Site Loader
Posted on 01.03.1985

Содержание

Природный магнетизм: что мы знаем о магнитном поле Земли

Одна из усвоенных нами в школьные годы аксиом гласит: стрелка компаса всегда указывает на север. Это правило справедливо для всех частей света, так было и 100, и 500 лет назад. Но если бы у человека была возможность перенестись в далекое прошлое нашей планеты, он, пожалуй, усомнился бы в надежности компаса.

Были в истории земли времена, когда магнитной стрелке пришлось бы развернуться на 180°. Виновниками подобных «кульбитов» являются удивительные преображения магнитного поля земли, случавшиеся уже не раз и, по всей видимости, ожидающие нашу планету в будущем.

Компьютерная модель текущего магнитного поля Земли

Фото
science.nasa.gov

Магнитное поле нашими органами чувств не регистрируется — оно неосязаемо, невидимо, неслышимо, не имеет вкуса и запаха. Хотя человечество стало использовать его задолго до того, как узнало о самом его существовании. Измеренное тысячи раз на всех континентах и океанах, разложенное на составляющие, пронизывающее все сущее на земле, магнитное поле по-прежнему хранит в себе массу загадок, ожидающих будущих исследователей. Одна из самых сокровенных тайн нашей планеты — природа земного магнетизма.

Происхождение поля

С момента гениальной догадки основателя магнитологии Уильяма Гильберта, высказавшего предположение о том, что сама Земля является магнитом, прошло уже более 400 лет, но до сих пор человечество смогло выработать лишь более или менее достоверную гипотезу, объясняющую механизм возникновения геомагнитного поля.

На сегодняшний день этот механизм наиболее полно описывает модель самовозбуждающегося динамо, «работающего» во внешнем ядре Земли. С развитием геофизических методов исследований появилась возможность по-новому взглянуть на внутреннее строение нашей планеты. В частности, выяснилось, что внешняя оболочка ядра находится в жидком состоянии. Это обстоятельство, по мнению большинства ученых, и является ключом к пониманию природы земного магнетизма.

Радиальная составляющая магнитного поля Земли на поверхности (верхняя схема) и на глубине 2900 км — на границе мантии и внешнего ядра (нижняя схема). Сине-голубым областям соответствуют исходящие из Земли линии магнитного поля, а желто-коричневым — входящие

Распад радиоактивных элементов внутри ядра приводит к разогреву его вещества, в то время как внешняя оболочка сохраняет несколько более низкую температуру. Естественно, при этом возникают конвективные потоки — холодные массы с периферии ядра стремятся опуститься к его центру, а им навстречу из глубины ядра поднимается горячее вещество.

Вращение Земли по-разному сказывается на скорости движения масс в ядре. Причем на внешней оболочке вещество перемещается быстрее, чем в глубине ядра, поэтому жидкость, поднимающаяся от центра ядра, тормозит его периферийные слои, а нисходящие холодные потоки, напротив, сообщают ускорение внутренним слоям. За счет этого внутренняя часть ядра вращается быстрее внешней и в результате формируется подобие динамомашины, в которой происходит самовозбуждение электрических токов, создающих магнитное поле нашей планеты.

Переменчивое поле и магнитные бури

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. Так, к примеру, магнитный элемент защелки книжного шкафа создает магнитное поле напряженностью 5—10 эрстед, в то время как магнитное поле Земли меняется в пределах от 0,3 до 0,7 эрстед от экватора до полюса.

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 ведут наблюдения за геомагнитным полем. Измеренные его элементы анализируются, обрабатываются, по ним составляют магнитные карты, с помощью которых и изучают пространственное распределение магнитного поля.

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.

Фото
Elen / Alamy via Legion Media

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. Такие возмущения называют суббурями. Они очень частые «гости» в северных районах земного шара. Полярные сияния также чаще всего связаны с суббурями.

Фото
Globe Photos via Legion Media

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 Земле.

История вопроса

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.

Фото
Zoonar via Legion Media

В китайских трактатах, датированных XII 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 XI, а в Европе еще позже — в XII 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 геомагнетизма 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 Земли — северный и южный. Однако 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.

Динамика перемещения Северного магнитного полюса Земли

Фото
Peter Hermes Furian / Alamy via Legion Media

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 ее.

В 1600 году Уильям Гильберт, личный врач английской императрицы Елизаветы I, 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–XIX 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 XX 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.

Яков Ильич Френкель (1894-1952)

Фото
Wikimedia Commons

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 магнитных аномалий 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.

Вековые вариации

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 Земли, 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 120 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 Земли.

В середине XIX века было обнаружено явление термоостаточного намагничивания лав — палеомагнетизм. Постепенно, шаг за шагом, ученые 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 Земли.

Палеомагнитные исследования выявили неопровержимые свидетельства неоднократных инверсий (обращений полюсов) геомагнитного поля в прошлые эпохи. Оказалось, что магнитные полюса не раз менялись местами.

История на дне океана

Как только были сформулированы основные постулаты теории литосферных плит, стало ясно, что дно океана — это грандиозный носитель информации об инверсиях магнитного поля за многие миллионы лет.

Действительно, согласно тектонике литосферных плит — восходящие конвективные потоки мантии приподнимают литосферу и, раздвигая ее, образуют срединно-океанические хребты, сквозь трещины в которых изливаются базальтовые лавы. Магма же, заполнив трещину в срединно-океаническом хребте, остывает и превращается в кристаллическую горную породу — таким образом разрастается и постоянно обновляется океаническая литосфера.

Ее формирование невозможно без постоянной подпитки расплавами горных пород, поднимающимися из недр Земли. А это значит, что в процессе охлаждения и кристаллизации изверженные расплавы неизбежно «запишут» всю информацию о магнитном поле Земли.

Таким образом, дно океана представляет собой гигантский «конвейер», две ленты которого перемещаются с одинаковой скоростью — от оси срединно-океанического хребта к берегам континентов. Так, в Атлантическом океане одна лента конвейера движется от оси Срединно-Атлантического хребта к берегам Американского континента, а вторая — к Европе и Африке.

