдмонд Галлей.

Однако и эта карта была неполной, так как Галлей составил ее по измерениям, которые он произвел во время своего плавания на военном судне только в Атлантическом и Тихом океанах. А необходимость знать склонение с развитием мореходства становилась все насущнее. Поэтому и не удивительно, что многие ученые занимались сбором необходимых данных и составлением карт. Так, например, великий политик и ученый Лейбниц писал создателю русского флота Петру I: «Если бы Ваше царское величество повелеть изволили учредить таковые наблюдения (склонения), то тем оказали бы важное пособие к усовершенствованию мореплавания в пользу всем морякам».

Михаил Васильевич Ломоносов для изучения земного магнетизма предлагал построить большое число специальных лабораторий. Он считал, что измерять магнитное поле нужно не только на море, но и на суше. Однако мечта великого русского ученого начала воплощаться лишь через шестьдесят лет. Сейчас наша страна обладает самой широкой сетью магнитных обсерваторий.

В 1576 году Роберт Норман из Лондона обратил внимание на то, что при изготовлении компасов тщательно уравновешенные стрелки при их намагничивании опускали северные концы вниз. Стрелки приходилось уравновешивать при помощи специальных подвижных грузиков. Так было открыто магнитное наклонение, определяющееся углом, на который стрелка под действием геомагнитного поля отклоняется вверх или вниз от горизонтальной плоскости. В нашем полушарии северный конец стрелки наклоняется вниз.

Норман с помощью специального прибора, получившего название инклинатора, определил наклонение в Лондоне. Оно оказалось равным 71°. Кроме того, он впервые высказал мысль, что «силы притяжения», действующие на магнитную стрелку, находятся внутри планеты, а не где-то в небе.

Очень важным было открытие несовпадения магнитных и географических полюсов Земли. Многие исследователи пытались найти «нулевую» магнитную точку. В 1831 году экспедиция английского полярного исследователя Джона Росса отыскала северный магнитный полюс, то есть точку, где магнитная стрелка устанавливалась вертикально, ее наклонение становилось равным 90°. Оказалось, что он лежит на полуострове Бутия в канадском архипелаге примерно в 1000 километров от географического полюса. А через десять лет племянник Джона Росса, Джемс Росс, достиг на берегу Антарктики южного магнитного полюса. И он не совпадал с географическим, открытым позднее, в 1911 году, норвежцем Р. Амундсеном, отстоял от него на 800 километров.

Позднее побывали на магнитных полюсах и другие путешественники и, как ни странно, регистрировали их местоположение совершенно в иных местах. Причину этого удалось выяснить позднее. Оказалось, что магнитные полюса не остаются подолгу на одном месте, а непрерывно кочуют. Вместе с ними меняется и склонение. Поэтому и приходится примерно через каждые 5-10 лет подправлять мореходные таблицы.

А сейчас немного отойдем от нашего рассказа и поговорим на первый взгляд о совершенно других вещах.

Знаете ли вы, как изготавливают кирпичи? Сначала делают форму, кладут в нее глину, затем подсохший кирпич помещают в печь для обжига. Это известно многим. Но далеко не все знают, что такая процедура обжига уже тысячи лет существует без изменения. И самое важное для нас здесь то, что кирпич всегда кладут в печи на длинное ребро. Это и позволяет нам узнать, когда он был изготовлен.

При понижении температуры в печи ниже восьмисот градусов зерна магнитных минералов, имеющихся в глине, под воздействием земного магнитного поля ориентируются по нему и слегка намагничиваются. От этого приобретает намагниченность и сам кирпич. Он «записывает» в себе величину и наклонение поля. И если удается где-нибудь отыскать древнюю заброшенную печь с оставленными в ней кирпичами, то удается определить и склонение. Ведь ни печь, ни кирпичи в ней никто не двигал, не перемещал, и они сохранили свое первоначальное положение.

Советский ученый С. П. Бурлацкая изучала на Кавказе древние поселения. Исследуя намагниченность обожженных в печах глиняных изделий (а время их обжига можно было установить по археологическим данным), она заметила, что напряженность геомагнитного поля за последние 5—6 тысяч лет изменилась. От наших дней в глубь веков она плавно нарастала и становилась максимальной где-то в начале нашей эры, а затем вновь уменьшалась. Причем значительно — в два раза по отношению к нынешней. Если мы будем уходить еще глубже по лестнице веков, то напряженность опять начнет расти. Таким образом, напряженность магнитного поля Земли со временем периодически меняется. Как полагают ученые, период изменения поля составляет около 10 000 лет.

