В.С. Захаров, В.Б. Смирнов - Физика Земли (1119252), страница 38
Текст из файла (страница 38)
Последние называкттся вековыми авилу большой длительности их периодов. Исследования обоих типов вариаций показали, что они различаются не только по величинам периодов, но и по происхождению. Вариации магнитного поля с периодами меньше года вызваны процессами, протекающими вне твердой Земли. Такие токи известны пол названием теллурических. 24 200 - 24000 23 анг Ьз (. 14 Ь2 30 39 475 39 450 Ь' 39425 % 30400 30 375 39 350 12:ОО 15'Оо !507.2000 ~мо ц:Оо иапо от Оо оме оогоо цнн1 ГО От ЛЮО Время Рис.7.7. Записи короткопериодных вариаций горизонтальной составляющей Н, склонения 22 и вертикальной составляющей 2 геомагнитного поля во время магнитной бури 15.07.2000 (по (.алга, Ме1оп(, 2006.
Р 47 с изменениями) Источники одною вида быстротечных вариаций находятся в верхних слоях атмосферы (см. рцс. 7.!): это токовые системы и системы взаимодействия солнечного ветра (потока частиц от Солнца) с силовыми линиями геомагнитного поля в околоземном пространстве (электромагнитное поле Т „). Другим видом короткопериодных вариаций геомагнитною полй являются наалиглные бури. Они возникают при возбужлении сильных токов в ионосфере потоком частиц, излучаемых при солнечных вспышках.
Запись магнитной бури показана на рис. 7.7. Ниже будет рассмотрено применение измерения быстротечных вариаций лля изучения электропроводности Земли. По порядку величины быстротечные вариации, даже самые сильные — магнитные бури — не превосходят первых сотен у. Источники вековых вариаций расположены андре Земли, зам же, тле генерируется главное, геомагнитнос поле T„г Карты, показываюшие вековые изменения одного цз элементов поля лля данной эпохи называются картами изолар (рнс, 7.0).
На карте видны центры, где вековые вариации особенно великц (фокусы пзопор). Происхождение фокусов связано главным образом с изменениями недипольного поля (сопоставьте с рис. 7.6). 70 и" н з ~5'Ъ гвз чз'з ьз*з гзъ )зз ! н'я и'и мъ з' зз е ягз поь ~зв Рис.7.8. Карта изопор; вековые изменения полной напряженности магнитного поля (изолинии проведены через 5 нтлl год) для эпохи 2ьч з г. (по сьиа)аг ет а!., 2015. Р 84) Выявлены вековые вариации липольной части поля с характерным временем порядка 8000 — !0 000 тыс, лет. Кроме того, для вековых вариаций выделяют периоды 60, 300, 600, ) 800, 3000 лет.
Даже за время исторических наблюдений геомагнитного поля замечены существенные изменения его направления. На рис. 7.9 представлены исторические записи направления геомагнитного поля в Лондоне с момента начала его надежной регистрации, которая была начата незадолголо )600 г Диапазон изменений наклонения— от 66* до 75"; склонения — от -25' до ч )0', так что изменения направления оказываются лействигельно существенными. Вековые сююясяяз Г) О 5 0 Рис. 7,9.
Вековые вариации склонения и наклонения по данным наблюдения в Гринвичской обсерватории с 1600 г. )по Майл, ВЫ!агс), 1981; из Вцбег, 1992. Р 7) 240 вариации имеют сходство в пределах континентов. Например, вариации, наблюлаемые в Париже нли Риме, подобны вариации в Лондоне. Однако на разных континентах вариации могут различаться довольно значительно. Эют факт отражает, вероятно, размер исючников недипольно)о геомагнитного поля в пределах ядра Земли. На последние несколько тысяч лет изменения дипольною мш нитного момента имели знакопеременный характер.
в последние несколько сотен лет преобладала тенденция уменыпения магнитного момента (рис. 7.10). )3 )) з и) 8 й т е х ь з з 5 й $44 3 -50)З) -4000 -3000 — 3000 — ИКЮ 0 )0)Х) )ВВ Врсчя Рис.7.10. Вековые вариации дипольн ого магнитного момента: числа — объем данных; на врезке — уменьшение дипольного магнитного мо- мента Земли за 1900-2000 гг. (по своза, Че)ом, 2006. Р 35 с изменениями) Вековые вариации магнитного поля приводят к изменению положения геомагнитных полюсов (рис. 7.! 1). В насюящее время северный геомагннтный полюс смешается на северо-запад со скоростью около 0,5'/год. Характерную особенность имеет неднпольная часть главного поля: с течением времени она дрейфует на з))пад. Это явление, называемое заладт)маг дрейфом магии)нного воля (рис.
7. 12), было замечено еще в Хз)П в., однако только в середине ХХ в. удалось установить скорость западного дрейфа — около 0,2'/год. Предполагается. что физической основой западного дрейфа является более вькзкая скорость врашения мантии Земли по сравнению с внешним ядром. 241 Рис.7.11, Положение северного геомагнитного полюса за последние 2000 лет: каждая точка данных -- среднии геомагнитный полюс за 100-летний интервал; числа указзюают дату а годах н. см круги возле геоматнитнык полюсоа -- в 900, 1300 и 1700 гт н.
з, являются кругами доверия (и =. 9УЫ. Среднее положение полюса в течение 2000 лет — зачерненный квадрат; серый — круг доверия (о -- 95ЗЬ) (по Магг)а, МсЕ)мппу. 1983: из Вцнег, 1992, й 9) 7.2.$. Аномальное магнитное лоле Выше упоминалось, что аномальное магнитное поле создается намагниченными горными породами, которые расположены в верхних слоях литосферь). Связь индукции В и напряженности Тв веществе ыписывается в виде (7.3), (7.4) В= )зре" = () + Х))107 или В=-" р (7 ьг).
где г -- намагниченность, г =)(Г„)( — ма~нитная восприимчивость. Горные породы, расположенные в верхних слоях литосферы, обладают собственной остаточной намагниченностью, которая может быть достаточно велика из-за присутствия ферромагнитных материалов: наиболее сильными маптитными свойствами из которых обладает.иагтгеглилг (Ге,О ).
Породы создают собственное магнитное поле„или поле згагнилглыхаггозгатий, -1ВО -60 0 60 120 1ВО -ио -зо — 120 — 60 о 60 120 1ВΠ— ЗО -ИО -М1 о 60 120 1ВО Рмс. УЛ 2. Карты склонения магнитного поля Земли дпя 2боо,! ВОО и 2 990 гг., демонстрирующие западный дрейф МП (по (апва, Ме!опй 2006.Р. 37) Магнитные аномалии выявляются в ходе проведения магнитной съемки. На континентах проводится наземная съемка. На океанах магнитная съемка — со специальных немагнитных кораблей. Кроме того, широко применяется аэро- и космосъемка (в частности, со спутника МАсзЯАТ). Установлено, что аномальное магнитное поле континентов и океанов носит различный характер (рис. 7.13, 7.14). Аномальное магнитное поле континентов имеет сложный вид. Региональные аномалии — например Курская, -- простираются 243 с 2 Ф Я % Ф Ф з О о й а с Ф О С~ л .й С.
а Ф О П3 с о Ф ю 2 х Х Ф с С К с Ф й з Я й о х О Ф ь и у ЬЪ м й 63' 62' 6! 60" 59 32' 30' 28' 26' 24' 22' 20' НР Рис. 7Л 4. Аномалии магнитного поля в районе подводного хребта Рейкьянес я Северной Атлантике: положительные акомдлии обозначены черным; АА — нулевая аномалия рифтояой зоны [по Нейьаег ет ай 1968; яз ьапзз, Ме1апь 2006. Р 206) на больших территориях и связаны с наличием крупных структур, ело кенных породами и железными рудами с высокими магнитными свойствами. Находясь в магнитном поле Земли, они намагнитились и создали добавочное аномальное лоле„превышаютцее нормальное поле в отдельных местах в 2 — 4 раза.
Очень важным открытием стало открытие Б. Брмлои в ! 906 с опзрлягзтотьных згагяипзлых аломаляй, число которых оказалось сравнимо с числом положительных. За положительные принято считать такие магнитные аномалии, для которых гЗ и О совпадают с соответствуюшей составлявшей нормального поля, а отрицательные — те. для которых они противоположны по направлению. Породы с обратной намагниченностью обнаружены как на континентах, так и на океанах 1см.
рис. 7.13 н 7.14). В северном полушарии и на территории России преобладают положительные аномалии. Для океанов характерны линейные магнитные аномалии — вытянутые вдоль срединных океанских хребтов (см, рнс. 7,14). Их происхождение мы обсудим далее. 7.2.6. Инверсии магнитного поля Наличие обратнонамагниченных горных пород, по современным представлениям, является результатом янверсяи магнитного поля Земли — смены направления осесимметричного диполя на противо- 245 положное. Обнаружение обрагцения полярности геомагнитною поля -- важнейшее открытие в палеомагнитологии, позволившее созлать новую науку мигиитосгираигиграфиго, изучающую расчленение отложений горных порол на основе прямой или ооратной намагниченности. Установлена синхронное>иь этих обращений знака полярности в пределах всего земного шара.
Это лает весьма лейственный дополнительный меюд корреляции отложений н событий. Установлено„что продолжительность инверсий значительно меньше (не превосхолит 10 000 лет, по последним данным, даже меныце), чем промежуток между ними. Во время инверсий происходит уменьшение липольною поля ло О с последующим восстановлением в противоположную сторону, Повеление магнитного полюса в периоды инверсий непрелсказуемо, дипольносты оля может существенно нарушаться.
Кроме инверсий магнитного поля, выявлены геомагиитиые экскурсы — кратковременное геомагнитное событие (менее 10 000 лет!, при котором магнитный полюс отклоняется от своею положения на 60-(й0", после чею возвращается в исходное положение. 7,3. ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ ЗЕМЛИ 7.ЗЛ. Методика мсследованмя алактромроводностм Методика исследования электропроволности заключается в следующем (Ьотт, 19741, лорогикоиериодиые вариации земно~о магнитного поля с периодами от нескольких секунл до нескольких лет позволякп исследовать эдектропроводность внутренних слоев Земли до глубины порядка 1000 км.
Спектр вековых вариаций дает некоторую информацию об электропроводности нижней мантии. Выше отмечалось, что ко(юткопериолные вариации вызваны процессами, протекающими вне твердой Земли, Кроме того, эти вариации содержаттакже вторичную компоненту внугриземною происхожления, которая связана с токами, инлуцированными в коре и мантии, Такие токи называются о~ел~~урическими. Среди короткопериодных вариаций наиболее отчегливо выражены вариации преобладающего суточного периола.
Кроме того„н» спектре отчетливо выделятся и гармоники более коротких периодов — 12. (( ч и тгь (рнс. 7.151. Суточные вариации. как предполагается, возникают при взаимодействии главно!о магнитною поля Земли и проволягцих слоев ионосферы. Ионосферные слои поднимаются н опускаются под действием солнечных и лунных приливных сил. При этом проволяшие слои пересекают ма~ нитные силовые линии земною поля, причем »н кв В "" 10 Частота, Гп Рис. 7Л 5. Спектр вариаций магнитного и электрического поля (по сота не, 2007.
Р 259 с изменениями) структура замкнутых контуров горизонтальных токов в ионосфере перестраивается, Солнечную и лунную компоненты вариаций магнитного поля можно разделить спектральным анализом достаточно ллинного ряда наблюдений. Спектральный анализ записей магнитных бурь позволяет выделить гармоники с периодами до нескольких суток — с периодом 27 суток, 6 месяцев и даже! год. Сугцествуют также отчетливо выраженные короткопериодные вариации с периодами около часа — «бухтгя» и микропульсации продолжительностью всего несколькоо секунл.
Весь спектр магнитных процессов внеземного происхождения, охватываюгций интервал периодов от нескольких секунд ло года и более, может быть использован для исслелования электропроволности Земли вплоть ло глубин 1000 — 1500 км, При этом нет необходимости знать причины вариаций магнитного поля. Сила индуцированных токов зависит от распределения проводимости в Земле. Поэтому проводи масть можно оценить по вариациям земного маг- нитного поля.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