Состоят эти ленты из изверженных горных пород, которые поднимаются из глубин Земли в осевой части хребта сначала в расплавленном состоянии. У поверхности дна океана они, соприкасаясь с морскими водами, затвердевают и начинают свое движение в сторону континентов, причем поднявшийся из глубин блок горных пород раскалывается надвое вдоль оси хребта и каждая из половинок движется к «своему» берегу.

Таким образом, расплавленные горные породы, поднимаясь вверх по каналам к трещинам в оси срединно-океанического хребта, остывают и намагничиваются в соответствии с направлением и величиной геомагнитного поля в тот момент. А литосферные плиты разъезжаются от оси срединно-океанического хребта, унося на своих «спинах» свидетельства инверсий геомагнитного поля.

Пожалуй, самым важным следствием этой модели явилось осознание того факта, что непрерывная последовательность магнитных аномалий от оси хребта до окраин континента — есть не что иное, как законченная, полная история инверсий геомагнитного поля за все время жизни океанов.

Магнитохронологическая шкала

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 Земли 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 отличия 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.

На палеомагнитной шкале красным полосам соответствуют периоды прямой намагниченности, синим — обратной, зеленым — переменной, белым — неизвестной

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 симметрия относительно срединно-океанического хребта, то есть любая положительная или отрицательная аномалия с одной стороны хребта обязательно имеет своего «близнеца» — с другой. Причем расположены аномалии-«близнецы» от оси хребта на одинаковом расстоянии.

Геофизики-магниторазведчики, привыкшие объяснять 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 Земле 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 Земля 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.

Иллюстрации: Юрий Сафранов, Станислав Новиков

Материал опубликован в журнале «Вокруг света» № 3, март 2003, частично обновлен в январе 2023

Михаил Лейбов

Теги

  • космос
  • наука
  • планеты

Магнитное поле — что это такое, картинки, интересные факты

Земля, будто невидимыми нитями, окружена магнитным полем планеты. Это поле, генерируемое внутренним источником, имеет важное значение для существования жизни на Земле. Будучи защитным экраном от солнечных частиц, оно, возможно, даже помогло при эволюции жизни на нашей планете.

Самое обсуждаемое по теме Магнитное поле

Самая простая и банальная вещь в доме — микроволновка! Так может показаться на первый взгляд, ведь что может быть проще, чем поставить в нее тарелку с едой, нажать кнопку и получить теплое блюдо. Вот только не все догадываются, как эта штука работает и почему она стала такой, какой мы привыкли ее видеть. Сама технология существует уже очень давно. Но в наших домах эти приборы появились относительно недавно. По большому счету это просто коробка, в которой работает что-то типа Wi-Fi, только очень мощного. Давайте разберемся, как все это устроено, на чем основан принцип работы прибора, почему он может быть опасен и как следует им пользоваться. А заодно узнаем, почему в ней иногда взрываются продукты, почему тарелка не нагревается и из-за чего рядом с микроволновкой не работает домашняя Wi-Fi сеть. Кстати, вы знали, что правильнее называть ее СВЧ? Многие забыли это сокращение, но именно оно лучше всего отражает принцип работы прибора.

Читать далее

Автоматический космический аппарат NASA и ESA Solar Orbiter 15 июня завершил первое сближение с Солнцем, подойдя к нему на расстоянии 77 миллионов километров, что примерно равно половине расстояния между Солнцем и Землей. Это важная веха для миссии, поскольку зонд, запущенный в феврале, перешел на следующий после запуска этап своей исследовательской экспедиции. В течение следующих пяти месяцев ученые будут следить за его бортовыми приборами, после чего научная миссия стартует официально и будут получены снимки родной звезды из точки перигелия – ближайшей к Солнцу точке орбиты планеты или другого небесного тела Солнечной системы. Прежде астрономы никогда не делали снимки Солнца со столь близкого расстояния.

Читать далее

На нашей планете много мест, которые считаются мистическими. Часть из них стала такими из-за народных поверий или стечения обстоятельств, но есть и те, где действительно наблюдаются странные вещи, которые ученые могут зафиксировать, но не могут объяснить. Возможно, это обычный этап развития планеты, но не исключено и то, что это свидетельство скорой гибели всего, что есть на Земле. В аномалии, о которой сегодня пойдет речь, не просто наблюдаются отклонения от обычных значений, но и есть признаки нарушения защиты нашей планеты от очень агрессивного космического воздействия. Пока ученные нашли способ мириться с этим, но надолго ли хватит таких мер?

Читать далее

Могут ли люди чувствовать магнитное поле? Несмотря на всю фантастичность вопроса, факты говорят о том, что большое количество живых существ на планете действительно умеют “видеть” магнитное поле Земли и даже использовать его для навигации. Что, если аналогичная способность присутствует и у человека, однако он забыл как ею пользоваться за ненадобностью? В своем недавнем исследовании ученые провели эксперимент, измеривший то, как альфа-волны взаимодействуют с некоторыми элементами в человеческом теле. По мнению специалистов, эти неизученные ранее органы чувств могут улавливать воздействие магнетизма, утверждает портал popularmechanics. com. Неужели мы действительно можем ощущать магнитное поле планеты?

Читать далее

Обитаемость нашего мира несколько раз подвергалась опасности масштабного вымирания, однако магнитное поле Земли сохранило жизнь ее обитателей в два ключевых момента в истории голубой планеты. Благодаря созданию мощного защитного поля вокруг планеты на ранних этапах ее формирования, компоненты, необходимые для возникновения жизни, смогли успешно пережить несколько мощных солнечных всплесков. Что же может означать данное открытие для науки и как это может помочь при поиске потенциально обитаемых экзопланет?

