В.А. Магницкий - Общая геофизика (1119278), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Минимальныезначения В наблюдаются на геомагнитном экваторе, который определяется условием / = 0. Максимального значения В достигает на магнитных полюсах, на которых / = V2. Магнитные полюсы и магнитный экватор не совпадают с географическими полюсами и географическим экватором соответственно. Координаты магнитных полюсовЗемли приведены в табл. 5. Средняя геомагнитная индукция в системе единиц СИ составляет около 50 ООО нТл, на магнитном экватореВ ~ 35 ООО нТл, на магнитных полюсах В ~ 65 ООО нТл. Геомагнитное поле принято также характеризовать его напряженностью.
Соотношения между основными магнитными параметрами в системах СИи СГС дано в табл. 6.Наблюдения элементов геомагнитного поля, производящиеся вразличных точках земной поверхности, показывают, что они не остаются постоянными во времени, а непрерывно изменяют свои значения. Эти изменения называются вариациями элементов геомагнитного поля. Периоды вариаций изменяются от долей секунды до нескольких месяцев. Кроме того, существуют вариации и среднегодовыхзначений элементов. Поэтому вариации в зависимости от их периодаможно разделить на два принципиально различных типа: быстротечные периодического характера и медленные вариации среднегодовыхзначений элементов геомагнитного поля.
Последние называются вековыми ввиду большой длительности их периодов.Таблица 5Географические координаты магнитных полюсов Земли( п о Б .М . Яновскому, 1978)Северный полюсЭпоха, годЮжный полюсШирота,севернаяДолгота,западнаяШирота,южнаяДолгота,восточная160078°42'50ЧЮ'81°16'169°30'170075°5Г68°48'77°12'155Ч5'182973°21'93°56'72°40'150°45'192271°00'96°00'72°25'154°00'195072°00'96W70°00'150°00'197075°00'101W66°20'140°00'Таблица 6М агнитные параметры в системах единиц СИ и СГСсгсМагнитнаяиндукциявтесла (Тл) *- генри (Гн) • А • м~ 2 =“ кг • А-1 • с -2гаусс (Гс)I Тл - 10 4 ГсНапряженностьНА • м- 1эрстед (Э)1 А • м-1 - 4 л ■ 1<Г3 ЭНамагниченностьIА • м -1ед.
СГСМ • см ~31 А • м - 1 - 10~3ед. СГСМ • см- 3МагнитныймоментМА • м2ед. СГСМ1 А • м2 - 1 0 3 ед. СГСММагнитныйпотокФвебер (Вб) - Гн • А =* кг • м2 • А-1 • с 2максвелл (Мкс)1 Вб - 108 МксП роницаемость вакуума/“ оо1ы>ЛГнсиI IIIП *X1СимволПараметр1 СГСМСоотношение4 • 10- 7 Гн • м "1= 1 СГСМИсследования обоих типов вариаций показали, что они различаются не только по величинам их периодов, но и по происхождению. Источники быстротечных вариаций находятся в верхних слоях атмосферы — это токовые системы и системы взаимодействиякорпускулярного излучения Солнца (солнечного ветра) с силовыми линиями геомагнитного поля в околоземном пространстве.
Источники вековых вариаций расположены в ядре Земли, там же, гдегенерируется основное, или главное, геомагнитное поле.Помимо главного геомагнитного поля и его вековых вариаций,а также поля быстротечных вариаций (электромагнитного поля) существует еще поле, создаваемое намагниченными горными породами, расположенными в земной коре. Это поле называется аномальным геомагнитным полем. Таким образом, наблюдаемое на поверхности Земли геомагнитное поле является суммой трех полей, источники которых имеют различные физические механизмы происхождения и различное месторасположение:1) главное геомагнитное поле и его вековые вариации (источникирасположены в ядре Земли);2) аномальное геомагнитное поле (источники расположены в земной коре);3) электромагнитное поле (внешнее поле, источники расположеныв околоземном пространстве).Вклад главного поля в поле, наблюдаемое на поверхности Земли,составляет более 95%, аномальное поле вносит около 4% и внешнееполе — менее 1%.М Е Т О Д Ы И ЗМ ЕРЕН И Я ГЕОМ АГН ИТН ОГО П ОЛ ЯМагнитное поле можно измерять с помощью постоянных магнитовили индукционных катушек, с помощью материалов, обладающихвысокой магнитной проницаемостью, и элементарных частиц.
