Магнитные полюса Земли

Вы берёте в руки компас, оттягиваете на себя рычажок, чтобы магнитная стрелка опустилась на остриё иголки. Когда стрелка успокоится, попробуйте расположить её в ином направлении. А вас ничего не получиться. Сколько бы вы ни отклоняли стрелку от её первоначального положения, она, после того как успокоиться вс6егда одними концом будет показывать на север, другим – на юг.

Какая же сила заставляет стрелку компаса упрямо возвращаться в первоначальное положение? Каждый задает себе подобный вопрос, глядя на слегка колеблющуюся, будто живую, магнитную стрелку.

Из истории открытий

Вначале люди считали, что такой силой является магнитное притяжение Полярной звезды. Впоследствии было установлено, что стрелкой компаса управляет Земля, так как планета наша является огромным магнитом.

Но магнитная стрелка не всегда точно направлена по линии север - юг, а имеет отклонение от этого направления. Это отклонение называется магнитным склонением.

Знакомство человека с удивительными свойствами земного магнетизма состоялось еще на заре исторического времени. Уже в античную эпоху людям был известен магнитный железняк - магнетит. А вот кто и когда определил, что природные магниты всегда ориентируются одинаково в пространстве по отношению к географическим полюсам Земли, точно неизвестно. В китайских трактатах, датированных Х11 веком до н. э., встречаются фрагменты, которые можно истолковать как свидетельства применения компаса для целей навигации. Первые из известных описаний компаса появились в Китае лишь спустя 23 столетия - в ХI, а в Европе еще позже - в ХII веке. Первым же достоверным сообщением о магнитном компасе, появившемся в Европе, мы обязаны английскому монаху Александру Некэму. Он около 1187 года описал устройство, состоящее из стрелки, указывающей направление, причем в его компасе стрелка плавала, а не была подвешена на нити. Еще одной важной вехой в истории тгеомагнетизма является письмо, написанное в 1269 году Пьером де Мерикуром. В этом послании, в частности, говорилось, что природный магнит имеет два полюса и что полюсы эти стремятся установиться вдоль географического меридиана, указывая на полюса 3емли - северный и южный.

Имеются некоторые сведения о том, что уже X. Колумб знал, что стрелка компаса отклоняется от географического меридиана и что это отклонение неодинаково в различных частях Земли.

«...В сентябре 1492 года на набережной собралось множество испанцев. Взоры их были устремлены в море, где на волнах покачивались три судна. Этим судам предстояло необычное плавание: пересечь почти совершенно не известный дотоле океан и достичь сказочной Индии...

Корабли отчалили. Родной испанский берег с каждым часом становился все дальше и дальше.

13 сентября моряки с изумлением обнаружили, что стрелка компаса изменила свое направление, отклонившись к западу. На следующий день снова было замечено отклонение. Штурман доложил X. Колумбу, что стрелка корабельного компаса за четыре дня отклонилась от положенного ей направления на 11 градусов.

Сидя в своей каюте, Колумб долго думал. Он никак не мог объяснить такое поведение стрелки компаса. Может быть, повернуть назад? Но там, в Испании, его ждет позор, а впереди, если он откроет новые земли, его ожидают слава, почести. И Колумб решил продолжать путь. Чтобы успокоить моряков, он сказал им, что не стрелка компаса изменила свое направление, а Полярная звезда несколько сместилась со своего места. Поэтому ничего страшного нет и путешествие продолжается.

Моряки успокоились, и вскоре корабли достигли Нового Света.»

Отклонение магнитной стрелки компаса, обнаруженное Колумбом, послужило толчком к изучению этого явления, поскольку мореплавателям нужны были точные сведения о величине магнитного склонения в различных районах нашей планеты. С этого времени начинают определять склонения в разных местах Земли и на основании этих данных создавать магнитные карты, на которых показывают, в каком направлении отклоняется в данном месте магнитная стрелка компаса и на сколько градусов.

В 1544 году Гартман, пастор из Нюрнберга, установил, что направление на географический и на магнитный полюсы отличаются, причем угол между этими направлениями (склонение) зависит от координат места наблюдений. Следующий важнейший шаг сделал Роберт Норман, открывший еще один параметр геомагнитного поля, а именно - наклонение. Норман обнаружил, что свободно подвешенная стрелка магнита не только устанавливается по направлению магнитных полюсов, но и наклоняется по отношению к горизонтальной плоскости. Благодаря этому наблюдению Норман сделал поистине фундаментальный вывод о том, что источник силы, направляющей стрелку, расположен внутри Земли, а не во вне её.

В 1600 году Уильям Гильберт, личный врач английской императрицы Елизаветы 1, на основе своих бесконечных опытов, которым он посвятил всю жизнь, пришел к мысли о том, что большим магнитом является сама Земля. XVII столетие ознаменовалось новыми открытиями в области геомагнетизма. И самым замечательным из них можно считать открытие явления «векового хода». Эдмунд Галлей, королевский астроном при Английском дворе, произведя многочисленные повторные измерения склонения как в Лондоне, так и в других пунктах, доказал, что оно подвержено систематическим закономерным изменениям. В XVIII - ХIХ веках проблемами геомагнетизма занимались такие выдающиеся ученые энциклопедисты, как Гумбольдт, Гей-Люссак, Максвелл и Гаусс. Среди проектов, организованных Гауссом и Гумбольдтом, был, в частности, беспрецедентный по масштабам в истории геомагнетизма «Геттингенский союз». В рамках этого проекта в 50 точках земного шара на протяжении 5 лет (с 1836 по 1841 год) в течение 28 интервалов времени проводились одновременные измерения геомагнитного поля.

