Биогенный магнетит и магниторецепция. Новое о биомагнетизме. Под ред. Дж. Киршвинка. Том 1 (1989) (1095847), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Вращению Земли создает мошное Ограничение лля движений жидкости, я а результате образующиеся токи создают магнитное поле. приблиэителыю симметричное относительно осн Вращения Земли. Поэтому примерное совпадение дипольной и географической смжй ие яв»»яется случайным, а объясняется действием процессов динамо Во вращающейся системе. Динамо-теории происхождепкя гсомагнитного поля в математической форме, доступной даже для неспециалистов, детально рассмотрена в недавно опубликованных обзорах (В»зыс, 1973, !930, 1933), Здесь же достаточно краткого качественного изложения ее сути. Хотя детали теории днна4мо еще предстоит разработать, принпи- ПиаЛЬНаЯ ВОЗМОжКОСтЬ СУЩЕСТВОВВННЯ ГЕОДинаыа Ужс ПРОДЕМОНСТРИРО- яана как теоретически, так н экспериментально.
Лислт»вой дяиамо Фяридел Отражает принцип работы этого механизма. Рассмотрим проволящий диск, вращающийся в присутствии ма нитного поля, как зто показано на рис. Зл6. В результате. дейстяня силы Лоренца 9т х В ла содержащиеся в диске заряды его периферийная часть становится заряжениоя положнтсяьио, а ось-от1эицателъно, Если соединить Ось с периферией диска постоянной цепью со скользящими контактами, то В ней потечет ток ), вследствие чего возникнет вторичное магнитное поле.
Если цепь представляет собой катушку, направление тока в которой СОЯпалаСГ С КаПРааЛСНИЕМ ВРаЩСНИЯ ДИСКа, ТО ВТОРИЧНОЕ МаГНитНОЕ ПОЛЕ 1»»»с. т. 16. Дкскояое лн»»а»4о„ вра1иаю»»»ссся с уци>яс»в сыростью й и созд»»квцс4» ток ) я мятянтнос пояс В, (В~ме, 193О).
усилит первичное. Если радиус диска достаточно велик или диск враща~гся достаточно быстро, то источник первичного поля может быть удален н при этом величина Вторнч.ного поля будет увеличиваться до тех пор, пока не наступит равновесие между скоростью его регенерации н скорос» ьЮ рабада ПОЛЯ»»СЛЕдСТВИЕ ОмНЧЕСКОЙ ЛИССИПацни. ВРЕМЯ расца,с» поля дяя жидкой железной сфсрьь по размерам сопоставимой с ядром Зсмяи, составит»»есколько тысяч лет Спадояатальио, с»»скоторой стСПСНЪЮ ВЕРОЯтНОСтИ МОЖНО ПРЕДПОЛОжнтЬ, ЧТО МЕДЛЕННОГО ВРаЩЕНИЯ Земли достаточно для создания самовоэбуждаюшегося динамо.
Н4 первый»»эгляд может показаться что дисковое динамо противо- 1»счнз законам гсрмолннамикн. Однако„лаже сели пренебречь механическим трением и мест4х крепления диск4, на нето все равно оказ»яя»»ля ь» действие сила, пропорциональная ) х В, препятствующая вращеникк Таким образом, чтобы диск продолжал вращаться„к нему нужно нсирсры»»но подводить мсрги»О При этом кинетическая энергия преиб»разустся В электромагнитную н затем в теплову»о через Омичсскую диссипацию. Источником энергии земного динамо может служить тсп;юная энергия, которая либо образуется в результате распада радиоактивных элементов в ядре, либо.
Как яперяь»с предложил Фсрхугсн 1~'ст1»оойсп, (961), является скрытой теплотой. Выделаошейсл по мере мсдлся»юго астывания жидкого Внешнего ядра с образованием твердого »и»утреннего. По мнению большинства геофизиков, энергетическим »»ст~»'»ником Геодинамо ЯВЛЯется Гравитациолн4Я энергия, высвобождас ьп»я по иере того, как легкие элементы, выделаощиеся В результате кристаллизации на границе внешнего н внутреннего ядра, всплывают яяерх через внешнее Ядро (Яез»епхоп. 193!). .'Ьсковое лниамо характернзустся двумя очень ин Гсресвыми особен- Ч.
!', й!!!)е!!ие я !!род«!гиу костями. Во-первых, оно создает дипольное поле на больших расстояниях. Во-вторых„если направление вращения диска и направление закручивания витков катушки остаются неизменными, система Все равно будет работать как динамо, создающее поле в направлении, противоположном тому, которое показано на рис, 3.16, Это означает, что направление существующего главного дипольиоГО поля Земли так«ке могло быть и обр~тным. Действительно, как мы вскоре увидим. существует множество доказательств тото, что на протяжении теологической истории дипольное поле несколько раз меняло свой знак.