В настоящее время в магнитных приборах используются квантовомеханические эффекты при низких температурах.Самым старым магнитным прибором является компас. Он представляет собой небольшой, удлиненной формы постоянный магнит,свободно вращающийся вокруг вертикальной оси. В магнитном поленапряженностью Н на стрелку компаса с магнитным моментом Мдействует механический моментР=[ м н J = M H sin© ,(4.1)где © — угол между направлениями М и Н. В случае если момент силтрения стрелки на оси вращения мал по сравнению с Р , стрелкаориентируется вдоль Н, так как при 0 = 0 момент сил Р = 0.С помощью компаса определяется направление магнитного меридиана в данной точке земной поверхности.
Если в этой же точкеизвестно направление географического меридиана, то угол междудвумя меридианами есть угол магнитного склонения D. Для определения D при магнитных съемках используются буссоли с диоптрами имагнитные теодолиты.Наклонение — угол между горизонтальной плоскостью и направлением вектора В — измеряется с помощью магнитной стрелки илииндукционной катушки, свободно вращающейся в плоскости магнитного меридиана. Соответствующие приборы называются стрелочными индукционным инклинаторами.
В индукционном инклинаторе вовращающейся в геомагнитном поле катушке наводится эдс до техпор, пока она не установится по направлению В. Угол между горизонтальной плоскостью и магнитной стрелкой (или индукционнойкатушкой) есть угол магнитного наклонения / . Существуют и другиеприборы для измерения / , однако принцип измерения остается такимже, как вышеописанный. Дол гое время, начиная с открытия склонения и наклонения, измерялись только угловые элементы геомагнитного поля. Лишь в 1839 г. К.
Гаусс дал теоретическое обоснованиеметода измерения горизонтальной составляющей Я в абсолютныхединицах и разработал технику эксперимента.На магнитных обсерваториях и при наземных магнитных съемках уже в течение длительного времени для измерения Н используется кварцевый магнитометр (QHM), принцип работы которого основан на идеях Гаусса. В приборе на вертикальной тонкой кварцевойнити с коэффициентом кручения к подвешен горизонтальный магнитс моментом М. В исходном состоянии магнит ориентируется в некотором направлении в горизонтальной плоскости, которое определяетсяравенством моментов магнитных и механических сил:М Н sin <р = ф ,(4.2)где <р — угол между М и Я, /? — угол, на который закрученакварцевая нить в исходном состоянии.
Величины углов <р и /? неизвестны, однако по прецизионной шкале (в градусах и минутах),расположенной вокруг магнита, с помощью оптической системы фиксируется исходное направление магнита.Если закрутить нить на угол, равный 2кл, где к — целое число, томагнит отклонится от исходного положения на угол © t. Новое условие равновесия будетМ Н sin (<р + © t) = с (2кж + ^ .(4.3)При закручивании нити на 2кл в противоположную сторону имееманалогичное (4.3) условие равновесия:М Н sin ([р — ©j) = с(^—2кл +.Заменим в уравнениях (4.3) и (4.4) величину ф согласно (4.2) :Я sin (<р +Я sin (<р — @2) =2клс=+ Я sin <р,r) ] c j Z C+ Я sin <р.(4.4)Решая (4.5) относительно Я, получаем©, + ©7/ в , + ©9(4.6)Величину угла (р можно получить, складывая почленно (4.3) и(4.4):sin ©j —sin ©2(4.7)Таким образом, при известных с и М путем измерения ©j и ©2на кварцевом магнитометре можно определить абсолютное значение Я.