Читать далее

Магнитное поле планеты представляет собой уникальную материю, которая с помощью особых электрических зарядов создает особую зону, защищающую планету от вредного космического излучения. Как сообщает портал newsweek.com, Луна полностью потеряла свое магнитное поле в результате кристаллизации ядра нашего спутника около одного миллиарда лет назад, тем самым лишившись какой-либо защиты от солнечного ветра. Но что же именно вызвало возникновение подобного процесса и можно ли объяснить его с помощью науки?

Читать далее

Если когда-нибудь вы захотите поехать в Антарктиду, чтобы увидеть Южный полюс, то первым, что вы возьмете с собой в путешествие, станет компас. Ну и немного теплой одежды. Однако знаете ли вы, что компасы не только способны привести вас к магнитному полюсу, но и сбить вас с толку, заставив заблудиться рядом с практически достигнутой вами целью? Как же работают компасы и почему им нельзя доверять, находясь рядом с магнитным полюсом?

Читать далее

Наша планета невидимыми нитями окружена магнитным полем. Это поле, создается внутренним источником и имеет важное значение для существования жизни на Земле. Оно как экраном защищает нас от солнечных частиц и, возможно, даже помогло эволюции жизни на нашей планете. При исчезновении же магнитного поля, большое количество заряженных Солнцем частиц будет атаковать планету, постепенно выводя из строя электрические сети и спутники. Однако может ли это привести к настоящему апокалипсису для живущих на Земле?

Читать далее

Ученые из Национальной лаборатории высокого магнитного поля (MagLab) при Университете штата Флорида (США) создали самый мощный в мире сверхпроводящий магнит. Устройство диаметром не больше сантиметра и размером не больше ролика для туалетной бумаги (не знаю почему, но создатели проводят именно такую аналогию) способно генерировать рекордную напряженность магнитного поля в 45,5 тесла. Это более чем в 20 раз мощнее магнитов больничных аппаратов магнитно-резонансной томографии. Отмечается, что ранее только импульсные магниты, способные поддерживать магнитное поле в течение доли секунды, достигали более высокой интенсивности.

Читать далее

Солнце находится настолько далеко от Земли, что его свету необходимо целых восемь минут, чтобы достичь поверхности нашей планеты. Несмотря на расстояние, его магнитное поле оказывает оказывает на наш мир огромное влияние. Например, сильный электромагнитный импульс может стать причиной выключения света на целом континенте, поэтому ученым крайне важно знать мощность магнитного поля. К сожалению, получить точные данные им пока не удавалось, но исследователи из Университета Королевы в Белфасте уверяют, что сделали это.

Читать далее

Ученые: магнитное поле Земли возникло почти с рождением планеты

https://ria.ru/20150731/1154338303.html

Ученые: магнитное поле Земли возникло почти с рождением планеты

Ученые: магнитное поле Земли возникло почти с рождением планеты — РИА Новости, 31.07.2015

Ученые: магнитное поле Земли возникло почти с рождением планеты

Магнитный «щит» нашей планеты, защищающей ее от космических лучей и солнечного ветра, возник практически сразу после ее рождения, примерно 4 миллиарда лет назад, что почти на 600 миллионов лет раньше, чем считалось ранее.

2015-07-31T07:13

2015-07-31T07:13

2015-07-31T07:15

/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content

/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content

https://cdnn21.img.ria.ru/images/sharing/article/1154338303.jpg?11543291451438316100

сша

америка

весь мир

северная америка

РИА Новости

1

5

4. 7

96

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

2015

РИА Новости

1

5

4.7

96

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

Новости

ru-RU

https://ria.ru/docs/about/copyright.html

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/

РИА Новости

1

5

4.7

96

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

РИА Новости

1

5

4.7

96

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

РИА Новости

1

5

4.7

96

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og. xn--p1ai/awards/

земля — риа наука, сша, магнитосфера

Земля — РИА Наука, Наука, США, Америка, Весь мир, Северная Америка, магнитосфера

МОСКВА, 30 июл – РИА Новости. Магнитный «щит» нашей планеты, защищающей ее от космических лучей и солнечного ветра, возник практически сразу после ее рождения, примерно 4 миллиарда лет назад, что почти на 600 миллионов лет раньше, чем считалось ранее, заявляют геологи в статье, опубликованной в журнале Science.

«Среди нас не было консенсуса насчет того когда возникла тектоника и началось движение литосферных плит. Наши замеры подтвердили результаты анализа «следов» тектоники в очень древних  кристаллах циркона, которые указывали на начало подобных процессов уже 4,4 миллиарда лет назад»,  — рассказывает Джон Тардуно (John Tarduno) из университета Рочестера (США).

Тардуно и его коллеги выяснили, что магнитное поле Земли и круговорот пород в ее недрах зародились практически сразу после формирования Солнечной системы, изучая образцы так называемых цирконов, обнаруженных в местечках под названием Джек-Хиллс в западной Австралии.

Как отмечают исследователи, кристаллы циркона образуются только при очень высоких температурах внутри магматических горных пород, составляющих основу земной коры на континентах. Это позволяет использовать их для оценки возраста коры и ряда других ее свойств, в том числе и силы магнитного поля в прошлом.

Под Джек-Хиллс залегают породы так называемого Пилабарского щита, который, вместе с аналогичными залежами в ЮАР, являются единственными точками на Земле, где сохранилась первозданная древняя кора Земли, чей возраст составляет как минимум 3,6 миллиарда лет.

Столь большой возраст коры и содержащихся в ней цирконов позволил Тардуно и его коллегам проверить, есть ли следы магнитного поля внутри них и понять, когда в ядре и в недрах Земли начался круговорот потоков расплавленных пород и жидкого железа, используя так называемые «сквиды» – сверхчувствительные квантовые магнетометры.

«Магнитный щит» молодой Земли был в два раза «тоньше», чем сегодня

NaN , NaN:NaN

Оказалось,  что данный процесс начался как минимум четыре миллиарда лет назад, а не 3,45 миллиарда лет, как считали ученые раньше, и скорее всего, как показывают расчеты геологов, магнитное поле уже существовало на Земле примерно 4,2 миллиарда лет назад.

