Структура геомагнитного поля Земли.

Наблюдаемое на поверхности Земли магнитное поле является суммой нескольких полей, различающихся своей природой:

.

- наблюдаемое поле на поверхности Земли;

- поле, создаваемое однородной намагниченностью земного шара (оно называется дипольным);

- поле, вызываемое влиянием неоднородностей глубоких слоев земного шара, его называют полем мировых или материковых аномалий, имея в виду его огромные размеры;

- поле, вызываемое намагниченностью верхних частей земной коры, его называют аномальным магнитным полем;

- поле, создаваемое внешними причинами;

- поле вариаций, тоже связанное с внешними причинами.

Сумму дипольного и материковых полей называют главным магнитным полем Земли:

.

Сумму полей однородного намагничивания , мировых аномалий и внешнего поля называют нормальным магнитным полем Земли:

.

Величина - мала, поэтому ею пренебрегаем. В таких случаях, нормальное поле совпадает с главным магнитным полем Земли. С учетом нормального поля, наблюдаемое на поверхности Земли поле можно записать в виде: .

Если исключить поле вариаций, то наблюдаемые значения магнитного поля являются значениями нормального и аномального полей.

- полный вектор напряженности магнитного поля (аномальный вектор магнитной индукции) обусловлен намагниченными геологическими телами, входящими в состав земной коры. Это поле - главный объект исследований. На практике фактическое измеряют, значения элементов снимают с карт и находят как разность: .

Анализ результатов наблюдений геомагнитного поля показывает, что магнитное поле Земли в первом приближении подобно полю однородно намагниченного шара или полю магнитного диполя, помещенного около центра.

Наилучшее совпадение поля диполя с фактическим наблюдается при условии, если магнитную ось диполя считать отклоненной от оси вращения Земли на 11,5⁰. Диполю следует приписать магнитный момент, близкий к 8*10²²Ам².

Точки пересечения магнитной оси диполя с дневной поверхностью Земли принято называть геомагнитными полюсами. В отличие от них полюсы фактического магнитного поля называют магнитными.

Современное положение точек магнитных полюсов на 1980г.:

северный (южное полушарие) – 143⁰в.д. 68⁰ю.ш.

южный (северное полушарие) – 100⁰з.д. 73⁰с.ш.

Вариации элементов магнитного поля

С.А. Серкеров “Гравиразведка и магниторазведка” стр. 132-141 (самостоятельно).

1. Все элементы магнитного поля меняются с течением времени. Эти изменения называются вариациями элементов земного магнетизма. Вариации магнитного поля имеют различные периоды и характер изменения. Медленные вариации элементов земного магнетизма (изменения среднегодовых значений геомагнитного поля), периоды которых измеряют отрезками времени в сотни лет, называют вековыми. Эти вариации связаны с источниками, находящимися внутри земного шара и вызваны теми же причинами, что магнитное поле Земли.

2. Вековые вариации магнитного поля Земли представляют собой плавные, но достаточно интенсивные изменения среднегодовых значений элементов земного магнетизма во времени с периодом в несколько сотен лет.

Вековой ход – это изменения среднегодовых значений элементов магнитного поля, приходящиеся на один год. Эти изменения меняются с течением времени. По результатам измерений в магнитных обсерваториях строятся карты изолиний векового хода – карты изопор. 3. Вековой ход земного магнитного поля в одно и то же время может быть различным. Так, в 40-х годах вековой ход Z и Т почти на всей территории СССР был положительный, его фокус, т.е. область максимальной скорости изменения нормального поля, располагался южнее Каспийского моря. Сейчас вековой ход, в основном, отрицательный; его фокус сместился к юго-западу и его амплитуда стала намного меньше.

Наибольшая скорость изменения поля Т наблюдается в последние годы в Антарктиде (-140 гамм/год) и в центральной части Атлантического океана (-100 гамм/год). В этих районах поле убывает, а в Европе, Гренландии, северной части Северной Америки возрастает со скоростью 20-40 г/год.

Многолетние наблюдения показывают, что для магнитного поля Земли характерен западный дрейф. Установлено постоянное смещение к западу как зон экстремальных значений векового хода, так и мировых аномалий. Возможной причиной таких явлений может быть меньшая скорость вращения земной коры и мантии, чем земного ядра.

Тщательное изучение векового хода в средней Азии и Карпатах показало, что обычные плавные изменения векового хода могут резко нарушаться. Это, возможно, связано с накоплением и разрядкой напряжений в зонах глубинных разломов земной коры. Это явление привлекло внимание специалистов в связи с увеличением сейсмичности отдельных районов.

4. Поле, вызванное внешними источниками (токовыми системами в околоземном пространстве), или просто внешнее поле, имеет характер быстротечных вариаций (суточные вариации магнитного поля, солнечно – суточные, лунно – суточные, магнитные бури, годовые вариации).

В среднем, доля главного поля – 95%, аномального поля - 4% и внешнего поля меньше 1%. Внешнее поле Земли является переменным электромагнитным полем Земли, т.к. оно является не только магнитным, но и электрическим. Главное и аномальное поля, за короткий промежуток времени, можно принять за постоянное геомагнитное поле.

5. Периоды солнечно – суточных и лунно-суточных вариаций равны солнечным и лунным суткам. Амплитуда лунно-суточных вариаций мала (около 1нТл), ей можно пренебречь. Поэтому, в качестве суточных вариаций можно рассматривать солнечно - суточные. Их интенсивность может достигать 40 нТл. Днем больше, чем ночью, больше летом. Интенсивность вариаций находится в прямой зависимости от длительности солнечного освещения. Интенсивность зависит также и от широты точки наблюдения. Интенсивность вариаций вертикальной составляющей Z возрастает по мере приближения к магнитным полюсам.

Апериодические вариации (непериодическое возмущение) магнитного поля – магнитные бури, могут охватить весь земной шар, но чаще всего они наблюдаются на ограниченных территориях высоких широт. Магнитные вариации связаны с ионизацией атмосферы под воздействием излучения Солнца на высоте первых сотен километров.