В.И. Трухин, К.В. Показеев, В.Е. Куницын - Общая и экологическая геофизика (1119248), страница 16
Текст из файла (страница 16)
4.13 характер почти на всех океанах. Параллельные полосы чередующихся знакопеременных аномалий тянутся па тысячи километров. На рис. 4.14 изображена общая картина мировых океанских аномалий. Интенсивность аномалий высока. Хотя они измерены на уровне моря, т. е.
на высоте от 2 до 5 км над морским дном, их амплитуды изменяются от нескольких сотен до тысячи нТл. Приборы измеряли модуль Т напряженности геомагнитного поля. Аномальная часть ЬТ, поля определялась как разность модулей полного Т и нормального Т„полей; Ь7", = Т вЂ” 7'„. Геология океанского дна также существенно отличается от геологии континентов. Измерения глубин океанов показали, что на дпе каждого океана существуют большие горные хребты, названные срединно-океанскими хребтами (САХ).
Наиболее протяженным является Срединно-Атлантический хребет, протянувшийся от Исландии па юг по всей длине Атлантического океана параллельно береговым линиям Африки и Америки и далее на восток южнее Африки в Индийский океан (1 на рис. 4.15). Аналогичные, но меныпие по размерам хребты есть в Индийском и Тихом океанах (2 4 на рис.
4.15). Вдоль хребтов располагаются эпицентры землетрясений. Для объяснения такой структуры океанского дна была выдвинута гипотеза о том, что дно образуется в результате внедрения изверженных пород в центральной части (рифтовые долины) океанских хребтов.
Эти породы оттесняются в стороны, когда новая магма изливается в том же самом месте. За 200 — 300 млн лет все раздвигающееся океанское дно обновляется, а прежние породы погружаются в мантию в так называемых зонах субдукции. На основе этой модели Вайн и Мэтьюз объяснили происхождение линейных магнитных аномалий. После того как расплавы, поднимающиеся из мантии, затвердевают, они приобретают термоостаточную намагниченность Т„, соответствующую направлению поля в это время.
Новые порции магмы, появляющиеся в том же месте, при охлаждении могут намагнититься уже в поле противоположного знака в результате происходящих с течением времени инверсий. Поэтому чередование положительных и отрицательных аномалий — это резульгат чередования прямо- и обратнонамагниченных участков океанской коры. Таким образом, картина линейных магнитных аномалий является естественным следствием расширения (спрединга) океанского дна и инверсий геомагнитного поля.
Линейные магнитные аномалии океана являются, по существу, палеомагнитными аномалиями, непосредственно связанными с магнитохропологией инверсий геомагнитного поля. Такая связь позволяет оценить время, протекшее между образованием любых двух аномалий. А зная их положение па океанском дне, можно рассчитать скорость спрединга дпа в данном регионе океана. Происхождение главного ноля Для того чтобы выдвинуть разумные гипотезы о происхождении главного геомагнитного поля, необходимо достаточно хорошо знать, во-первых, основные свойства поля и, во-вторых, внутреннее строение Земли. Любая современная теория генерации главного поля пе должна противоречить данным о его свойствах, основные из которых, как было показано выше, следующие.
92 о о Ж о с~ О о ж Б ж о о с:о сФ о Сс ое о о сс сЪ о (Р сО о с~ о Со осг о ссг о сО ! л. ф. ! е ам а гпетизм о СР осг о «:с о сс С'4 о сР о саъ о сз с'о о ссс со х м Ф й се < Ь х О. о йй Е с" й. Ю сс со сс ~ ес о х Я х со - со й л сгс сс ос о х ы х и сс о сс й О. со а й х о 1. В первом приближении главное поле является полем центрального наклоненного к оси вращения Земли магнитного диполя.
2. Напряженность поля изменяется в среднем от 35. 10з нТл па экваторе до 65 10з нТл на полюсах. 3. Магнитный момент земного диполя приблизительно равен 6 10зз А ыз. 4. Главному полк> присущи вековые вариации, имеющие дискретный спектр с определенным набором периодов колебаний. 5.
Имеет место западный дрейф недипольной части главного поля. 6. Главное поле время от времени изменяет свою полярность происходят инверсии гсомагнитного поля через характерные периоды 10~ — 10 лет. Это косвенный результат, полученный по палеомагнитным данным. Разумеется, ученые-геомагнитологи не откладывали вопрос о происхождении поля на то время, когда выяснятся все его свойства. Можно с уверенностью сказать, что и сейчас далеко не все свойства геомагнитного поля пам известны. Поэтому, начиная с Гильберта (1600 г.), выдвигались самые разнообразные, в том числе и совершенно фантастические, гипотезы о происхождении геомагнитного поля, о которых можно прочитать в соответствующих книгах по гсомагнетизму.