В начале ХХ века, в 1909 году, на воду была спущена плавучая магнитная лаборатория - яхта «Карнеги», принадлежавшая Отделу земного магнетизма Института Карнеги в Вашингтоне. На ней в течение почти 20 лет производились измерения магнитного поля в самых разных точках Мирового океана, а в 1953 году в свой первый рейс отправилась советская немагнитная шхуна «Заря», которая за три десятка лет постоянных экспедиций прошла все океаны, оставив за бортом 350 тысяч морских миль. В 1947 году советским физиком Я.И. Френкелем для объяснения причин возникновения магнитного поля была предложена гипотеза земного динамо, впоследствии развитая и существенно дополненная другими учеными и превратившаяся в стройную теорию происхождения геомагнитного поля. Эпохальным событием в истории магнитологии стало объяснение природы магнитныханомалий океана. Честь этого открытия принадлежит двум ученым - Д. Метьюзу и Ф. Вайну. В своей единственной совместной статье, опубликованной в 1963 году в журнале «Nature» под названием «Магнитные аномалии над океаническими хребтами», они предложили модель, которая объясняла все главные особенности океанических магнитных аномалий с необыкновенной легкостью и изяществом. Эта работа и легла в основу всех современных исследований геомагнитного поля.

Магнитные полюса – магнитосфера

По сравнению с магнитными полями, с которыми мы сталкиваемся в повседневной жизни (сердечники акустических колонок, магнитные импульсы переменного тока в бытовых приборах, лампы, линии электропередач и др.), магнитное поле Земли относится к разряду очень слабых полей. Тем не менее, это, так называемое главное геомагнитное, поле, имеющее планетарную природу, существует на земле повсеместно. Некоторые его элементы люди научились измерять еще до открытия самого магнитного поля. Так, первые карты магнитного склонения, доставлявшего столько бед морякам древности, появились еще в середине XVI века.

Осознание того факта, что магнитные полюса не совпадают с географическими, расставило все по своим местам и позволило понять, что склонение - это угол между направлением на север и магнитным меридианом, вдоль которого устанавливается стрелка компаса. Столь же давно измеряется и величина наклонения - угла между горизонтальной плоскостью и магнитной стрелкой.

Ныне магнитное поле на поверхности нашей планеты изучено достаточно подробно. Оказалось, что оно отнюдь не постоянно, а непрерывно меняется. Круглый год сотни магнитных обсерваторий, десятки специальных судов и самолетов, многочисленные отряды магнитологов в самых разных точках земного шара.

Выяснилось, что магнитное поле подвержено самым разным изменениям. Некоторые из них являются регулярными и наблюдаются ежедневно в частности так называемые суточные вариации, для которых характерны циклические колебания напряженности магнитного поля и магнитного склонения. Не менее хорошо известны и другие вариации - короткопериодические колебания, продолжительность которых не превышает нескольких минут, а также магнитные бури, чья длительность может измеряться сутками.

Все эти вариации непосредственным образом связаны с деятельностью Солнца. В «спокойные магнитные дни» взаимодействие солнечного ветра с ионосферными токами вызывает плавные, регулярные изменения компонентов магнитного поля с периодом, близким к 24 часам. Магнитные бури, упомянутые выше, - это нерегулярные спорадические возмущения магнитосферы Земли. Они начинаются в момент, когда резко изменяется давление солнечного ветра на магнитосферу и она оказывается не в состоянии «отвести» поток высокоэнергетических частиц от Земли. В результате они пронизывают ионосферу, нарушая регулярную структуру околоземных электрических токов. Магнитные бури бывают разной интенсивности и длительности, но, как правило, полное восстановление «спокойствия» геомагнитного поля происходит через 2-3 суток после начала бури.

В том случае, если скачок давления (плотность) солнечного ветра не в состоянии «пробить» магнитосферу, то искажения магнитных силовых линий носят локальный характер и магнитные возмущения охватывают не весь земной шар, а лишь какой-то отдельный район. Они очень частые «гости» в северных районах земного шара. Полярные сиянии также чаще всего связаны с этими возмущениями.

В течение года наблюдается два периода резкого повышения магнитной активности - это периоды весеннего и осеннего солнцестояния, то есть март и сентябрь. В это время количество магнитных бурь значительно возрастает. Если в среднем в месяц происходит 1-2 магнитные бури, то в марте и сентябре их число возрастает в несколько раз, причем осенний пик магнитной активности более энергичный - осенью количество магнитных бурь больше, чем весной, и может доходить до 7-8 в месяц.

Очень сильное влияние оказывает на частоту возникновения бурь глобальный 11-летний цикл солнечной активности, который во многом определяет все природные процессы на 3емле. Кстати, 2003-й был - год - максимума солнечной активности.

Помимо таких кратковременных колебаний магнитного поля существуют и гораздо более медленные, плавные изменения его параметров, с периодом в несколько сотен лет. Они связаны с процессами, происходящими внутри 3емли, и названы вековыми вариациями. Вековые вариации можно уподобить дыханию магнитного поля - в каждой точке земной поверхности периодически меняется направление магнитного поля, не остается постоянной и величина намагниченности планеты в целом. История регулярных магнитных наблюдений насчитывает немногим более 100 лет, поэтому сведения о вековых вариациях, полученные на основе этих измерений, конечно, не могли быть полными. Долгое время казалось, что любые попытки магнитологов заглянуть в отдаленное прошлое нашей планеты, выяснить, как менялось с течением времени ее магнитное поле, обречены на провал. Однако сама Природа припасла для людей замечательную подсказку, которая помогла разрешить одну из наиболее каверзных загадок эволюции 3емли.

В середине XIX века было обнаружено явление термоостаточного намагничивания лав - палеомагнетизм. Постепенно, шаг за шагом, ученные установили, что носителями древнего геомагнитного поля могут быть горные породы самого разного происхождения, как магматические, так и осадочные.