Сила магнитного поля в то время была ниже, чем сегодня – около 0,6 микротесла – но при этом была достаточно значительной для того, чтобы его не могло породить «трение» солнечного ветра об атмосферу молодой Земли. Таким образом, можно говорить о том, что тектоника и связанное с ней геомагнитное динамо в недрах планеты уже существовали в то время.

Геологи нашли в ЮАР возможный центр «переворота» магнитного поля Земли

NaN , NaN:NaN

Что это означает? Для геологов такое открытие чрезвычайно важно по той причине, что оно говорит о неожиданно быстром завершении формировании нашей планеты. По всей видимости, раннее появление геомагнитного динамо и тектоники спасло атмосферу Земли от испарения в космос и потери большей части запасов воды, что произошло с Марсом в первый миллиард лет его существования.

В пользу этого говорит то, что в то время сила солнечного ветра была примерно в 100 раз выше, чем сегодня, и его поток мог легко и очень быстро «ободрать» атмосферу Земли, если бы она не обладала магнитным «щитом». На Марсе магнитное поле появилось значительно позже, что могло быть одной из причин того, почему сегодня он является безжизненной пустыней, заключает Тардуно.

Перелётные птицы используют магнитное поле Земли как знаки STOP

01 февраля 2022 11:22 Ольга Мурая

Окольцованная тростниковая камышовка в руках орнитолога.

Фото Pixabay.

Перелётные птицы используют магнитное поле Земли как знаки STOP.
Иллюстрация Thomas Miller.

Исследователи наконец выяснили, как именно стаи крохотных перелётных певчих птиц поколение за поколением прилетают в одно и то же место для зимовки.

Международная группа учёных пришла к выводу, что птицы используют информацию о магнитном поле Земли, чтобы определить, где и когда им следует прекратить миграцию.

Этот трюк позволяет им точно нацеливаться на одно и то же место размножения из года в год, даже если оно находится в тысячах километров от точки их отправления.

То, как птицы ощущают магнитное поле Земли, давно изучается исследователями. Птицы, а также собаки и приматы, могут даже «видеть» линии магнитного поля и, возможно, использовать эту способность для определения направления, в котором они движутся, а также места, где они находятся в данный момент.

Хотя исследователи уже знают, что птицы наследуют информацию о миграции от своих родителей, то как они возвращаются в одно и то же место из года в год со столь высокой точностью долгое время оставалось неясным.

Поэтому учёные очень воодушевлены новым открытием: они нашли доказательства использования перелётными певчими птицами магнитных «меток».

Команда проанализировала данные, собранные в процессе изучения перелётов почти 18 000 тростниковых камышовок. Учёные хотели выяснить, использовали ли птицы магнитное поле Земли при поиске места для своего размножения.

Тростниковые камышовки — крошечные певчие птицы массой от 10 до 15 граммов, которые ежегодно перелетают пустыню Сахара, чтобы провести лето в Европе.

Учёные обнаружили, что по мере изменения магнитного поля Земли, места миграции птиц перемещались вместе с ним, что позволяет предположить, что птицы ориентировались по движущейся магнитной «мишени».

По-видимому, птицы используют информацию о магнитном поле как дорожные знаки и, в частности, как знак STOP. Так, на место, где птицы должны завершить путешествие, может указывать магнитное наклонение — угол между поверхностью Земли и линиями магнитного поля — или сила магнитного поля.

Авторы предполагают, что птицы «узнают» угол наклона магнитного поля в месте своего рождения до того, как отправиться в первый перелёт. Эта «биометка» впоследствии позволяет им вернуться обратно.

Но почему именно магнитное наклонение стало главным ориентиром миграционных путей перелётных птиц?

Авторы работы считают, что это связано с постоянством той информации, которую можно распознать по магнитному наклонению. Другие характеристики магнитного поля Земли, такие как его сила, значительно меняются с течением лет, и могут «отправлять» птиц на десятки километров в сторону от нужного места.

В то же время местоположение места размножения, «рассчитанное» с помощью магнитного наклонения, смещается всего на 1,22 километра ежегодно.

Из года в год оно остаётся достаточно стабильным, а это означает, что птицы, которые умеют ориентироваться по нему, имеют наилучшие шансы вернуться к самому благоприятному месту размножения.

Перелётные птицы используют магнитное поле Земли как знаки STOP.

Иллюстрация Thomas Miller.

Работа учёных основывалась на анализе данных кольцевания.

Поясним, что уже почти столетие волонтёры и исследователи прикрепляют металлические кольца с уникальными номерами к ногам птиц со всей Европы. Эта масштабная работа является ценным методом изучения миграции птиц.

В данной работе учёные использовали данные, собранные с 1940 по 2018 год.

В заключение ведущий автор новой работы доктор Джо Винн (Joe Wynn) из Оксфордского университета отметил: «То, что мы можем исследовать [миграцию птиц] с использованием данных, собранных как учёными, так и орнитологами-любителями, чрезвычайно увлекательно. И мы надеемся, что такое использование данных гражданской науки вдохновит многих выйти на улицу, понаблюдать за птицами и увлечься наукой в ​​целом».

Исследование международной группы учёных было опубликовано в авторитетном научном издании Science.

Ранее мы писали о том, что способность ориентироваться по магнитным полям была обнаружена даже у дельфинов и ночных бабочек.

Также мы рассказывали о том, как летучие мыши «калибруют» свой внутренний магнитный компас, а ещё о том, как был обнаружен первый биокомпас внутри живого организма.

Больше новостей из мира науки вы найдёте в разделе «Наука» на медиаплатформе «Смотрим».