Но изменялась не только эта составляющая магнитного поля. Вело себя странно и наклонение магнитной стрелки. Если подвешенная стрелка в III веке устанавливалась под углом в 20° к горизонту, то через 500 лет ее конец был направлен уже на 65° вниз. Таким образом, и наклонение меняет свою величину, но с другим периодом — около 1000 лет. И для разных мест по-разному. Так, для Лондона оно было максимальным в 1700 году, а для Японии — в 1200 году. Это явление тоже связано с тем, что магнитный полюс колеблется вокруг географического. Как вычислили ученые, в последний раз магнитная стрелка точно указывала на Северный полюс в 1663 году. С1928 по 1948 годы южный магнитный полюс сместился на 150 километров. Но какое бы положение ни занимал магнитный полюс, за достаточно большой промежуток времени его усредненным положением будет географический полюс. Они взаимосвязаны. И в этом ничего удивительного нет, ведь магнитное поле обязано своим существованием вращению планеты.

Однако археологические методы не позволяют заглянуть далеко в прошлое. И здесь ученым помогает другой метод, разработанный японским физиком Т. Нагата.

Несколько десятков лет назад было обнаружено, что многие горные породы, из которых состоит земная кора, тоже обладают остаточным магнетизмом. Его возникновение относится к тем временам, когда эти породы, извергаясь из земных недр, находились в раскаленном состоянии. При остывании, как у кирпичей в печах для обжига, в них «записывалось» магнитное поле Земли, существовавшее в те далекие времена.

Хранят записи о магнитном поле и осадочные породы. Когда зерна магнитных пород оседают на дно океанов и морей, они, подобно малюсеньким магнитным стрелкам, ориентируются по существующему в данном месте и в данный момент геомагнитному полю. Масса таких «магнитиков» и создавала остаточную намагниченность.

Если изучать магнитные свойства геологического разреза горных пород или колонки грунта, взятой со дна океана, то можно проследить за изменением магнитного поля в очень далекие времена.

Человек изобрел компас более трех тысяч лет назад. И с тех пор стрелка показывает всегда в одну сторону — на северный полюс. Это направление геофизики называют «прямым», или «нормальным». Однако в начале тридцатых годов были обнаружены образцы пород с обратной намагниченностью. Впрочем, в то время на это явление мало кто обратил внимание. А зря, так как со временем это стало сенсационным открытием. Вскоре физики нашли, что в лабораторных условиях, с помощью специальных катушек, по которым течет ток, можно скомпенсировать магнитное поле Земли и получить ненамагниченные образцы. Можно и перемагнитить их. Вот тогда-то и вспомнили о забытом открытии. Ученые решили, что образцы с ненормальным направлением почему-то перемагничиваются самостоятельно.

Геофизик И. Хосперс, изучая напластования застывших лав на склонах вулканов в Исландии, заметил, что поток горячей лавы, обжигая на своем пути горные породы, пере- магничивает их и заставляет «забыть» данные о старом магнитном поле. Отсюда Хосперс сделал вывод, что самообращения не происходит, его вызывают внешние причины.

Сейчас уже считается доказанным, что в истории Земли неоднократно происходили обращения поля — инверсии, когда полюса менялись местами: северный становился южным, и наоборот. Это подтвердилось при изучении чередующихся слоев осадочных пород и лав. И везде последовательность слоев была одинакова. Причем в некоторых геологических периодах было по нескольку таких инверсий.

Первые изменения полярности полюсов находят еще в кембрийских и силурийских отложениях — 300—400 миллионов лет назад. Тогда инверсии происходили через десятки миллионов лет. В каменноугольный период, когда на суше был расцвет растительной жизни, инверсии происходили раз в несколько миллионов лет. Причем в этот период преобладала обратная полярность. Чем ближе к нашим дням, тем «прогулки» полюсов становятся чаще. Не менее девяти раз менялись они местами в плиоцен — последнюю эпоху третичного периода истории Земли, длившейся пять миллионов лет. Последняя инверсия отмечена 500—800 тысяч лет назад.

Итак, факт, что полюса могут меняться местами, стал общепринятым. Теперь перед учеными встал другой вопрос: а что происходит в момент инверсии? Не исчезает ли геомагнитное поле полностью, не становится ли оно «нулевым»? Пока еще никто не может дать ответ на этот вопрос. Единого мнения нет.

А как влияет исчезновение магнитного поля на саму Землю?

