9.Природа геомагнитного поля. Источники энергии геомагнитного поля. Магнитные поля, возникающие в морской и океанической воде.

Собственное магнитное поле Земли (геомагнитное поле) можно разделить на cледующие три основные части.

1. Основное магнитное поле Земли, испытывающее медленные изменения во времени (вековые вариации) с периодами от 10 до 10 000 лет, сосредоточенными в интервалах 10–20, 60–100, 600–1200 и 8000 лет. Последний связан с изменением дипольного магнитного момента в 1,5–2 раза.

2. Мировые аномалии – отклонения от эквивалентного диполя до 20% напряженности отдельных областей с характерными размерами до10 000 км. Эти аномальные поля испытывают вековые вариации, приводящие к изменениям со временем в течение многих лет и столетий. Примеры аномалий: Бразильская, Канадская, Сибирская, Курская. В ходе вековых вариаций мировые аномалии смещаются, распадаются и возникают вновь. На низких широтах имеется западный дрейф по долготе со скоростью 0,2° в год.

3. Магнитные поля локальных областей внешних оболочек с протяженностью от нескольких до сотен км. Они обусловлены намагниченностью горных пород в верхнем слое Земли, слагающих земную кору и расположенных близко к поверхности. Одна из наиболее мощных – Курская магнитная аномалия.

4. Переменное магнитное поле Земли (так же называемое внешним) определяется источниками в виде токовых систем, находящимися за пределами земной поверхности и в ее атмосфере. Основными источниками таких полей и их изменений являются корпускулярные потоки замагниченной плазмы, приходящие от Солнца вместе с солнечным ветром, и формирующие структуру и форму земной магнитосферы.

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.

В настоящее время наибольшее распространение получила гипотеза гидромагнитного динамо, связанная с возбуждением токов в жидкой оболочке ядра – слое Е.

В основе гидродинамической гипотезы лежит идея, высказанная в 1947 г ленинградским физиком Я.И.Френкелем и позднее развитая английскими и американскими физиками, о том что геомагнитное поле образуется и поддерживается за счет так называемого динамо-механизма, т.е. создание магнитного поля в ядре Земли происходит подобно тому, как образуется магнитное поле в динамо-машине с самовозбуждением.

По гидродинамической гипотезе основной причиной возникновения геомагнитного поля является образование электрических токов в ядре Земли. Генерация таких токов осуществляется в магнитных полях, которые создаются самими же возбужденными токами. Конечно, ядро Земли совсем не похоже на реальную динамо-машину. Но, в принципе, если в жидком проводящем ядре возникает тепловая или гравитационная конвекция, то возникает и система гидродинамических течений, т.е. течений проводящей жидкости, подобно тому, как движется катушка проводов в динамо-машине. Электрические токи (гидродинамические течения) появляются тогда, когда в ядре происходит неоднородное вращение расплавленных масс или вращение отдельных объемов вещества. Такое дифференциальное вращение вещества во внешнем жидком ядре и в то же время вращение этой части ядра относительно мантии Земли является главной причиной создания геомагнитного поля.