При точности измерения углов до ± О, Г погрешность измерения Я не превышает ± 1 нТл.Один из распространенных приборов для измерения вертикальной составляющей Z — магнитометр под названием “магнитныевесы”, который представляет собой магнит, свободно вращающийся ввертикальной плоскости, как это имеет место в инклинаторе. Принцип измерения Z магнитными весами основан на уравновешивании момента вращения [ZH] моментом силы тяжести. Так как сила тяжести в определенной части земной поверхности постоянна,изменения угла между магнитом и горизонтальной поверхностьюбудут зависеть только от изменений Z. Фактически весы измеряютприращения A Z относительно какого-то исходного значения Z0, которое определяется путем градуировки или на магнитной обсерватории.В практике магнитных съемок широкое применение находят приборы, измеряющие модуль вектора В, который принято обозначать Т.Таким прибором является протонный магнитометр, принцип работы которого основан на зависимости частоты вращения протоновот напряженности поля (теорема Лармора):(о = у Н ;(4.8)для протона у = e fil2 m pc, гдее, тр — заряд и масса протона, с —скорость света, уЗ — постоянный коэффициент.
В качестве источников протонов в приборе применяют воду. Измерение частоты колебаний производится с высокой точностью, поэтому с помощью протонного магнитометра возможно измерение Т с погрешностью неболее ± 1 нТл. В последние десятилетия для измерения Т применяют также квантовые, сверхпроводящие и другие типы магнитометров.И ССЛ ЕДО ВАН И Я ГЕОМ АГН И ТН ОГО П О Л Я,ЕГО АН АЛИ ТИ ЧЕСКАЯ ЗАВИ СИ М О СТЬО Т ГЕОГРАФ И Ч ЕСКИ Х К О О РД И Н А ТИсследования геомагнитного поля начинаются с непосредственных наблюдений пространственного распределения поля и его временных изменений (вариаций) на поверхности Земли, в атмосфереи в околоземном пространстве.
Наблюдения заключаются в измерениях элементов или модуля геомагнитного поля в различных точках и носят название магнитных съемок. Съемки подразделяютсяна наземные, морские (гидромагнитные), воздушные (аэромагнитные) и спутниковые. Они различаются методикой проведения и требуют специальной аппаратуры.Геомагнитное поле имеет очень сложное распределение по поверхности Земли, однако проблема установления закономерностейэтого распределения значительно усложняется тем, что поле изменяется с течением времени и эти изменения (вековые вариации) имеют различный характер в разных точках земного шара. Добавимдля полноты картины еще и то, что скорость изменения поля АВ / At(t берется в годах), называемая вековым ходом, также не остаетсяпостоянной во времени.Таким образом, магнитные съемки поверхности Земли и отдельных регионов должны проводиться практически непрерывно,по крайней мере до тех пор, пока не будут установлены аналитические зависимости вековых вариаций от времени для разных точекземной поверхности.
Последняя задача, имеющая фундаментальноезначение для земного магнетизма, еще очень далека от своего решения.Полученные в результате магнитных съемок данный о распределении поля представляются в виде магнитных карт и каталогов.При построении магнитных карт, как уже отмечалось, применяетсяметод изолиний, т.е. кривых, соединяющих на карте точки с одинаковыми значениями соответствующего элемента или модуля геомагнитного поля.В связи с временными изменениями поля составление магнитных карт приурочивается к середине какого-либо года (к ОО hOO т1 июля), и этот момент называется эпохой. Например, карта, составленная для O O hO O m 1 июля 1970 г.,*называется магнитной картойдля эпохи 1970,5 года.Магнитные карты строятся для ограниченной территории, региона, целой страны и для всего земного шара.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
