0700620_0CA3B_tyapkin_k_f_fizika_zemli

реднього положення палеомагнітних полюсів географічної полюсу С.

На рис. 18 наведено стеріограми переміщення віртуального магнітного полюса в попередні тисячоліття, складені за археомагнітними даними на території України і Молдови Г.Ф. Загнієм і О.М. Русаковим [71]. Автори, зазначаючи складну петлеподібну траєкторію, підкреслюють переважаюче в часі зміщення віртуального магнітного полюса проти годинникової стрілки, тобто східний дрейф дипольного поля з основним періодом порядку 1 200 років.

Встановлено, що палеомагнітні полюси впродовж усієї геологічної історії Землі безперервно змінювали своє положений відносно сучасного положення географічних полюсів, а це означає, що й географічні полюси безперервно мігрували по поверхні Землі. Середню лінію, проведену відносно палеомагнітних полюсів, винесених на сучасний геоїд, називають кривою міграції полюсів. Виявляється, що криві міграції, побудовані за результатами палео-

в

Рис. 18. Дрейф віртуальних геомагнітних полюсів за археомагншшми даними для України і Молдови [71]:

а — за період і XXXV по ХХЇ століття до н. е.; 6 — за період з XVII по І століття до Н. в.; в - 3£

період ч Т століття до н. е. по XX століття н. е. (римськими цифрами позначено століття, середини яких стосуються положення віртуальних геомаї нітних полюсів)

49

Рис. 19. Криві міграції палеомагнітних полюсів, що встановлюються за даними, отриманими для різних континентів або їхніх частин [57]:

1 -- Північна Америка: 2 — Європа; і - .Африка; 4 — Індія; 5 - Австралія

магнітних досліджень на зразках із різних континентів, не збігаються між собою, причому розбіг кривих міграції тим більший, чим давніша епоха, що розглядається (рис. 19). Цей факт використовується прибічниками нової глобальної тектоніки як доказ диференціальних зміщень літосферних плит одна відносно одної.

Можливе також інше пояснення цього факту. Річ у тім, що елементи давнього геомагнітного поля визначаються відносно сучасного геоїда, який вилатається деформованим порівняно з дав • нім. Причому ступінь його деформації пропорційний різниш між давньою епохою, шо вивчається, і сучасною. Отже, розбіг між обчислюваними координатами полюсів у різних точках Землі повинен збільшуватись з часом. На жаль, цій проблемі не приділяють належної уваги під час аналізу палеомагнітних даних.

5 0

На рис. 20, а наведено положення палеомагнітних полюсів у фанерозої за результатами палеомагнітних досліджень у межах Східно-Європейської платформи. Вони утворюють складні поєднання, концентруючись у «хмари» за ерами. Там само подано криву міграції полюсів. Вона відображує загальну тенденцію їхнього переміщення, а не реальну траєкторію. Г.М. Стовас обчислила середні положення палеомагнітних полюсів за геологічними періодами. Осереднені положення полюсів сполучені між собою лініями (див. рис. 20, б). Отриманий графік зміни положення полюсів також не можна вважати траєкторією руху полюса, оскільки в інтервалі між середніми значеннями шлях полюса залишається невідомим. Однак з аналізу графіка випливає важливий висновок: переміщення палеомагнігного полюса по поверхні Землі в ранні геологічні епохи було не монотонним в одному напрямку, а складним, петлеподібним.

Деякі уявлення про форму траєкторій палеомагнітних полюсів дає траєкторія Північного полюса, обчислена О.М. Русаковим за даними, отриманими в межах Східно-Європейської платформи для мезозою (див. рис. 20, в). Привертає увагу складний п е т л е - п о д і б н и й характер траєкторії. Мабуть, такі петлеподібні ділянки траєкторій є результатом додавання монотонної регіональної складової рух;.' полюса і близьких до колових або еліптичних періодичних складових. На рисунку виявляються лише складові з ве.тикими періодами порядку десятків мільйонів років.

Ще важче визначити траєкторію палеомагнітного полюса в докембрії. Головна трудність полягає в дуже обмеженій кількості ілалеомагнітних даних і значно більшому інтервалі часу. Однак наявні відомості про положення полюсів у докембрії, отримані за результатами палеомагнітних вимірювань у Північній Америці та Африці, в поєднанні з результатами геохронологічного визначення віку порід свідчать про складний п е т л е п о д і б н и й рух полюса по поверхні Землі (рис. 21).

Недипольне поле та його варіації. Аналітичний метод розкладання потенціалу магнітного поля Землі в ряд дає змогу кількісно розділити спостережуване поле на дипольне і недипольне, що іноді називають полем материкових аномалій. У цьому разі використовується гіпотеза централ,ного диполя. На рис. 22, а наведено п.рту вертикальної і горизонтальної складових поля світових магнітних аномалій. Як видно з рисунка, на земній поверхні спостепіїаються, принаймні, шість великих світових магнітних аноматій, інтенсивність яких в екстремумах досягає однієї чверті мак- нм,-; а,них значень напруженості магнітною поля Землі.

5 1

Рис. 21. Передбачувані траєкторії руху магнітних полюсів у докембрії, побудовані

Г.Споллом [276]:

аза даними Мак Елхіні та ін.; б — за даними Дж. Булларда та ін. Цифри на рис. відповідають раціотоохронологічному віку зразківгірськихпорід, використаних для визначення положення полюсів

Важливою особливістю світових магнітних аномалій вважають так званий західний дрейф, під яким розуміють переміщення всієї системи ізоліній світових магнітних аномалій зі сходу на захід. Швидкість західного дрейфу характеризують величинами порядку 0°, 1—0°,3. Е. Буллард [258], що детально вивчав це питання, дістав значення 0°,І8 ± 0°,015. Е. Вестін [283] крім цього встановив менше зміщення на північ, яке він пояснює дрейфом ексцентричного диполя навколо осі, перпендикулярно до осі обертання Землі, і в площині меридіана X = 264° сх. д.

В а р і а ц і ї м а г н і т н о г о п о л я 8Т включають складне поєднання різноперіодних компонент. Найцікавішими є так звані

вікові варіації, або віковий хід магнітного поля, що є зміною серед-

ньорічних значень елементів земного магнетизму в часі. На жаль, даними прямих вимірювань магнітного поля в одиничних точках (Лондон, Париж, Рим) дослідники оперують в інтервалі часу порядку 400 років, а в більшості обсерваторій спостереження про-

рис. 20. Положення палеомагнітних полюсів у різні геологічні епохи:

5 3

водять всього 100—120 років. Поповнити відомості про геомагнітне поле за останні століття можуть непрямі дані про елементи магнітного поля, отримані внаслідок археомагнітних досліджень. Природно, їхня точність значно нижча, ніж точність прямих вимірювань. Зокрема, похибки датування в середньому становлять 10 % віку отримуваних вимірювань, але археомагнітні дослідження дають змогу розширити епоху, що вивчається, до 10 тис. років. Нижче наведено деякі дані, отримані із сукупності результатів прямих вимірювань елементів магнітного поля та археомагнітних даних.

На рис. 22, б наведено карту ізопор вертикальної складової напруженості магнітного поля, побудованої Е. Вестіном [260] для епохи 1942 р. Привертає увагу багато спільних рис цієї карти з картою недипольного поля (див. рис. 22, а). Порівняння коефіцієнтів розкладання магнітного поля Землі і його вікової варіації підтверджує висновок про переважання у віковій варіації високочастотних компонент, тобто про переважний зв'язок вікової варіації з недипольним полем.

Істотними особливостями розподілу ізопор є їхня рухливість у часі та зміна значень 57 в екстремумах. Перелічені зміни картини ізопор дуже подібні на зміщення центрів світових магнітних аномалій на захід і також називаються західним дрейфом. Е. Вестін та ін. [285] за даними магнітних обсерваторій визначив швидкість західного дрейфу поля вікових варіацій —0°, 18 за рік.

Така сама швидкість отримується і за археомагнітними даними за останню тисячу років [31]. Крім західного дрейфу екстре-

кулі) зміщення, але швидкості цих зміщень набагато менші, ніж західний дрейф. Вікові варіації різних періодів можна розкласти на дрейфуючу і недрейфуючу компоненти. Співвідношення цих компонент різне. Найчіткіше західний дрейф виражений у варіації з 600-річним періодом. У варіації з періодом 60 років, навпаки, переважає недрейфуюча компонента. Звідси можна зробити висновок, що віковий хід магнітного поля не можна пояснити тільки наявністю західного дрейфу світових магнітних аномалій, а варто передбачити існування власних джерел вікових варіацій магнітного поля.

Рис. 22. Карти вертикальної і горизонтальної складових поля світових магнітних аномалій (а) (ізолінії подано в мікротеслах за рік) та ізопор вертикальної складової напруженості магнітного поля (б) для епохи 1942 р. (ізолінії подано в нанотеслах за рік)

54

180й

180

Цікаві дані про західний дрейф вікових варіацій магнітного поля отримав Т. Юкутакі [288], виключивши їхню недрейфуючу частину. Виявилось, що в різних точках земної поверхні швидкість західного дрейфу вікових варіацій компонент напруженості магнітного поля коливається від 0,62 до —0,30 град/рік. Навряд чи це випадкові відхилення. Т. Юкутакі пояснив це впливом не~ однорідностей у мантії, що деформує ізолінії магнітного поля, які виникають на межі ядра і мантії.

Г.Ф. Загній та О.М. Русаков [71] вважають, що західний дрейф зумовлений не зміщенням осередків вікового ходу ходу, а результатом взаємодії пульсівних стаціонарно розмішених джерел типу світових магнітних аномалій і дипольного поля. Коротко їхня гіпотеза полягає в такому.