наука животные птицы магнитное поле навигация перелет миграция новости

Что нового узнали учёные о дрейфе магнитного полюса Земли и магнитного поля Мирового океана

Осипов О. Д. 1, д.т.н Минлигареев В.Т.2, д.ф.-м.н Копытенко 3,

к.ф.-м.н Меркурьев С.А.3,4, Арутюнян Д.А.2,5, к.т.н Кузнецов К. М.5,

д.ф.-м.н Максимочкин В.И.5, Григорьев Е.К.6

Исследование дрейфа Южного магнитного полюса Земли и магнитного поля Мирового океана в кругосветной экспедиции    

ОИС ВМФ «Адмирал Владимирский»

Введение

Для Земли магнитное поле является жизненно важным в глобальном смысле, выступает как магнитный щит от солнечных и галактических космических лучей (СКЛ и ГКЛ) для всего живого и для созданной человечеством инфраструктуры технических средств и систем по всей планете. Магнитное поле Земли (МПЗ) с древних времен привлекает внимание человечества и используется им для решения широкого круга задач. Первоначально это было связано с мореплаванием и необходимостью решения навигационной задачи с помощью морского компаса, история которого насчитывает уже более двух тысячелетий. В настоящее время характеристики магнитного поля используют для навигации судов, летательных аппаратов, космических кораблей, для добычи полезных ископаемых. Магнитные датчики есть практически в каждом мобильном телефоне.

Поэтому наблюдение за магнитным полем Земли (МПЗ), его «поведением» и постоянный мониторинг его полюсов является особенно важным на протяжении всего периода солнечной активности.

1. Главное магнитное поле Земли. Магнитные вариации

По современным представлениям МПЗ в любой точке земной поверхности и в околоземном пространстве можно представить в виде трёх составляющих: главного (нормального) поля — диполя, полей вариаций и магнитных аномалий (Рис. 1 и 2).

     

Рис. 1. Межпланетное МПЗ (слева) и главное МПЗ (справа). Изображение предоставлено участниками экспедиции

Рис. 2. Аномальное МПЗ. Мировая магнитная карта АМПЗ WDMAM  (World Digital Magnetic Anomaly Map).  (1:50 000 000, 2007). Изображение предоставлено участниками экспедиции

Главное магнитное поле, простирающееся на несколько радиусов Земли, защищает нас от влияния потока протонов и электронов, идущих от солнечных вспышек, а также от галактических лучей, приходящих из далекого космоса. Состояние магнитного поля в околоземном космическом пространстве контролируют наземные средства и многочисленные космические аппараты, в частности российские геостационарные спутники гидрометеорологического и гелиогеофизического назначения серии «Электро-Л».

Потоки СКЛ и ГКЛ, возмущая ионосферу и магнитосферу Земли, «доносят» вариации магнитного поля до поверхности Земли. Вклад поля вариаций в общее МПЗ может достигать 5–10 % и определяется по данным сети магнитовариационных станций, основной из которых является государственная наблюдательная сеть Росгидромета. Головным учреждением по магнитным наблюдениям на государственной наблюдательной сети является Институт прикладной геофизики имени академика Е.К. Федорова (ФГБУ «ИПГ»). Необходимо отметить, что значительные изменения магнитного поля, происходящие, в первую очередь, во время интенсивных солнечных вспышек, провоцируют на Земле магнитные бури, относящиеся к категории опасных гелиогеофизических явлений (ОГЯ). Магнитные бури по интенсивности развития, продолжительности или моменту возникновения могут представлять серьёзную угрозу энергетическим системам, протяжённым трубопроводам, системам связи, навигации, космическим аппаратам, другим высокотехнологичным системам и могут наносить значительный материальный ущерб. Как результат воздействия — магнитные бури в отдельных случаях могут влиять и на здоровье людей. Поэтому роль магнитных наблюдений в мониторинге и прогнозе ОГЯ чрезвычайно важна и её нельзя недооценивать. Магнитные наблюдения являются важнейшей частью государственной наблюдательной сети. Кроме того, необходимо наблюдение за перемещением магнитных полюсов, так как важно знать их место расположения при определении магнитного склонения для навигации, определении степени опасности полярных районов при сильных магнитных возмущениях. 

Источники главного магнитного поля находятся в земном ядре. Вклад главного поля в МПЗ для большинства районов Земли является определяющим и варьируется от 80 до 98 %. Исследования показали, что главное поле изменяется со временем, для него характерно наличие вековых вариаций. В последнее время эти изменения сильно ускорились. Фундаментальные исследования в этом направлении проводят академические институты, в частности Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН и его Санкт-Петербургский филиал (ИЗМИРАН).

Определение параметров главного поля (Рис.3) производится по международным моделям, основными из которых являются IGRF (International geomagnetic reference field) и WMM (World Magnetic Model).

Среди проблем, решаемых фундаментальной геофизикой, особо следует выделить задачи по определению возраста океанической коры, изучению её строения, механизмов формирования и эволюции. Происхождение магнитного поля Земли рассматривалось ещё Альбертом Эйнштейном как одна из трёх наиболее важных нерешённых проблем в физике. Хотя теперь мы знаем, что магнитное поле создаётся в результате конвекции в металлическом внешнем жидком ядре Земли, где самогенерирующее действие динамо не даёт полю затухнуть. Но детальная физика работы геодинамо не вполне изучена.

Рис. 3. Силовая линия магнитного поля Земли, проходящая через Северный и Южный магнитный полюс (слева). Вектор напряжённости магнитного поля HТ Земли и его составляющие X, Y, Z (справа). Изображение предоставлено участниками экспедиции

В настоящее время наблюдается тенденция уменьшения дипольного магнитного момента Земли, которая отчасти связана с магнитной аномалией в Южной Атлантике, где поле на поверхности Земли сейчас примерно на 35% слабее среднего. Если эта тенденция сохранится, то это может привести к распаду дипольного поля. Ответ на вопрос, как долго будет сохраняться текущая скорость распада дипольного поля, последует ли за этим инверсия главного магнитного поля, представляет более чем академический интерес.  Как отмечалось ранее — именно дипольное магнитное поле (главное поле) защищает нашу планету от СКЛ и ГКЛ.