Оказалось, что излившиеся во время извержений вулканов в виде лавы горные породы обладают удивительной способностью хранить в себе информацию о магнитном поле Земли. Породы, разогретые до температуры 500-700°С, по мере остывания приобретают намагниченность, величина и направление которой соответствуют магнитному полю Земли, действовавшему на породу во время охлаждения. Эта намагниченность сохраняется в течение миллионов лет и, словно магнитофонная лента, доносит до нас свидетельства из отдаленного прошлого планеты. Определив геологическими методами возраст лавовых образований и «прочитав» хранящуюся в них палеомагнитную информацию, можно доподлинно восстановить историю магнитного поля 3емли.

Палеомагнитные исследования выявили неопровержимые свидетельства неоднократных инверсий (обращений полюсов) геомагнитного поля в прошлые эпохи. Оказалось, что магнитные полюса не раз менялись местами. Благодаря достижениям физиков, разработавших методы определения абсолютного возраста горных пород, у палеомагнитологов появилась возможность не только фиксировать главные события в истории геомагнитного поля (прежде всего инверсии), но и определить их длительность и абсолютное время начала и окончания инверсий - то есть создать шкалу времени (временную шкалу) инверсий геомагнитного поля. Магнитологи называют такую шкалу магнитохронологической.

Первая подобная шкала была довольно «куцей» - охватывала период лишь в 3,5 млн. лет и не отличалась большой детальностью. Дело в том, что лавы в большинстве своем извергались только в определенные тектономагматические эпохи, в сравнительно узком.

временном интервале. А потому стало ясно, что, исследуя лишь лавы вулканических извержений, «прочесть» всю историю магнитного поля 3емли не удастся.

Ситуация изменилась радикальным образом, как только начались масштабные исследования магнитного поля океанов. Первые же непрерывные измерения вдоль линий, пересекающих Атлантический океан, выявили резкие отличии в строении магнитного поля океана по сравнению с сушей. Результат оказался поистине сенсационным. Выяснилось, что вместо сложной формы магнитных аномалий на суше, которая сильно меняется от района к району, океанические магнитные аномалии во всех океанах имеют регулярный, систематический характер.

Магнитное поле Мирового океана представляет собой параллельные полосы с чередующимся направлением намагниченности горных пород - оно попеременно то совпадает с направлением современного магнитного поля (прямая намагниченность), то прямо ему противоположно (обратная намагниченность). Эти аномалии протягиваются на тысячи километров, иногда без всяких искажений. Например, в Атлантическом океане они прослеживаются от Исландии до мыса Горн.

Океанические аномалии имеют большую интенсивность и огромные размеры. Но, пожалуй, наиболее поразительной чертой этих магнитных полос является их зеркальная симметрии относительно срединно-океанического хребта, то есть любая положительная или отрицательная аномалии с одной стороны хребта обязательно имеет своего «близнеца» - с другой. Причем расположены аномалии-«близнецы» от оси хребта на одинаковом расстоянии.

Геофизики-магниторазведчики, привыкшие объяснить аномалии магнитного поля особенностями геологического строения и вещественного состава горных пород в районе исследований, были в недоумении: привычные, хорошо разработанные для суши модели и схемы приложительно к океану не «работали». Впрочем, объяснения этого феномена не заставили себя ждать - произошедшая в геологии революция возвела на пьедестал наук о 3емле глобальную тектонику литосферных плит. Она и преподнесла магнитологам поистине бесценный дар - возможность исследовать историю геомагнитного поля за все время существования океанов.

Совместными усилиями палеомагнитологов и морских магнитометристов была создана детальнейшая магнитохронологическая шкала - история инверсий геомагнитного поля за 4 миллиарда лет. Причем достаточно просто беглого взгляда на эту шкалу для того, чтобы заметить, что жизнь магнитного поля Земли - достаточно бурная.

Магнитные полюса нашей планеты время от времени меняются местами - происходит инверсия магнитного поля. Южный магнитный полюс становится Северным, и наоборот. В такие периоды направление магнитного поля оказывается противоположным современному. Процесс «ротации» полюсов занимает не менее 10 тысяч лет. И несмотря на огромные достижения магнитологии и геофизики последних десятилетий, причины подобных трансформаций все еще остаются загадкой.

Впрочем, систематические детальные исследования инверсий позволили высказать предположение о том, что, возможно, существует связь между периодической сменой растительного и животного мира на Земле и циклическими изменениями магнитного поля. Многие исследователи считают, что в период смены полярности магнитное поле весьма существенно ослабевает или даже исчезает вовсе, а 3емля в это время остается беззащитной перед потоками космического излучения, которое оказывает колоссальное влияние на биосферу планеты. Наиболее же смелые гипотезы связывают со сменой полярности магнитных полюсов даже появление человека.

Насколько справедливы те или иные предположения, говорить пока преждевременно. Несомненно, одно - само существование жизни на нашей планете невозможно без магнитного поля, защищающего все живое от губительного воздействия космических излучений.

Внешнее магнитное поле Земли - магнитосфера - распространяется в космическом пространстве более чем на 20 земных диаметров и надежно ограждает нашу планету от мощного потока космических частиц.

СТРОЕНИЕ МАГНИТОСФЕРЫ: солнечный ветер, фронт ударной волны, межпланетное магнитное поле, хвостовая часть магнитосферы, магнитопауза (граница магнитосферы), ночная сторона магнитопаузы, дневная сторона магнитопаузы, точка пересечения силовых линий, ионосфера, захваченные силовыми линиями частицы, сфера плазмы, овал полярных сияний.

Наиболее же ярким проявлением магнитосферы являются магнитные бури - быстрые хаотические колебания всех компонентов геомагнитного поля. Зачастую магнитные бури захватывают весь земной шар: они регистрируются всеми магнитными обсерваториями мира - от Антарктиды до Шпицбергена, причем вид магнитограмм, полученных в самых отдаленных точках Земли, удивительно схож. Поэтому не случайно такие магнитные бури называют глобальными.

