В.А. Магницкий - Общая геофизика (скан) (1119281), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Магнитные бури несут информацию о сложных взаимодействиях верхней атмосферы Земли с корпускулярным излучением Солнца (солнечным ветром). Намагниченные горные породы обладают свойством "магнитной памяти" о древнем геомагнитном поле, в котором они намагнитились. Поэтому тщательное "палеомагнитное" изучение истории геомагнитного поля позволяет получать ценную информацию о строении и эволюции Земли. В частности, это дало возможность выдвинуть гипотезу о конвективных движениях жидкого ядра, основанную на факте существования поля и его длиннопериодных (вековых) вариаций, разработать концепцию спрединга океанского дна, базирующуюся на структуре линейных океанских геомагнитных аномалий и палеомагнитохронологической шкале геомагнитных инверсий.
В результате изучения индуцированных полей были открыты аномалии электропроводности в литосфере. Геомагнетизм находит широкое применение при решении многих практических задач. При разведке полезных ископаемых магнитными методами определяются геомагнитные аномалии, обус- 60 ловленные залежами железных- руд-и-других-полезных- ископаемых.
для решения поисковых задач используется также тонкая структура чередования направления намагниченности горных пород, связанная с инверсиями геомагнитного поля, и зависимость между временными вариациями магнитного и электрического полей. ЭЛЕМЕНТЫ ГЕОМАГНИТНОГО ПОЛЯ Магнитное поле в какой-либо точке О земной поверхности с координатами р (географическая широта) и А (долгота) характеризуется магнитной индукцией В (рис, 4,1), Введем в точке О прямоугольную систему координат, в которой х направляется на географический север, у — на восток, г — вертикально вниз. В Северном полушарии Земли вектор геомагнитной индукции В направлен вниз от горизонтальной плоскости х, у. Его проекции на соответствующие оси называются северной (Х), восточной (У) и вертикальной (2) составля- к)Ф „аса ющими геомагнитного поля.
Проекция В на горизонтальную пло- 1' сс 3С скость х, у называется горизонтальной составляющей и обозна- и', чается через Н, Горизонтальная О ! составляющая Н в отличие от Х, У, Е является вектором, так в„ ! 1 о~, как она определяется не только 1 абсолютной величиной, но и на- ! правлением на (х, у)-плоскости. ! Если Ох — направление геогра- ! фического меридиана в точке О, ! то ОН вЂ” направление геомаг- ! ! нитного меридиана, в общем слу! ! чае не совпадающее с направлени- .! ! ем географического.
Угол между ! геомагнитным и географичес- ! ким меридианами называется уг- !. лом магнитного склонения (О), угол между горизонтальной плоскостью и направлением  — углом магнитного наклонения (|'). Рис. 4.|. Схема определения геомагнит- .О,,| принято называть угловы ной индукции В в некотоРой точке О с географическими координатами (~Р, (). ми, а Х, У, 2, Н вЂ” силовыми зле- проекции н,х, у, уиуглыо(магнит- ментами геомагнитного поля (или ное склонение) и у (магнитное наклоне- земного магнетизма) Различные ние) — элемен™геомагнитного поля комбинации вышеперечисленных элементов полностью определяют вектор В: Х, У, У вЂ” в прямоугольной системе координат, 2, Н, Р— в цилиндрической и 1В1, 1Э, Х вЂ” в сферической системе. Между элементами существуют простые соотношения: 1/г 22 (Х2+ у2+ Х2) 2 22 у/Х 2ВУ =.Е/Н = Е/~Х + У ), В = Х/сои 22 сои У и 2.п.
В связи с тем что склонение й есть угол между направлениями на географический и магнитный север, для его измерения необходимо определять направление на географический север с помощью астрономических наблюдений, обычно по положению Солнца или полярных звезд. Магнитное склонение считается положительным при отсчете угла Ю на восток и отрицательным при отсчете на запад, На магнитных картах элементы геомагнитного поля представляются в виде линий равных значений (изолиний). Изолинии склонения О называются изогонами, изолинии наклонения У вЂ” изоклинами, изолинии Х, У, Е и Н вЂ” изодинамами соответствующих элементов. Величины У, У положительны в северном полушарии, Индукция В геомагнитного поля имеет различные величину и направление в разных точках земной поверхности.
Минимальные значения В наблюдаются на геомагнитном экваторе, который определяется условием Х = О. Максимального значения В достигает на магнитных полюсах, на которых У = ~~г. Магнитные полюсы и магнитный экватор не совпадают с географическими полюсами и географическим экватором соответственно. Координаты магнитных полюсов Земли приведены в табл. 5. Средняя геомагнитная индукция в системе единиц СИ составляет около 50 000 нТл, на магнитном экваторе В = 35 000 нТл, на магнитных полюсах В = 65 000 нТл.
Геомагнитное поле принято также характеризовать его напряженностью. Соотношения между основными магнитными параметрами в системах СИ и СГС дано в табл. б. Наблюдения элементов геомагнитного поля, производящиеся в различных 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 среднегодовых значений элементов. Поэтому вариации в зависимости от их периода можно разделить на два принципиально различных типа: быстротечные периодического характера и медленные вариации среднегодовых значений элементов геомагнитного поля. Последние называются вековыми ввиду большой длительности их периодов. б2 Таблица 5 Географические координаты магнитных полюсов Земли ~по.Б.М. Яновскому, 1978) Таблица 6 Магнитные параметры в системах единиц СИ и СГС Исследования 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 взаимодействия корпускулярного излучения Солнца (солнечного ветра) с силовыми линиями геомагнитного поля в околоземном пространстве. Источники вековых вариаций расположены в ядре Земли, там же, где генерируется основное, или главное, геомагнитное поле.
Помимо главного геомагнитного поля и его вековых вариаций, а также поля быстротечных вариаций (электромагнитного поля) су- бЗ ществует 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 (источники расположены в ядре Земли); 2) аномальное геомагнитное поле (источники расположены в земной коре); 3) электромагнитное поле (внешнее поле, источники расположены в околоземном пространстве) .
Вклад главного поля в поле, наблюдаемое на поверхности Земли, составляет более 95%, аномальное поле вносит около 4% и внешнее поле — менее 1%. МЕТОДБЗ ИЗМЕРЕНИЯ ГЕОМАГНИТНОГО ПОЛЯ Магнитное поле можно измерять с помощью постоянных магнитов или индукционных катушек, с помощью материалов, обладающих высокой 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 поле напряженностью Н на стрелку компаса с магнитным моментом М действует механический момент Р= МН =МНяпО, (4.1) где Π— угол между направлениями М и Н, В случае если момент сил трения стрелки на оси вращения мал по сравнению с Р, стрелка ориентируется вдоль Н, так как при й = О момент сил Р = О, С помощью компаса определяется направление магнитного меридиана в данной точке земной поверхности. Если в этой же точке известно направление географического меридиана, то угол между двумя меридианами есть угол магнитного склонения й, Для определения 0 при магнитных съемках используются буссоли с диоптрами и магнитные теодолиты.
Наклонение — угол между горизонтальной плоскостью и направлением вектора  — измеряется с помощью магнитной стрелки или индукционной катушки, свободно вращающейся в плоскости магнитного меридиана. Соответствующие приборы называются стрелочным 64 МНя'пр = сР, (4.2) где р — угол между М и Н, Р— угол, на который закручена кварцевая нить в исходном состоянии. Величины углов р и р 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 2йл, где й — целое число, то магнит отклонится от исходного положения на угол О~.
Новое условие равновесия будет МНя!п(р+ й 1 = с(2Ы+ ф). (4,3) При закручивании нити на 2Ьс в противоположную сторону имеем аналогичное (4,3) условие равновесия: МН я1п (р — О,1 = с ( — 1Ш + ф) . Заменим в уравнениях (4.3) и (4.4) величину сф согласно (4.2): (4.4) Н я'и (р + О 1 = — + Н я'и у, 2Флс Н яп (у> — 02) = + Н яп р, 2Ыс (4.5) и индукционным инклинаторами. В индукционном инклинаторе во вращающейся в геомагнитном поле катушке наводится эдс до тех пор, пока она не установится по направлению В. Угол между горизонтальной плоскостью и магнитной стрелкой (или индукционной катушкой) есть угол магнитного наклонения У.
Существуют и другие приборы для измерения У, однако принцип измерения остается таким же, как вышеописанный, Долгое время, начиная с открытия склонения и наклонения, измерялись только угловые элементы геомагнитного поля. Лишь в 1839 г. К. Гаусс дал теоретическое обоснование метода измерения горизонтальной составляющей Н в абсолютных единицах и разработал технику эксперимента. На магнитных обсерваториях и при наземных магнитных съемках уже в течение длительного времени для измерения Н используется кварцевый магнитометр ((,)НМ), принцип работы которого основан на идеях Гаусса. В приборе на вертикальной тонкой кварцевой нити с коэффициентом кручения Й подвешен горизонтальный магнит с моментом М. В исходном состоянии магнит ориентируется в некотором направлении в горизонтальной плоскости, которое определяется равенством моментов магнитных и механических сил: Решая (4;5) относительно Н, получаем 1 2 1 2 Н = 2Вгс/М яп 2 соз + Ю .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