При исследовании пространственной структуры главного магнитного поля Земли и динамики его изменений особую роль следует отвести проведению измерений на акватории Мирового океана, поскольку там практически отсутствуют магнитные обсерватории. Более 30 лет (с 1953 по 1991 гг.) на борту немагнитной шхуны «Заря» (ИЗМИРАН) проводились систематические измерения четырёх компонент геомагнитного поля — модуля вектора напряженности, горизонтальной и вертикальной составляющих, магнитного склонения, на основании которых была создана обширная база данных. В ходе этих исследований были заложены морские пункты векового хода, которые помогли отслеживать динамику изменения МПЗ в некоторых точках Мирового океана. Ключевыми районами, где проведение измерений помогает корректировать глобальные модели геомагнитного поля, являются приполярные  области, то есть области близкие к Южному и Северному магнитным полюсам.

Таким образом, определение положения Северного и Южного магнитного полюсов и их движение является важной и актуальной фундаментальной и прикладной задачей. Исследование особенностей миграции магнитных полюсов Земли способствует пониманию природы генерации главного магнитного поля.

2. Аномальное магнитное поле Земли

Аномальная составляющая магнитного поля Земли (АМПЗ) — магнитное поле региональных и локальных магнитных аномалий, источники которого находятся в земной коре (Рис.2 и 4). АМПЗ обусловлено неоднородностью магнитных свойств горных пород, слагающих земную кору, и отражает особенности её строения, историю формирования и развития. АМПЗ фактически стабильная во времени составляющая магнитного поля, которая может измениться только в результате тектонических процессов или крупной антропогенной деятельности.

Рис. 4. Пример современной интерпретации данных аэромагнитной и морских съемок МПЗ: 1 — карта АМПЗ; 2 — поверхность Земли; 3 — поверхность магнитоактивных тел. Изображение предоставлено участниками экспедиции

Исследование параметров АМПЗ проводится для геологоразведочных работ, изучения в области наук о Земле, а также используется для применения в системах автономной навигации по геофизическим полям Земли.

Для изучения параметров магнитного поля Мирового океана применяются буксируемые (забортные) морские магнитометры. Магнитометрические системы подобного типа традиционно, помимо решения академических научных задач, активно используются для проведения геологоразведочных, инженерных и археологических изысканий на акватории Мирового океана ведущими отечественными и зарубежными сервисными и научно-производственными компаниями (Рис. 5). Одним из отечественных предприятий по выполнению морских магнитометрических изысканий является предприятие АО «Южморгеология», стоящее у истоков становления метода морской магнитной съёмки в нашей стране. Только за последние пять лет (2015–2020 гг.) компанией (холдинг АО «Росгеология») было выполнено более 100 000 погонных километров магнитометрических измерений на акватории российского шельфа, зарубежных государств и Мирового океана.

3. Исследования дрейфа магнитных полюсов

Магнитный полюс — это блуждающая точка на поверхности северного и южного полушария Земли, где геомагнитное поле направлено вертикально (горизонтальная составляющая равна нулю). Несмотря на то, что все линии равного магнитного склонения сходятся на магнитном полюсе, склонение на самом полюсе не определено. Все компасы направлены к Южному или Северному магнитным полюсам, но в силу наличия недипольной составляющей МПЗ, стрелки непосредственно на полюса не указывают. И даже в полярных областях сходимость линий магнитного склонения не является радиальной.

До 2019 г. для расчёта главного поля использовались модели эпохи 2015 г. Во все эпохи шёл дрейф магнитных полюсов. Скорость дрейфа Северного магнитного полюса в 1970-х годах составила 10 км/год, в 2001 г. — 40 км/год, в 2004 г. — 60 км/год, в 2015 г. — 48 км/год. Начиная с 2016 г. необычно большая скорость, с которой смещается Северный магнитный полюс Земли, привела к серьёзным ошибкам в расчётах модели 2015 г. В начале 2019 г. невязка определения Северного магнитного полюса составила порядка 40 км. Для устранения такого рода ошибок с начала 2019 г. началось досрочное обновление международных моделей МПЗ. В феврале — WMM — Национальным геофизическим центром данных США (NGDC), а в декабре вышла обновлённая версия WMM 2020 (Рис.6).  

Рис. 6. Карта магнитных склонений модели главного МПЗ WMM 2020. (https://www.ngdc.noaa.gov/geomag/WMM/). Изображение предоставлено участниками экспедиции

В том же декабре 2019 г. Международной ассоциацией геомагнетизма и аэрономии (IAGA) выпущена очередная версия модели IGRF-13. Эти модели необходимы для функционирования как профессиональных навигационных систем, так и бытовых навигаторов, в том числе для мобильных телефонов. С меньшими скоростями и несоосно изменялось и положение Южного магнитного полюса (ЮМП). На рисунке 6 хорошо виден узел схождения изогон (линий равного магнитного склонения) между Австралией и Антарктидой. Это и есть ЮМП.

Задача определения положения Южного магнитного полюса имеет длинную историю. Первые геомагнитные измерения (измерения склонения) в Антарктическом регионе были выполнены в ходе второй кругосветной экспедиции Дж. Кука (1772–1775). Однако оценок местоположения ЮМП не делалось. Первое экспериментальное определение местоположения ЮМП было выполнено в ходе кругосветной антарктической экспедиции русских мореплавателей Ф. Беллинсгаузена и М. Лазарева (1819–1821). Вскоре после экспедиции к Северному магнитному полюсу немецкий физик К. Гаусс рассчитал на основе сферического гармонического анализа нахождение ЮМП в точке с координатами 66 ° ю. ш., 146 ° в.д. Достичь этой точки и провести инструментальные измерения удалось только 16 января 1909 г. Британской антарктической экспедицией под руководством Эрнеста Шеклтона (экспедиция на «Нимроде»). Далее ЮМП определялся в 1912, 1931, 1951, 1962 гг. (Рис.7).