Амплитуда колебаний магнитного поля во время бури в сотни, а то и в тысячи раз превышает уровень колебаний в «спокойные» дни, однако по отношению к главному (внутреннему) магнитному полю Земли они обычно увеличиваются не более чем на 1-3%. Внешнее магнитное поле - это поле токов, текущих в ионосфере - внешней оболочке атмосферы Земли, расположенной примерно на расстоянии от 100 до 600 км от ее поверхности. Эта оболочка насыщена частично ионизированным газом - плазмой, которая пронизывается геомагнитным полем. Вращение Земли неизбежно приводит к вращению ее газовых внешних оболочек, которые, помимо земного тяготения, испытывают давление солнечного ветра.

Магнитные бури

Магнитные бури оказывают сильное влияние на радиосвязь, на линии электросвязи и на силовые электроустановки. Так, во время сильной магнитной бури 11 февраля 1958 года, охватившей весь земной шар, во многих местах отмечалось прекращение радиосвязи.

Электрические токи, вызванные в Земле магнитной бурей, в Швеции были так велики, что загорался электроизоляционный материал на кабелях, сгорали предохранители, трансформаторы, прерывалась сигнализация на железных дорогах.

Почему происходят магнитные бури?

Почему происходят магнитные бури? Оказывается, в этом виновато Солнце, точнее, процессы, происходящие на этой, самой близкой к нам звезде.

Установлено, что, когда на Земле совершаются магнитные бури, на Солнце наблюдаются пятна, происходят исключительно сильные взрывы.

В том, что стрелка компаса колеблется, не всегда виновато Солнце. Есть места на земном шаре, где на стрелку оказывают влияние горные породы.

Известно, что все горные породы обладают магнитными свойствами. Но среди них изверженные кристаллические породы наиболее магнитны.

Поэтому там, где на глубине залегают кристаллические породы определенного состава, наблюдаются магнитные аномалии. В таких местах Земли стрелка компаса, вместо того чтобы указывать на север, может повернуться на запад, на восток или даже на юг.

Наиболее сильные магнитные аномалии бывают в районах, где на глубине залегают железорудные породы. Вот почему геологи уже давно ведут поиски полезных ископаемых с помощью компаса. Так, например, было открыто крупнейшее в мире месторождение железной руды - Курская магнитная аномалия, а также Соколовско-Сарбайское железорудное месторождение в Казахстане.

В последнее время ученые пришли к выводу, что магнитные свойства Земли оказывают влияние не только на магнитную стрелку компаса, но и на живые организмы.

Оказываемое влияние магнитного свойства Земли на живые организмы

Тот из вас, кто разводит рыбок в аквариуме, знает, что их можно приучить к тому, чтобы, после того как вы постучите по стеклу аквариума» он» подплывали к определенному месту, где им, обычно дают корм. Постукивание можно заменить зажиганием лампочки и, как это недавно выяснилось, магнитом. Оказывается, рыбки чувствуют его действие.

Еще более чувствителен человек, а также животные к процессам, происходящим периодически на Солнце (сильные взрывы, появление пятен). Процессы эти, как вы теперь знаете, вызываются магнитными бурями.

Ученые уже давно приметили, что бурная активность Солнца наступает примерно через 11 лет. Они также заметили одиннадцатилетний период в жизни некоторых организмов. Так, например, если внимательно рассмотреть годовые кольца на спиле старого дерева, можно заметить, что толщина этих колец неодинакова. Повторяемость более широких и более узких колец имеет определенную закономерность - она отражает одиннадцатилетний цикл солнечной активности.

Собран огромный материал о повторяемости массовых заболеваний среди людей и животных. И опять же установлена взаимосвязь между эпидемиями и изменением солнечной активности. Так, грипп «наступает» в годы максимумов солнечной активности, а ящур, этот бич животноводства, наоборот, в годы малой активности Солнца.

Очень интересные данные получены в отношении дифтерии. Отмечено, что болезнь давала вспышки в годы минимума солнечной активности.

В период беспокойного Солнца усиливается рост деревьев, катастрофически размножаются или неожиданно пропадают полчища насекомых - вредителей сельского хозяйства.

Может показаться удивительным, но число автомобильных катастроф, согласно статистике, как правило, возрастает - и нередко в четыре раза!-на второй день после... вспышек на Солнце. С помощью специальных приборов было замечено, что во время вспышек на Солнце у людей замедляется реакция на сигналы, и притом в несколько раз по сравнению с днями спокойного Солнца.

В некоторых странах, в том числе и в Советском Союзе, организована специальная служба Солнца. Так, например, на некоторых пляжах установлены магнитографы, регистрирующие колебания земного магнетизма. Когда портится погода на Солнце, люди без прибора этого не замечают! море по-прежнему сверкает и переливается в солнечных лучах и на небе ни тучки. А магнитограф сообщает: на Солнце происходят возмущения. Врачи, узнав об этом, успевают вовремя защитить от солнечной непогоды своих пациентов.

Заключение

Многие спрашивают: а не устарел ли в наше время магнитный компас? Ведь сейчас у штурманов есть такие точные приборы, как гирокомпас и разнообразные радиолокационные устройства. Да, кроме того, на кораблях, сделанных из ме­талла, магнитная стрелка едва ли покажет правильное на­правление. Ведь известно, что - любая железная вещь значительно отклоняет; стрелку.

И все-таки маленькая подвижная стрелка служит людям и сейчас. На любом современном корабле обязательно устанавливают один или два магнитных компаса. Кроме компаса, турман имеет карту, на которой указана величина магнитного склонения для каждого пункта.

Зная величину магнитного склонения и имея показания корабельного компаса, штурман вводит в них поправку и определяет истинный курс корабля. Например, в Балтийском море магнитное склонение равно 4-6 градусов, склонение восточное. Значит, стрелка компаса от истинного направления север - юг отклонена к востоку на 6 градусов. Чтобы определить истинный курс корабля, нужно показание компаса исправить на 6 градусов.

Наши ученые нашли способ, как избавиться от отклонения стрелки компаса под воздействием железных предметов, находящихся на корабле (такое отклонение называется девиацией). Для этого вокруг компаса в определенном порядке располагают специальные магниты и железные предметы.

Благодаря науке о девиации магнитный компас остался верным помощником моряков и на железных кораблях.

В XX веке с появлением авиации возникла необходимость применения магнитного компаса на самолетах. При этом уничтожение девиации компаса на самолетах производится так же, как и на кораблях.

Интересно отметить, что не только человек использует силу земного магнетизма (например, для навигации). Есть некоторые основания считать, что птицы, удивляющие нас способностью при своих перелетах находить места, в которых они когда-то родились и жили, также используют эти силы.

Не так давно были проведены интересные опыты с почтовыми голубями, которые, как известно, отличаются способностью определять свое постоянное местонахождение. Пять голубей были увезены далеко от города, в котором они находились. Выпущенные на волю, птицы безошибочно возвратились обратно. Затем каждому голубю под крылья привязались вый маленький магнит и повторили опыт. Оказалось, что только один голубь из пяти возвратился домой, и то после долгого блуждания в пути.

Согласно современным представлениям, образовалась примерно 4,5 млрд лет назад, и с этого момента нашу планету окружает магнитное поле. Все, что находится на Земле, в том числе люди, животные и растения, подвергаются его воздействию.

Магнитное поле простирается до высоты около 100 000 км (рис. 1). Оно отклоняет или захватывает частицы солнечного ветра, губительные для всех живых организмов. Эти заряженные частицы образуют радиационный пояс Земли, а вся область околоземного пространства, в которой они находятся, называют магнитосферой (рис. 2). С освещенной Солнцем стороны Земли магнитосфера ограничена сферической поверхностью с радиусом примерно 10-15 радиусов Земли, а с противоположной стороны она вытянута подобно кометному хвосту на расстояние вплоть до нескольких тысяч радиусов Земли, образуя геомагнитный хвост. Магнитосфера отделена от межпланетного поля переходной областью.

Магнитные полюса Земли

Ось земного магнита наклонена по отношению к оси вращения Земли на 12°. Она располагается примерно на 400 км в стороне от центра Земли. Точки, в которых эта ось пересекает поверхность планеты, - магнитные полюса. Магнитные полюсаЗемли не совпадают с истинными географическими полюсами. В настоящее время координаты магнитных полюсов следующие: северный — 77° с.ш. и 102° з.д.; южный — (65° ю.ш. и 139° в.д.).

Рис. 1. Строение магнитного поля Земли

Рис. 2. Строение магнитосферы

Силовые линии, идущие от одного магнитного полюса к другому, называются магнитными меридианами . Между магнитным и географическим меридианом образуется угол, называемый магнитным склонением . Каждое место на Земле имеет свой угол склонения. В районе Москвы угол склонения равен 7° к востоку, а в Якутске — около 17° к западу. Это значит, что северный конец стрелки компаса в Москве отклоняется на Т вправо от географического меридиана, проходящего через Москву, а в Якутске — на 17° влево от соответствующего меридиана.

Свободно подвешенная магнитная стрелка располагается горизонтально только на линии магнитного экватора, который не совпадает с географическим. Если двигаться к северу от магнитного экватора, то северный конец стрелки будет постепенно опускаться. Угол, образованный магнитной стрелкой и горизонтальной плоскостью, называют магнитным наклонением . На Северном и Южном магнитных полюсах магнитное наклонение наибольшее. Оно равно 90°. На Северном магнитном полюсе свободно подвешенная магнитная стрелка установится вертикально северным концом вниз, а на Южном магнитном полюсе ее южный конец опустится вниз. Таким образом, магнитная стрелка показывает направление силовых линий магнитного ноля над земной поверхностью.

С течением времени положение магнитных полюсов относительно по земной поверхности меняется.

Магнитный полюс был открыт исследователем Джеймсом К. Россом в 1831 г. в сотнях километров от его нынешнего местонахождения. В среднем за один год он перемещается на 15 км. В последние годы скорость перемещения магнитных полюсов резко возросла. Например, Северный магнитный полюс сейчас перемещается со скоростью около 40 км в год.

Смена магнитных полюсов Земли называется инверсией магнитного поля .

На протяжении геологической истории нашей планеты земное магнитное поле изменяло свою полярность более 100 раз.

Магнитное поле характеризуется напряженностью. В некоторых местах Земли магнитные силовые линии отклоняются от нормального поля, образуя аномалии. Например, в районе Курской магнитной аномалии (КМА) напряженность поля в четыре раза выше нормы.

Существуют суточные изменения магнитного поля Земли. Причина этих изменений магнитного поля Земли — электриче- с кие токи, текущие в атмосфере на большой высоте. Вызваны они солнечным излучением. Пол действием солнечного ветра магнитное поле Земли искажается и приобретает «шлейф» в направлении от Солнца, который простирается на сотни тысяч километров. Основной же причиной возникновения солнечного ветра, как мы уже знаем, являются грандиозные выбросы вещества из короны Солнца. При движении к Земле они превращаются в магнитные облака и приводят к сильным, иногда экстремальным возмущениям на Земле. Особенно сильные возмущения магнитного поля Земли - магнитные бури. Некоторые магнитные бури начинаются неожиданно и почти одновременно по всей Земле, а другие развиваются постепенно. Они могут продолжаться несколько часов и даже суток. Часто магнитные бури происходят через 1-2 дня после солнечной вспышки из-за прохождения Земли через поток частиц, выброшенных Солнцем. Исходя из времени запаздывания скорость такого корпускулярного потока оценивают в несколько миллионов км/ч.

Во время сильных магнитных бурь нарушается нормальная работа телеграфа, телефона и радио.

Магнитные бури часто наблюдаются на широте 66-67° (в зоне полярных сияний) и возникают одновременно с полярными сияниями.

Строение магнитного поля Земли меняется в зависимости от широты местности. Проницаемость магнитного поля увеличивается в сторону полюсов. Над полярными областями силовые линии магнитного поля более или менее перпендикулярны земной поверхности и имеют воронкообразную конфигурацию. Через них часть солнечного ветра с дневной стороны проникает в магнитосферу, а затем и в верхнюю атмосферу. Сюда же в период магнитных бурь устремляются частицы из хвостовой части магнитосферы, достигая границ верхней атмосферы в высоких широтах Северного и Южного полушарий. Именно эти заряженные частицы вызывают здесь полярные сияния.

Итак, магнитные бури и суточные изменения магнитного ноля объясняются, как мы уже выяснили, солнечным излучением. Но какова основная причина, создающая постоянный магнетизм Земли? Теоретически удалось доказать, что на 99 % магнитное поле Земли вызывают источники, скрытые внутри планеты. Главное магнитное поле обусловлено источниками, расположенными в глубинах Земли. Их можно условно разделить на две группы. Основная их часть связана с процессами в земном ядре, где вследствие непрерывных и регулярных перемещений электропроводящего вещества создается система электрических токов. Другая — связана с тем, что горные породы земной коры, намагничиваясь главным электрическим полем (полем ядра), создают собственное магнитное поле, которое суммируется с магнитным полем ядра.

Кроме магнитного поля вокруг Земли существуют и другие поля: а) гравитационное; б) электрическое; в) тепловое.

Гравитационным полем Земли называют поле силы тяжести. Она направлена по отвесу перпендикулярно к поверхности геоида. Если бы у Земли была фигура эллипсоида вращения и в нем равномерно распределялись бы массы, то у нее было нормальное гравитационное поле. Разница между напряженностью реального гравитационного поля и теоретического — аномалия тяжести. Различный вещественный состав, плотность горных пород вызывают эти аномалии. Но возможны и другие причины. Их можно объяснить следующим процессом — уравновешение твердой и относительно легкой земной коры на более тяжелой верхней мантии, где и происходит выравнивание давления вышележащих слоев. Эти течения вызывают тектонические деформации, движение литосферных плит и тем самым создают макрорельеф Земли. Сила тяжести удерживает атмосферу, гидросферу, людей, животных на Земле. Силу тяжести нужно обязательно учитывать при изучении процессов в географической оболочке. Термином «геотропизм » называют ростовые движения органов растений, которые под влиянием силы земного тяготения всегда обеспечивают вертикальное направление роста первичного корня перпендикулярно поверхности Земли. Гравитационная биология использует растения в качестве экспериментальных объектов.

Если не учитывать силу тяжести, невозможно рассчитать исходные данные для запуска ракет и космических кораблей, сделать гравиметрическую разведку рудных ископаемых и, наконец, невозможно дальнейшее развитие астрономии, физики и других наук.

МАГНИТНОЕ ПОЛЕ. ЭЛЕКТРОМАГНИТЫ. ПОСТОЯННЫЕ МАГНИТЫ. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ЗЕМЛИ

Вариант 1

I (1) Когда электрические заряды находятся в покое, то вокруг них обнаруживается...

1. электрическое поле.

2. магнитное поле.

3. электрическое и магнитное поля.

II (1) Как располагаются железные опилки в магнитном поле прямого тока?

1. Беспорядочно.

2. По прямым линиям вдоль проводника.

3. По замкнутым кривым, охватывающим проводник.

III (1) Какие металлы сильно притягиваются магнитом? 1. Чугун. 2. Никель. 3. Кобальт. 4. Сталь.

IV (1) Когда к магнитной стрелке поднесли один из полюсов постоянного магнита, то южный полюс стрелки оттолкнул­ся. Какой полюс поднесли?

1. Северный. 2. Южный.

V (1)-Стальной магнит ломают пополам. Будут ли обладать магнитными свойствами концы А и В на месте излома магнита (рис. 180)?

1. Концы А и В магнитными свойствами обладать не будут.

2. Конец А В - южным.

3. Конец В станет северным магнитным полюсом, а А - южным.

VI (1) К одноименным магнитным полюсам подносят стальные булавки. Как расположатся булавки, если их отпустить (рис. 181)?

1. Будут висеть отвесно. 2. Головки притянутся друг к другу. 3. Головки оттолкнутся друг от друга.

VII (1) Как направлены магнитные линии между полюсами дуго­образного магнита (рис. 182)?

1. От А к Б. 2. От Б к А.

VIII (1) Одноименными или разноименными полюсами образован магнитный спектр (рис. 183)?

1. Одноименными. 2. Разноименными.

IX (1) Какие магнитные полюсы изображены на рисунке 184?

1. А - северный, В - южный.

2. А - южный, В - северный.

3. Л - северный, В - северный.

4. Л - южный, В - южный.

Х (1) Северный магнитный полюс расположен у... географического полюса, а южный - у...

1. южного... северного. 2. северного... южного.

I (1) К источнику тока с помощью проводов присоединили металлический стержень (рис. 185). Какие поля образуются вокруг стержня, когда в нем возникнет ток?

1. Одно лишь электрическое поле.

2. Одно лишь магнитное поле.

3. Электрическое и магнитное поля.

II (1) Что представляют собой магнитные линии магнитного поля тока?

1. Замкнутые кривые, охватывающие проводник.

2. Кривые, расположенные около проводника.

3. Окружности.

III (1) Какое вещество из перечисленных ниже слабо притяги­вается магнитом?

1. Бумага. 2. Сталь. 3. Никель. 4. Чугун.

IV (1) Разноименные магнитные полюсы..., а одноименные-...

1. притягиваются... отталкиваются.

2. отталкиваются... притягиваются.

V (1) Лезвием бритвы (концом А) "прикоснулись к северному магнитному полюсу магнита. Будут ли после этого обладать магнитными свойствами концы лезвия (рис. 186)?

1. Не будут.

2. Конец А станет северным магнитным полюсом, а В - южным.

3. Конец В станет северным магнитным полюсом, а А - южным.

VI (1) Магнит, подвешенный на нити, устанавливается в направлении север - юг. Каким по­люсом магнит повернется к се­верному магнитному полюсу Земли?

1. Северным. 2. Южным.

VII (1) Как направлены магнитные ли­нии между полюсами магнита, изображенного на рисунке 187?

1. От А к В. 2. От В к А.

VIII (1) К концу стального стержня притягиваются северный и юж­ный полюсы магнитной стрел­ки. Намагничен ли стержень?

1. Намагничен, иначе стрелка не притянулась бы.

2. Определенно сказать не­льзя.

3. Стержень не намагничен. К намагниченному стержню притягивался бы только один полюс.

IX (1) У магнитных полюсов расположена магнитная стрелка

(рис. 188). Какой из этих полюсов северный и какой южный?

1. А - северный, В - южный.

2. А - южный, В - северный.

3. А - северный, В - северный.

4. А - южный, В - южный.

X (1) Все стальные и железные предметы намагничиваются в магнитном поле Земли. Какие магнитные полюсы имеет стальной кожух печи в верх­ней и нижней части в северном полушарии Земли (рис. 189)?

1. Сверху-северный, "внизу- южный.

2. Сверху - южный, внизу - северный.

3. Сверху и снизу - южные полюсы.

4. Сверху и снизу - северные полюсы.

ВариантЗ

I (1) Когда электрические заряды движутся, то вокруг них суще­ствует (ют)...

1. электрическое поле.

2. магнитное поле.

3. электрическое и маг­нитное поля.

II (1) Каким способом можно усилить магнитное по­ле катушки?

1. Сделать катушку большего диаметра.

2. Внутрь катушки вставить железный сердечник.

3. Увеличить силу тока в катушке.

III (1) Какие вещества из указанных ниже совсем не притяги­ваются магнитом?

1. Стекло. 2. Сталь. 3. Никель. 4. Чугун.

IV (1) Середина магнита АВ не притягивает к себе железных опилок (рис. 190). Магнит ломают на две части по линии АВ, Будут ли концы АВ на месте излома магнита притягивать железные опилки?

1. Будут, но очень слабо.

2. Не будут.

3. Будут, так как образуется магнит с южным и северным полюсами.

V (1) К магнитному полюсу поднесли две булавки. Как расположатся булавки, если их отпустить (рис. 191)?

1. Будут висеть отвесно.

2. Притянутся друг к другу.

3. Оттолкнутся друг от друга

VI (1) Как направлены магнитные линии между полюсами маг­нита, изображенного на рисунке 192.

1 От А к В. 2 От В к А.

VII (1) Какими магнитными полюсами образован спектр, изображенный на рисунке 193.

1. Одноименными 2 Разноименными

VIII (1) На рисунке 194 изображен дугообразный магнит и его магнитное поле. Какой полюс северный и какой южный?

1. А - северный, В - южный.

2. А - южный, В - северный.

3. Л - северный, В - северный.

4. Л - южный, В - южный.

IX (1) Если стальной стержень расположить вдоль меридиана Земли и сделать по нему несколько ударов молотком, то он намагнитится. Какой магнитный полюс образуется на конце, обращенном к северу?

1. Северный. 2. Южный.

Вариант 4

I (1) Когда металлический стержень присоединили к одному из полюсов источника тока (рис. 195), то вокруг него обра­зовалось... поле.

1. электрическое

2. магнитное

3 электрическое и магнитное

II (1) При изменении силы тока в катушке изменяется ли маг­нитное поле?

1. Магнитное поле не изменяется.

2. При увеличении силы тока действие магнитного поля усиливается.

3. При увеличении силы тока действие магнитного поля ослабевает.

III (1) Какие вещества из указанных ниже хорошо притягивают­ся магнитом?

1 Древесина. 2. Сталь. 3. Никель. 4 Чугун

IV (1) К железному стержню поднесли магнит северным полюсом. Какой полюс образуется на противоположном конце стержня?

1. Северный. 2. Южный.

(1) Стальной магнит разломили на три части (рис. 196). Будут ли обладать магнитными свойст­вами концы A и В?

1. Не будут.

2. Конец А имеет северный магнитный полюс, В - южный.

3. Конец В имеет северный магнитный полюс.

А - южный.

VI (1) Конец лезвия перочинного ножа подносят к южному по­люсу магнитной стрелки. Этот полюс притягивается к ножу Был ли намагничен нож?

Нож был намагничен.

Конец ножа имел северный маг­нитный полюс

2 Определенно сказать нельзя.

3 Нож намагничен, поднесен южный магнитный полюс.

VII (1) В каком направлении повернется северный конец маг­нитной стрелки, если внести ее в магнитное поле, изобра­женное на рисунке 197?

1. От А кОт В к Л.

VIII (I) Какими магнитными полюсами образован спектр, изобра­женный на рисунке 198, одноименными или разноимен­ными?

1 Одноименными. 2. Разноименными. 3. Парой северных полюсов. 4. Парой южных полюсов.

IX (1) На рисунке 199 изображен полосовой магнит АВ и его магнитное поле. Какой из полюсов северный и какой южный?

1. А - северный. В - южный.

2. А - южный, В - северный.

X (1) Какой полюс магнитной стрелки притянется к верхней части школьного стального штатива в северном полуша­рии Земли. Какой полюс притянется снизу (рис. 200)?

1. Сверху притянется северный, снизу-южный.

2. Сверху притянется южный, снизу - северный.

3. Сверху и снизу притянется южный полюс магнитной стрелки.

4. Сверху и снизу притянется северный полюс магнитной стрелки.

Полярные загадки

«Менее века назад Южный полюс Земли был таинственной и недоступной землей. Нечеловеческие усилия требовались, чтобы попасть туда, превозмогая цингу и ветер, потерю ориентиров и фантастический холод. Он оставался нетронутым и загадочным - пока Руаль Амундсен и Роберт Скотт не достигли его в 1911 и 1912 гг. Спустя примерно сотню лет то же происходит на Солнце.

Южный полюс Солнца остается Terra Incognita - с Земли его едва видно, а большинство исследовательских кораблей находятся в областях приближенных к экватору звезды. Лишь недавно облет полюса впервые совершил совместный европейско-американский зонд «Ulysses». Максимально высокой гелиографической широты - 80° - он достиг примерно месяц назад.

Прежде «Ulysses» два раза оказывался над солнечными полюсами - в 1994-1995 и 2000-2001 гг. Даже эти краткие облеты показали, что полюса Солнца являются весьма интересными и необычными областями. Перечислим некоторые «странности».

Южный полюс Солнца является магнитным северным полюсом - с точки зрения магнитного поля звезда стоит на голове . Между прочим, такая же нестандартная ситуация существует и на Земле: северный магнитный полюс находится в области географического Южного . Вообще, магнитные поля Земли и Солнца, при всей своей необычности, имеют много общего. Полюса их постоянно движутся, время от времени совершая полный «оборот», при котором Северный и Южный магнитные полюса меняются местами. На Солнце этот переворот происходит каждые 11 лет, в соответствии с циклом движения солнечных пятен. На Земле «магнитная революция» редка и случается примерно раз в 300 тыс. лет, и связанные с этим циклы неизвестны до сих пор». (13.03.2007, 10:03).

«Ulysses»: 15 лет на орбите

Южный магнитный полюс Земли на самом деле - северный полюс магнита

«С физической точки зрения Южный магнитный полюс Земли на самом деле - северный полюс магнита, который представляет собой наша планета. Северный полюс магнита - это тот полюс, из которого выходят силовые линии магнитного поля. Но во избежание путаницы этот полюс называют южным, так как он близок к Южному полюсу Земли».

Магнитные полюса

«Земное магнитное поле имеет такой вид, как будто земной шар представляет собой магнит с осью, направленный приблизительно с севера на юг. В северном полушарии все магнитные силовые линии сходятся в точке, лежащей на 70°50’ сев. широты и 96° зап. долготы. Эта точка называется южным магнитным полюсом Земли. В южном полушарии точка схождения силовых линий лежит на 70°10’ южн. широты и 150°45’ вост. долготы; она называется северным магнитным полюсом Земли . Нужно заметить, что точки схождения силовых линий земного магнитного поля лежат не на самой поверхности Земли, а под ней. Магнитныё полюсы Земли, как мы видим, не совпадают с её географическими полюсами. Магнитная ось Земли, т.е. прямая, проходящая через оба магнитных полюса Земли, не проходит через ее центр и, таким образом, не является земным диаметром».

Магнитное поле Земли

« Магнитное поле Земли похоже на поле однородной намагниченной сферы с магнитной осью, наклоненной на 11,5° к оси вращения Земли. Южный магнитный полюс Земли, к которому притягивается северный конец стрелки компаса, не совпадает с Северным географическим полюсом, а находится в пункте с координатами приблизительно 76° северной широты и 101° западной долготы. Северный магнитный полюс Земли расположен в Антарктиде . Напряженность магнитного поля на полюсах составляет 0,63 Э, на экваторе - 0,31 Э».

На Земле есть два северных полюса (географический и магнитный), оба из которых находятся в Арктическом регионе.

Географический Северный полюс

Самая крайняя северная точка на поверхности Земли - это географический Северный полюс, также известный как Истинный Север. Он расположен на 90º северной широты, но не имеет конкретной линии долготы, поскольку все меридианы сходятся на полюсах. Ось Земли соединяет северный и , и является условной линией, вокруг которой вращается наша планета.

Географический Северный полюс находится примерно в 725 км (450 милях) к северу от Гренландии, в середине Северного Ледовитого океана, глубина которого в этой точке составляет 4087 метров. Большую часть времени Северный полюс покрывает морской лед, но в последнее время вода была замечена вокруг точного расположения полюса.

Все точки являются южными! Если вы стоите на Северном полюсе, все точки расположены к югу от вас (восток и запад не имеют значения на Северном полюсе). В то время как полный оборот Земли происходит за 24 часа, скорость вращения планеты уменьшается по мере удаления от , где она составляет около 1670 км в час, а на Северном полюсе, вращение практически отсутствует.

Линии долготы (меридианы), которые определяют наши часовые пояса, настолько близки к Северному полюсу, что временные зоны здесь не имеют смысла. Таким образом, Арктический регион использует стандарт UTC (скоординированное всеобщее время) для определения местного времени.

Из-за наклона земной оси Северный полюс испытывает шесть месяцев круглосуточного дневного света с 21 марта по 21 сентября и шесть месяцев темноты с 21 сентября по 21 марта.

Магнитный Северный полюс

Расположенный приблизительно в 400 км (250 милях) к югу от истинного Северного полюса, и по состоянию на 2017 год находится в пределах 86,5° северной широты и 172,6° западной долготы.

Это место не фиксировано и постоянно движется, даже на ежедневной основе. Магнитный Северный полюс Земли является центром магнитного поля планеты и точкой на которую указывают обычные магнитные компасы. Компас также подвержен магнитному склонению, которое является результатом изменения магнитного поля Земли.

Из-за постоянных сдвигов магнитного Северного полюса и магнитного поля планеты, при использовании магнитного компаса для навигации, необходимо понимать разницу между магнитным севером и истинным севером.

Магнитный полюс был впервые определен в 1831 году, в сотнях километрах от современного местоположения. Канадская национальная геомагнитная программа контролирует движение магнитного Северного полюса.

Магнитный Северный полюс движется постоянно. Каждый день происходит эллиптическое движение магнитного полюса примерно на 80 км от его центральной точки. В среднем он перемещается примерно на 55-60 км каждый год.

Кто первым достиг Северного полюса?