К сожалению, все попытки применить дисковое динамо в качестве модели ядра Земли всегда сталкнвалнсь с неразрешимой проблсмойдисковое динамо топологическн отличается от ядра. В то время как ядро представляет собой сплошное тело, дисковое динамо подобно бублику с дыркой. Все попытки создать сплошное динамо Фарадея без дырки приводили к тому, что оно переставало работать как динамо. Однако эту трудность удалось преодолеть, когда Герценберг ~НегзппЬещ. 1958) показал теоретически, а Лоус и Уиякяисон (1.оч!ея, %ЧЫпзоп, 1963) экспериментально подтвердили, что такое динамо возможно, Лабораторное динамо Лоуса - Уилкинсона состоит нз двух вращаю» шихся проводящих цилиндров, ориентированных перпендикулярно друт другу и помещенных в проводящую среду.
Вся система действует по прнншшу положительной обратной связи: ток в одном цилиндре нндуцируется магнитным полем другого„и наоборот, Следует отметить, что зта модель обьясняет даже кииверсииь магнитного поля-через непредсказуемые интервалы времени магнитные поля, создаваемые механизмом динамо, становятся неустойчивыми и через несколько секунд преобретают новые направления, Хотя двухцилиндровое динамо удовлетворяет топологическому условию простого соединения, оно ие создает днпольного полл и геометрия его никаким очевидным образом ис соответствует геометрии ядра.
Но и ие обладая особым Воображением, можно представить себе аналотичную ситуацию, когда крупномасштабные вихри внутри ядра генерируются индуктивным взаимодействием полей друг друга с образованием самовозбужпающегося динамо. Однако аналогия зта является В лучшем случае эвристической, и истинная природа происхождения геомагнитного тюля остается одной из нерешенных физических проблем. Качественно геодииамо можно рассматривать как упорядоченный механизм, создающий высокоупорядоченное дипольное поле, а иедипольное поле, коэффициенты Гаусса которого составляют приблизительно 1Оь!е от дипольиых козффнцнентов, обусловлено возмущениями этого упорядоченного механизма, вызываемыми, возможно, крупномаспгтабными вихрями внутри ядра. Таким образом, вековые вариации могут быть результатом поступательного движения этих Вихрей 1вспомннте западный дрейф), измен~шй интенсивности движений внутри вихрей или возникновения новых Вихрей и разрушения существующих, Однако зто идеализированное Представление может быть ошибоч- !! ('гу 1 ш««!!!!!!!!!!!4.
!!!!. !е«, !«««О !!!7!!О!!!!и и !!г!!!!!О!!!! пым, Хотя днпольный член, безусловно, преобладает в уравнепни Щ МагннтИОЕ ПОЛЕ В ядре, нЕСОмнЕНИО, МЕНЕЕ уПОрядОЧЕИО, ЧЕМ ПОЛЕ на поверхности Земли. Так, изменения напряженности дипольпого н нелипольиото полей пропорциональны соответстве!н!о 1!г' и по крайней мере 1~г+, Сл~ювательио„при радиусе Яе/2, соответствующем внешней !асти ЯДРа, отношение нелипольных членов к дипольным уВЕлнчнвается в 2 раза дяя членов с я = 2, в 4 раза для л = 3 и т.д. Таким образом, днпольяая конфигурация поля на поверхности Земли частично связана с геометрическим затуханием неднпояьного полл, Весьма вероятно, что геолииамо может быль результатом весьма неупорядоченного процсс- ~'.а, возможно турбулентного, нО Обладающего некоторой глобальной упорядоченностью, связанной с инерциальными силами вращения Зем;ш, Какой бы ни была природа динамо, процесс этот неустойчив.
Как следует из табл. 3.1, в настоящее время напряженность поля теоцентричсското диполя уменьшается оо скоростью, которая может привести к сго исчезновению приблизительно через 2ООО лет. Прн исследовании процессов, происходящих а любом варианте гсомагнитного динамо, неизбежно Возникает Вопрос о том, что послужило ИСТОЧНИКОМ ПЕрвОНВЧВЛЬНОГО ПОЛЯ, КОТОРОЕ ПрНВЕЛО В ЛЕЙСТВИЕ механизм динамо. Ответ на этот вопрос, вероятно, никогда ие будет получен.
Достаточно сказать, что нм могло быть любое случайное поле, а их, несомненно, было множество. Наиболее реальными с этой точки зрения представляются поля, нндуцировапные солнечным ветром нли образованные термоэлектрическими токами, возникшими из-зв присутствия внутри Земли тепловых и химических неоднородностей, Более важным вопросом является возраст геомагиитного поля. Если природа поля действительно связана с динамо, то естественно предположить, что его возраст соответствует Возрасту жидкого ядра Земли, ио только арн условии существования адекватного источника энергии, Эльзассер (Е1зазяет, 1963) предположил, что формирование ядра закончилось не ранее 3 млрд. лег назад, ио по современным предсгавзениям ядро было сформировано около 4,5 млрд, лет назад (Жпй~оо4„1979„.П1ечепзоп, 1981).
Например, еископаемае~ намагниченность некоторых древнейших пород служит прямым доказательством того, что возраст поля составляет по крайней мере 3„5 млрд. лет (МсЕЙпппу, ЗепапауЫе, 1930). Потенциальное значение згнх данных для понимания оргапнческой эволюции очевидно, Вполне вероятно, что в период возникновения и развития жи~ни геомагнитное поле уже существовало, и опо. Несомненно, появилось раньше предполагаемого времени возникновения зукариот, которое оценивается В 1.4+ 0„1 млрд лет назад (БсЬОф, Осмеет, 1976).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