Рис. 7. Смещение южного магнитного полюса. Желтыми квадратами обозначены места инструментального определения магнитного полюса (https://www.ngdc.noaa.gov/geomag/GeomagneticPoles.shtml). Изображение предоставлено участниками экспедиции

Продолжая традиции русских мореплавателей и первооткрывателей Антарктиды М. Лазарева и Ф. Беллинсгаузена, моряки ВМФ СССР при участии сотрудников СПбФ ИЗМИРАН определяли местоположение Южного магнитного полюса во время первой кругосветной экспедиции на ОИС «Адмирал Владимирский» и ОИС «Фаддей Беллинсгаузен» (1982-1983). Было пройдено несколько галсов в районе ЮМП с целью определения его местоположения. Научный руководитель работ — контр-адмирал Л. Митин. (Рис.8).

Последнее инструментальное определение Южного магнитного полюса проведено австралийской геологической службой на судне «Sir Hubert Wilkins» в 2000 г.

4. Кругосветная экспедиция ВМФ ОИС «Адмирал Владимирский» 2019-2020 гг.

В 2019-2020 гг. по решению министра обороны РФ в честь 200-летия открытия Антарктиды и 250-летия со дня рождения адмирала И.Ф. Крузенштерна успешно проведена кругосветная экспедиция на океанографическом исследовательском судне (ОИС) ВМФ «Адмирал Владимирский».

Одной из задач антарктической экспедиции являлось измерение параметров магнитного поля отдельных участков Мирового океана по маршруту следования и инструментальное определение координат Южного магнитного полюса в море Дюрвиля (около Земли Адели Антарктиды) и определение невязки магнитного полюса по мировым моделям. Эту задачу на ОИС выполняла объединённая геофизическая группа в составе ФГБУ «ИПГ», МГУ имени М.В. Ломоносова (физический и геологический факультеты), ИЗМИРАН и АО «Южморгеология» при поддержке Русского географического общества, Гидрометеорологической службы ВС РФ, Гидрографической службы ВМФ.

В составе геофизической группы по измерениям параметров магнитного поля проводили работы: Илья Грушников — кафедра физики Земли физического факультета МГУ (г. Москва), Вадим Солдатов — ИЗМИРАН (Санкт-Петербург), Михаил Кузякин — «Южморгеология» (г. Геленджик) (Рис.10).

Программу исследований, координацию съёмок формировали специалисты и руководство ФГБУ «ИПГ», ИЗМИРАН, геологического факультета МГУ. Определение характеристик МПЗ (модуля и полного вектора индукции магнитного поля) в Мировом океане является сложной задачей. Собственное и наведённое магнитное поле корабля требует применения буксируемых морских магнитометров. Кроме того, отсутствие в океане магнитовариационных станций затрудняет учёт переменной составляющей МПЗ. Для решения измерительных задач в экспедиции использовалось два типа приборов. Первый — классический буксируемый магнитометр. В настоящее время большинство магнитометрических измерений на акватории Мирового океана выполняется морскими протонными буксируемыми магнитометрами, а измеряемой величиной является модуль полного вектора магнитного поля. 

Для выполнения задач экспедиции компанией АО «Южморгеология» был предоставлен комплект магнитометрического оборудования и опытный квалифицированный оператор, сопровождавший ход выполнения работ. Важным фактором, повлиявшим на успешное завершение работ по уточнению положения ЮМП, стало наличие у компании обширного опыта и понимание специфики выполнения магнитометрических измерений в приполярных областях (Рис.11).

Модульные площадные съёмки выполнялись с помощью протонных буксируемых морских магнитометров для измерения модуля индукции магнитного поля. Их работа осуществлялась в дифференциальном режиме для наблюдений и учёта вариаций магнитного поля. Измерения параметров МПЗ производились двумя гондолами с датчиками, работающими на эффекте Оверхаузера, буксируемыми последовательно друг за другом на расстояние не менее 300–400 м за судном, чтобы минимизировать влияние магнитного поля корабля.

Для определения положения ЮМП чрезвычайно важно знание компонент магнитного поля, поэтому в ходе съёмки были дополнительно использованы трёхкомпонентные магнитометры.

Компонентные измерения проводились с помощью магнитовариационного комплекса MVC-2, разработанного ИЗМИРАН и состоящего из трёх датчиков торсионного типа. Параллельно с этим комплексом использовался компонентный магнитометр с датчиками, основанными на магниторезистивном эффекте. Датчики были ориентированы вдоль продольной, поперечной и вертикальной оси корабля. Вся магнитометрическая аппаратура находилась в лаборатории, расположенной на корме судна таким образом, чтобы датчики находились максимально удалённо от корпуса судна с целью уменьшения влияния  магнитного поля корабля на показания датчиков (Рис.12).

Эта работа велась научным сотрудником лаборатории морских геомагнитных исследований СПбФ ИЗМИРАН В. Солдатовым. Компонентные магнитометрические измерения проводились практически непрерывно на всех этапах экспедиции, что позволило выполнить десятки тысяч линейных километров морской компонентной магнитной съёмки. Это имеет большую ценность для исследования магнитного поля Земли, поскольку забортные измерения иногда не проводились в силу погодных условий. Общий объём измерений составляет несколько терабайт и требует тщательной камеральной обработки, которая будет выполнена сотрудниками лаборатории.  

В ходе экспедиции проводились измерения магнитометрами обоих видов, что позволило проводить анализ и сопоставление этих измерений и постоянно контролировать работу аппаратуры. В ходе рейса несколько раз проводились исследования собственного и наведённого магнитного поля судна (девиационные работы). Для этого необходимо было определить районы и методику, согласовать предложения с руководством экспедиции. Этим в экспедиции занимался магистрант кафедры физики Земли физического факультета МГУ Грушников И.Ю. (Рис.13 и 14).  