В ноябре 1970 года на конференции Геологического общества Америки доктор Джеймс Д. Хейс сообщил о том, что, изучая колонки донного грунта, взятые в различных районах Мирового океана, он обнаружил исчезновение за последние два с половиной миллиона лет восьми видов живущих во всех океанах одноклеточных морских организмов — радиолярий. Шесть из них вымерли одновременно и повсеместно. И это не было случайностью, заявляет Хейс, так как их гибель произошла немедленно вслед за переменой направления магнитного поля. Такие перемагничивания способны влиять на живые организмы, не только уничтожая некоторые их виды, они способны и порождать новые. Так, Хейс указывает, что именно в эти периоды появились некоторые виды водорослей и простейших организмов.

Эта загадка поставила в тупик многих исследователей. И неудивительно. Действительно, почему около восьмидесяти миллионов лет назад вымерли динозавры? Эти чудовища около ста пятидесяти миллионов лет хозяйничали на Земле. Их господству, казалось бы, не будет конца. И вдруг произошло неожиданное. На протяжении очень короткого исторического срока эти чудовищные рептилии полностью вымерли, уступили свое место млекопитающим.

Какая же сила уничтожила ящеров? Борьба за существование? Но кто был страшен этим гигантам? Маловероятно, чтобы одни группы ящеров вели беспощадную войну на полное уничтожение с другими.

Что случилось в тот далекий период? Ведь тогда вымерли не только динозавры. Примерно в то же время произошли не менее резкие изменения и в растительном мире. В начале мелового периода наивысшего расцвета достигли так называемые голосемянные растения, потомков которых вы хорошо знаете — это хвойные представители наших лесов. Так вот, когда на ящеров напал страшный мор, необычайно буйный рост переживали покрытосемянные. Земля оделась лиственными лесами.

Не так давно советские ученые И. С. Шкловский и В. И. Красовский высказали предположение, что динозавров погубил взрыв близкой к Земле сверхновой. Как мы уже говорили, такие космические катастрофы сопровождаются значительным увеличением космических лучей у нашей планеты. Усиленное облучение подействовало на генетический аппарат динозавров, в результате чего у этих рептилий возникли новые качества, приведшие к появлению нежизнеспособного потомства.

Однако вычисления показали, что увеличения излучения, которое сопровождает взрыв сверхновой, явно недостаточно для того, чтобы вызвать рождение динозавров-уродцев.

А что, если их погубила не взорвавшаяся сверхновая, а уменьшение магнитного поля Земли, ведь исчезновение динозавров приходится как раз на период очередной инверсии?

«Земля имеет особое положение, потому что она защищена магнитным полем, которое, как некая броня, не пропускает заряженные частицы к Земле, а у Луны этого нет. Подобной «защиты», между прочим, нет и у Марса и Венеры. Земля занимает особое положение — это «бронированная» планета». Эти слова принадлежат академику М. В. Келдышу. Но в период инверсий, когда магнитный щит планеты исчезает, космические частицы начинают бомбардировать ее поверхность. Земля перестает быть «привилегированной» планетой. Все живое становится беззащитным перед ливнем космических частиц, способных вызвать мутации, привести к гибели некоторых видов животных, в частности — динозавров.

Сторонники этой гипотезы идут даже еще дальше. Они считают, что и процесс появления гомо сапиенс — человека разумного, по быстроте эволюции сравнимый только со взрывом, связан тоже по времени со сменой полярности полюсов. Выходит, и своим появлением наш далекий предок обязан тоже магнитному полю.

Раз изменение геомагнитного поля так влияет на все живое на нашей планете, мы должны детально его изучить. А для этого надо искать новые и новые факты, рассказывающие об изменениях магнитного щита Земли. И здесь нам опять может помочь радиоуглерод.

В период уменьшения геомагнитного поля все большее число космических частиц достигает поверхности Земли, увеличивается количество углерода-14 в живых организмах и растениях, в том числе и в деревьях. Значит, они могут поведать нам об изменении геомагнитного поля.

В 1964 году в Японии провели точное измерение радиоуглерода в годичных кольцах старой криптомерии, возраст которой был 1800 лет. Полученные данные говорили, что распространенность этого изотопа углерода 2000 лет назад была ниже современной. А раз так, то возраст образцов, полученный стандартным радиоуглеродным методом, должен получаться больше истинного. Об этом нужно тоже помнить при измерениях и вводить поправку.

Таким образом, не только взрывы сверхновых, но и магнитное поле Земли влияет на количество радиоуглерода.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.



Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: