Вопрос 44. Мпз. Магнитные полюса Земли. Элементы земного магнетизма. Магнитные карты изогон, изоклин и изодин.

Уже более 1000 лет назад китайцы знали о существовании магнитного поля Земли (геомагнитного поля). Им, как и народам Древнего Египта и Вавилона, было известно, что магнитная стрелка в любой точке земной поверхности стремится занять определенное положение, примерно совпадающее с направлением север- юг. Если же эту магнитную стрелку помещать в различные и удаленные друг от друга пункты земной поверхности, то можно заметить, что стрелка устанавливается в неодинаковых направлениях относительно линии север- юг. Это означает, что применительно ко всей поверхности Земли магнитное поле неоднородно. Многие ученые занимались изучением МПЗ ( Перегрин, Гильберт, Галлей, Грехем, Ломоносов, Кулон, Арго и др.).

Первая магнитная карта в изолиниях была составлена в 1701 г. английским физиком и астрономом Э. Галлееем. А.Ф.Грехем в 1722 г. установил суточные вариации склонения. Кулон в 1785 г. установил закон взаимодействия полюсов, а Д.Ф.Араго в 1872 г. обнаружил вариации интенсивности МПЗ.

В 19 в. начали создаваться магнитные обсерватории. Магнитометрию начинают применять в разных странах для поиска железорудных месторождений. Без информации о МПЗ невозможна современная морская и воздушная навигация.

В настоящее время считается, что геомагнитное поле в первом приближении можно идентифицировать с полем короткого стержнеобразного магнита (диаметром 200 км и длиной 4000 км) или диполя, расположенного вблизи его центра. Причем центр земного магнитного диполя смещен относительно центра планеты на 0,07 среднего радиуса Земли (на 436 км) в сторону Тихого океана, а ось диполя, или магнитная ось Земли, наклонена к оси вращения Земли на 11,5⁰. Магнитные силовые линии такого огромного магнита выходят из северного магнитного полюса, расположенного в Южном полушарии, и, огибая Землю и распространяясь на десятки тысяч км и более в околоземное пространство, направляются к южному магнитному полюсу в Северном полушарии.

Принято считать, что там, где магнитная ось диполя пересекает поверхность Земли, располагаются геомагнитные полюсы. В Северном полушарии располагается южный геомагнитный полюс, в Южном полушарии – северный. Но в обиходе их называют по аналогии с географическими полюсами. Геомагнитные полюсы не совпадают с географическими. Поскольку на самом деле МПЗ значительно сложнее, чем поле стержневого магнита, то наряду с геомагнитными полюсами теоретическими, различают реальные магнитные полюсы Земли, где магнитная стрелка под действием геомагнитного поля занимает вертикальное положение. Магнитные полюсы Земли 1976 г. имели следующие координаты:  = 75⁰53^ с.ш.,  =100⁰23^ з.д. (Канадский архипелаг) – северный полюс и  = 66⁰ 06^ ю.ш.,  =139⁰36^ в.д. (Антарктида) – южный полюс. Положение геомагнитных и магнитных полюсов не является постоянным: оно изменяется от года к году, поэтому через каждые 5 лет обновляются карты магнитных склонений, использующиеся для навигации.

Геомагнитное поле как векторное поле характеризуется вектором его напряженности Н_т или ее составляющими: горизонтальной Н, действующей в горизонтальной плоскости, и вертикальной Z, перпендикулярную Н. Горизонтальную составляющую раскладывают на

северную Х и восточную Y составляющие, соответственно направленные вдоль географического меридиана и перпендикулярно ему. Стрелка компаса в каждой точке Земли направлена вдоль магнитного меридиана. Положение вектора Н_т в пространстве характ-ся двумя угловыми составляющими земного магнетизма: магнитным склонением D и наклонением I. Магнитное склонение D –это угол в горизонтальной плоскости между географическим и магнитным меридианами. Магнитное наклонение – угол между горизонтальной плоскостью и направлением полного вектора Н_т. Положительным склонением будет восточное, если вектор Н отклонен от севера к востоку, отрицательным – западное. Наклонение будет положительным, когда вектор Н_т направлен вниз к земной поверхности и наоборот. Величины H, Z, X, Y, D и I носят название элементов земного магнетизма и представляют собой координаты вектора Н_т в различных системах координат: в прямоугольной (Z, X, Y), цилиндрической (Z,H,D) и сферической (H,D,I). В системе единиц СИ напряженность магнитного поля измеряется в А/м. D и I – измеряются в угловых единицах.

Распределение основных элементов земного магнетизма поверхности Земли изучают на основе магнитных карт, которые представляют собой семейство изолиний, т.е. кривых, соединяющих на карте точки равных значений того или иного элемента магнетизма. Так как значения этих элементов непрерывно изменяются во времени, то составление карт приурочивают к середине какого-либо года (1 июля) и этот момент наз. эпохой. Обычно магнитные карты составляют для эпох, кратных пяти годам, для отдельных областей и государств. Магнитная карта для всей Земли носит название мировой карты.

Вековой ход или разность между средними годовыми значениями того или иного элемента земного магнетизма для двух эпох, делённая на число лет между эпохами, не остается величиной постоянной, а меняется от года к году. Непостоянство векового хода проявляется в том, что, достигнув своего максимума, он начинает уменьшаться до определенного минимума. Например, для Ленинграда значение D увеличилось от -3,4⁰ в 1720 г до -3⁰ в 1860 г и +6,4⁰ в 1960 г.

Все магнитные карты имеют свои названия в зависимости от того, изолинии какого элемента магнетизма на них представлены. Изолинии равных D наз. изогонами, одинаковых I – изоклинами, одинаковых H и Z – изодинами горизонтальных или вертикальных составляющих, одинаковых X и Y- изодинами северных или восточных составляющих. В соответствии с этим имеются карты изогон, изоклин и изодин.