У рідкому ядрі перебуває ексцентричний магнітний диполь, який зазнає прецесії переважно у східному напрямку зі швидкістю 0,3 град/рік, зберігаючи сталими амплітуду і частоту прецесії. Одночасно він переміщується на північний схід. У певні епохи на межі ядро—мантія зароджуються джерела світових магнітних аномалій. Внаслідок взаємодії поля головного диполя світової аномалії виникає дрейф центрів вікового ходу магнітного поля: західний, якщо поля перебувають у протифазі, або східний, якщо вони збігаються за фазою. Джерела недипольного поля жорстко зв'язані з мантією, а інтенсивність світових магнітних аномалій змінюється, оскільки всі джерела

Ї.М. Пудовкін і Г.Є. Валуєва [165] довели, що коли для обчислення світових магнітних аномалій за нормальне поле прийняти поле ексцентричного диполя (а не жорстко зв'язаного з віссю обертання Землі або її центром), то екстремуми залишкового поля за весь досліджуваний період (1885—1965 рр.) не змінюють своїх положень. Отже, західний дрейф світових магнітних аномалій зумовлений дрейфом головного ексцентричного диполя.

Проблему фізичної природи світових магнітних аномалій нині не можна вважати розв'язаною. Існує дві групи альтернативних поглядів на цю проблему. Прибічники першої групи [155, 160 та ін.] пов'язують великі регіональні і світові магнітні аномалії, а також пот. вікових варіацій з явищами у земній корі Прибічники

5 6

другої групи поглядів [76, 152, 257 та ін.], якій нині віддають перевагу, пояснюють виникнення аномалій наявністю системи диполів, розміщених у рідкому ядрі поблизу межі ядро — мантія або відповідних цим диполям струмів, а останнім часом — неоднорідностями на межі ядро — мантія, що порушують «нормальну» конвекцію речовини у рідкому1 ядрі.

Спектр періодів часових варіацій. За результатами вимірювань магнітного поля в обсерваторіях і пунктах вікового ходу, а також гармонійного аналізу археомагнітних даних встановлюється дискретний характер спектра періодів вікової варіації: 22, 50—70 (60), 120, 180, 350, 500—600, 1000, 7000—8000 років. У цьому разі варіація з періодом -600 років виражена найчіткіше і має максимальну амплітуду.

У зв'язку з обмеженістю палеомагнітних даних про варіації магнітного поля у давні геологічні епохи важко встановити можливі періоди цих варіаційОднак багато дослідників називають періоди вікових варіацій порядку 30, 150 і 250—300 тис. років. Г.М. Пегрова і С.П. Бурлацька у своєму огляді [153], грунтуючись на наявних нині даних (прямі спостереження за геомагнітним полем, архео- і палеомагнітні дослідження), наводять такий спектр періодів коливань геомагнітного поля: 11,4; 20; 60; 360; 600; 900; 1200; 1800; 3000; 8000; 30 000; 150 000; 250 000—300 000 років. Причому вони підкреслюють, що помилка в оцінюванні періоду вже для коливань ~104 років становить не менше 10 %, а для коливань -105 років може досягати 20 %.

2.5. Взаємозв'язок магнітного поля з іншими геофізичними явищами

Магнітосфера. Відомо, що в міру віддалення від поверхні Землі вплив магнітних неоднорідностей її верхніх оболонок зменшується і геомагнітне поле наближається до дипольного. Поряд з цим відбувається взаємодія геомагнітного поля з сонячним вітром. Внаслідок такої взаємодії в потоці сонячного вітру утворюється порожнина, вздовж межі якої у вузькому (— 107 см) перехідному шарі течуть електричні струми, поле яких повністю компенсує геомагнітне поле у просторі поза порожниною. Отже, силові лінії геомагнітного поля виявляються повністю замкненими всередині порожнини, що дістала назву магнітосфери (рис. 23). Схему деформування силових ліній геомагнітного поля за даними штучних супутників Землі [243] наведено на рис. 23, а. Штрихо-

57

вими лініями зображено силові лінії земного диполя, а суцільними — геомагнітного поля.

Межа магнітосфери з боку Сонця розміщена на відстані порядку десяти радіусів Землі. З протилежного боку простягається своєрідний шлейф магнітного поля Землі (див. рис. 23, б), інтенсивність якого в районі орбіти Місяця становить 10— 18 нТл, а напрямок майже паралельний до лінії Земля — Сонце. У середній частині шлейфа розміщений нейтральний шар. Перехідна ділянка обмежена з одного боку магнітосферою, а з другого — відхідною ударною хвилею сонячного вітру. Це потік турбулентної плазми і флуктуючого магнітного поля.

Геомагнітні і географічні полюси. Користуючись наведеною в п. 1.3 теоремою про відповідність середнього положення геомагнітного полюса (за ін тервал часу порядку 104 років) географічному по-

люсу, можна відновлювати траєкторію географічного полюса за палеомагнітними даними. Зокрема, з даних про зміщення географічного полюса і зміну положення палеомагнітних полюсів випливає висновок: траєкторія руху палеогеографічного полюса є складною петлеподібною кривою, що характеризує поступальний рух полюса по геосфері, з накладеними на нього періодичними компонентами різних порядків. Найбільш короткоперіодні ком-

58