2.9. Магнитная активность

Суперпозиция магнитных возмущений создает сложную картину геомагнитного поля. При анализе явлений, связанных с вариациями магнитного поля Земли, удобно характеризовать изменения магнитного поля во времени величиной, выражающей степень его возмущенности. Эту величину называют магнитной активностью, или магнитной возмущенностью.

Если магнитное поле за какой-либо промежуток времени остается неизменным, то магнитная активность за это время считается равной нулю. Если же происходят сильные изменения магнитного поля, то магнитная активность Земли достигает большой величины. Магнитная активность тем больше, чем больше амплитуда колебаний элементов земного магнетизма, а также чем больше происходит колебаний в единицу времени.

Степень возмущений зависит от сезонной и периодической – одиннадцатилетней солнечной активности, она оценивается локальным индексом К по девятибалльной шкале /37/. Каждому баллу соответствует амплитуда колебаний магнитных элементов за трехчасовой промежуток, исправленная с учетом спокойного суточного хода. Величина индекса зависит от широты места магнитных измерений. Для широты Перми минимальная возмущенность К=1 характеризуется амплитудой 5-9 нТл, а максимальной К=9 соответствует амплитуда изменения вариаций 500-550 нТл.

2.10. Причины магнитного поля Земли

Несмотря на то, что наука о земном магнетизме имеет большую историю, причина, по которой Земля обладает собственным магнитным полем, остается невыясненной. Для объяснения земного магнетизма время от времени выдвигались гипотезы, однако впоследствии они отвергались из-за лежащих в их основе ошибочных положений. Единственная обнадеживающая теория, разработанная довольно подробно, – это так называемая теория динамо, основанная на генерации электрических токов в глубоких областях Земли по принципу самовозбуждения.

Предложенные гипотезы о происхождении земного магнетизма можно разделить на две группы. Первая группа предположений базируется на действии постоянной намагниченности горных пород земных недр. Вторая группа гипотез объединяет мнения ученых о формировании электромагнитного возбуждения внутри Земли.

Долгое время объяснение существования геомагнитного поля основывалось на предположении, что сама Земля является постоянным магнитом. Намагниченные горные породы Земли возбуждают вокруг себя магнитное поле. Однако такое предположение едва ли может считаться истиной с точки зрения современных знаний о земных недрах. Известно, что температура Земли уже на глубине нескольких километров превышает точку Кюри ферромагнитных минералов, поэтому предполагаемого постоянного намагничения там не может происходить. Кроме того, если учесть действие давления на возрастание точки Кюри, то существующие эксперименты и теоретические исследования не подтверждают постоянства намагничения земных недр. Если рассматривать только приповерхностный слой горных пород, то необходимо предположить, что он должен состоять из абсолютно чистого магнетита, но это кажется невозможным.

Т. Нагата /28/ считает данное предположение недопустимым, так как для создания существующего магнитного поля Земли требуется намагниченность гораздо больше наблюдаемой. Исходя из этого большинство геофизиков считает, что гипотеза постоянной намагниченности неверна.

Факт существования электрических токов, циркулирующих внутри Земли, позволяет выдвигать много гипотез возникновения внешнего магнитного поля, основанных на гиромагнитном эффекте, термоэлектрическом эффекте, эффекте Холла, эффекте сжатия и других. Наиболее приемлемой считается гипотеза магнитного гидродинамо, разработанная на признании существования жидкого внешнего ядра. Тепловая конвекция, т.е. перемещение вещества во внешнем ядре, способствует образованию кольцевых электрических токов. Скорость перемещения вещества в верхней части жидкого ядра несколько меньше, а в нижних слоях – больше, чем в мантии. Медленные течения вызывают формирование кольцеобразных (тороидальных), замкнутых по форме электрических полей, не выходящих за пределы ядра. При взаимодействии тороидальных электрических полей с конвективными течениями во внешнем ядре возникает суммарное магнитное поле дипольного характера, ось которого примерно совпадает с осью вращения Земли. Для запуска подобного процесса необходимо начальное магнитное поле, которое может генерироваться гиромагнитным эффектом, когда вращающееся тело намагничивается в направлении оси его вращения. Реальные процессы, происходящие в земном ядре, намного сложнее, они описываются законами магнитогидродинамики, изучающей магнитные и электрические свойства проводящей жидкости. Гипотеза возникновения геомагнитного поля за счет конвекции проводящего жидкого вещества внешнего ядра и вращения Земли на сегодняшний день является наиболее разработанной и общепризнанной.