Если говорить о современных теориях геомагнитного поля, то следует начать с теории динамоэффекта Френкеля (1947 г.), который впервые выдвинул разумную идею регенерации поля за счет вихревых движений в жидком электропроводящом ядре. В дальнейшем основополагающие работы по теории земного динамо выполнили Эльзассер и Буллард. Основой современных теорий являются уравнения Максвелла и гидродинамические уравнения движения жидкости НавьелСтокса и уравнение неразрывности.
Рассмотрим уравнения Максвелла: го1Ю = д7, го4Е = — —, дВ а~ ' Й~В =О, 7' = о (Е + [о х В]), (4 35) 1л. !. ! еоиагиетизм где !! магнитная проницаемость (она может быть равной рв), т электропроводность, у плотность тока, Е электрическая напряженность, и — скорость движения проводящей жидкости. Применим операцию гоФ к первому уравнени!о системы (4.35), при этом учтем также второе и четвертое уравнения этой системы: дВ го1 го4 В = !!и — + го( [о х В] д! Из этого уравнения с учетом того, что гоФ гоФ В = игас1 с1пг  — ~7~В = — ~7~В, получим уравнение для магнитного поля — = гоФ [о х В] + — T .В, дВ 1 2 д! !!о (4.36) 1 где и„„= — -- магнитная вязкость, которая может рассматриРи ваться как аналог кинематической вязкости и.
В (4.36) помимо В есть еще неизвестное е, для определения которого следует использовать гидродинамические уравнения. Уравнение движения запишем в форме Навье — Стокса; де 1 2 1 — = — — йга!1 Р + и Ь о + д — 2 [ы х о! + — [! х В]. (4.37) 4! р В гидродинамике оператор 4 д — = — + (о . йга!1). с!1 д! Выражая в (4.37) з согласно первому уравнению (4.35), получим де 1 в — + (о игайо) = — — йга!1 Р+ иЬ о+ д— д! р — 2 [ы х о] + — [го1 В х В]. (4.38) 1 РР Уравнение (4.38) . уравнение движения единицы объема жидкосги, р ее плотность, Р давление за вычетом гидростатического, и — кинематическая вязкость, член 2 [ы х о] — сила Кориолиса, где ы угловая скорость вращения Земли.
Последний член правой части представляет силу Лоренца. Для полного замыкания системы уравнений магнитной гидродипамики йль 4. Геомагне~пиам к (4.36) и (4.38) следует еще добавить уравнение неразрывности — +йг(рп) =О, др дг (4.39) которое для несжимаемой жидкости (р = сопв1) будет иметь вид (4.40) 61чп = О. В принципе, уравнения магнитной гидродинамики дают возможность в случае их строгого решения определить, существует ли самовозбуждающееся динамо в ядре Земли.
Однако, даже если были бы точно известны все члены уравнений, решение их было бы крайне затруднительно. А если учесть, что в применении к ядру Земли значения многих параметров уравнений либо известны приблизительно, либо вообще пеизвесгны, то задача гидромагнитного динамо Земли в такой общей постановке в настоящее время неразрешима. Простейший начальный подход к проблеме генерации главного поля заключается в построении кинематических моделей земного динамо.
При этом скорость жидкости считается заданной, а определяется только магнитное поле согласно (4.36). Выбор скорости частично определяется данными наблюдений, частично --- соображениями симметрии и самой формой уравнений генерации. Например, наличие западного дрейфа указывает на существование азимутальной скорости и дает порядок ее величины. Уже первые кинематические модели показали, что кроме меридионального (полоидвльного) поля, которое проникает наружу и наблюдается на поверхности Земли, в земном ядре имеется также гораздо большее азимучвльное (тороидальное) поле с замкнутыми силовыми линиями, которое пе выходит из ядра наружу. Относительная скорость ядра и мантии возникает за счет значительного магнитного взаимодействия мантии с ядром.
С.И. Брагинский рассмотрел кинематические модели с помощью уравнений генерации и показал, что можно подобрать правдоподобные скорости в ядре, которые приводят к генерации магнитного поля, близкого к реально наблюдающемуся. Из теории вытекает, что наличие несимметричных скоростей, необходимых для генерации поля, вызывает появление соответствующих несимметричных компонент магнитного поля Ю.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