Работы по инструментальному определению ЮМП были в начале апреля 2020 г. по плану экспедиции. Несмотря на сильные шторма в Южном океане — ветер более 30 метров в секунду и 7-метровые волны, — команда «Адмирала Владимирского» выполнила одну из основных задач экспедиции.

6 апреля 2020 года судно «Адмирал Владимирский» прибыло в район съёмки магнитного поля Земли в море Дюрвиля в районе Земли Адели Антарктиды для определения положения ЮМП. Более 48 часов специалисты, члены команды в сложных метеоусловиях непрерывно проводили съёмки параметров магнитного поля.  Для определения положения магнитного полюса экспедицией были проведены площадные морские магнитометрические работы с использованием трёхкомпонентного и протонного морского буксируемого магнитометра (Рис.15 и 16).

Экспериментальное определение положения магнитного полюса подразумевает проведение магнитной съёмки, по результатам которой можно определить область, где поле направлено практически вертикально. О том, что корабль находился непосредственно в районе местонахождения МПЗ, свидетельствовала, например, и «сошедшая с ума» стрелка компаса, которая меняла направление вместе с судном, разворачивалась на 180 градусов, беспричинно крутилась во все стороны.

Для параметрического определения положения ЮМП заранее была спроектирована площадная сеть наблюдений. На рисунке 17 отмечены положения полюса по данным международной модели геомагнитного поля IGRF-13 в 2020 году, а также за предыдущие годы и прогнозируемое положение. Наряду с данными модели IGRF-13 на рисунке представлены положения ЮМП по данным модели IGRF-12 и модели WMM. Если обратить внимание на историю дрейфа ЮМП, то можно заметить, что его траектория описывается не прямой, а кривой линией (Рис. 16). В 2019 и 2020 гг. направление его смещения было в направлении запад-юго-запад. Основываясь на положении полюса по данным различных моделей и тренду его смещения в прошлых годах, проектная сеть наблюдений расширена на юго-запад относительно положения полюса по данным модели IGRF-13.

Рис. 17. Ретроспективное и прогнозируемое положение ЮМП и проведённые работы по определению местоположения магнитного полюса. Изображение предоставлено участниками экспедиции

На рисунке 17 показано положение галсов детальной морской магнитной съёмки акватории Южного океана у берегов Антарктиды, выполненных ОИС «Адмирал Владимирский» с целью определения положение ЮМП (справа). Жёлтые кружки — положение полюса на эпоху, обозначенную цифрами, зелёные звёздочки — положение ЮМП по моделям WMM и IGRF-12.

В полученные данные также будут внесены поправки по магнитным вариациям на день проведения съёмок, взятые с ближайших магнитных обсерваторий, — Дюмон-Дюрвиль (Франция) в Антарктиде и на острове Маккуори (Новая Зеландия). Данные магнитных измерений в море Дюрвиля в районе ЮМП будут переданы в организации участников экспедиции, где пройдут камеральную обработку, сравнение с другими параметрами и пройдут процедуру окончательного уточнения положения Южного магнитного полюса Земли. Сводный заключительный отчёт по исследованиям МПЗ будет представлен на заседании Русского географического общества в конце 2020 г.

Заключение

Таким образом, команда ОИС «Адмирал Владимирский» спустя 20 лет после последнего инструментального уточнения магнитного полюса провела работы в районе нахождения Южного магнитного полюса вблизи берегов Антарктиды. Этот факт является серьёзным вкладом российской науки (при безусловной поддержке Военно-морского флота России и Русского географического общества) в мировую копилку достижений в познании основополагающих геофизических процессов, происходящих на нашей планете для фундаментальных и прикладных задач.

Принимая во внимание важность и глобальность подобных исследований, необходимо определить перспективы исследований и мониторинга магнитного поля Земли. Целесообразно объединение наземных наблюдательных сетей и отдельных магнитных обсерваторий Росгидромета, РАН, Минобрнауки и Росгеологии.

В международном сотрудничестве в рамках Международной ассоциации геомагнетизма и аэрономии  IAGA, в связи с ускорением движения магнитных полюсов необходимо достигнуть договоренностей по регулярному инструментальному контролю магнитных полюсов для уточнения мировых моделей.

Используя опыт проведения Международного геофизического года — МГГ (в самый разгар холодной войны — в 1957-1958 гг.), в преддверии нового 25 солнечного цикла и в условиях непростых международных отношений, целесообразно провести Международный год магнитного поля (или новый МГГ) в целях исследования и прогнозирования «здоровья» и состояния нашей планеты.

________

Примечания

        1. Институт прикладной геофизики имени академика Е.К. Федорова Росгидромета (ФГБУ «ИПГ»).

2. Санкт-Петербургский филиал Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН (СПбФ ИЗМИРАН).

3. Санкт-Петербургский государственный университет.

4. Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова.

5. АО «Южморгеология», Росгеология.

Благодарности

Коллектив авторов выражает благодарность всем, кто принимал участие в подготовке специалистов, обработке результатов измерений, доставке оборудования для экспедиции, оперативно организовывал передачу информации, обеспечивал связь и координацию по маршруту следования ОИС «Адмирал Владимирский», кто осуществлял поддержку и проведение научных консультаций.

1. Руководителю экспедиции ОИС «Адмирал Владимирский», заместителю начальника Управления навигации и океанографии МО РФ Осипову Олегу Дмитриевичу.

2. Директору Института прикладной геофизики имени академика Е.К. Федорова Росгидромета (ФГБУ «ИПГ»), докт. физ.-мат. наук Репину Андрею Юрьевичу, сотрудникам института.

3. Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова. Физический факультет. Заведующему кафедрой физики Земли докт. физ.-мат. наук, профессору Смирнову Владимиру Борисовичу и сотрудникам кафедры.

4. Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова. Геологический факультет. Заведующему кафедрой геофизических методов исследования земной коры, докт. физ.-мат. наук, профессору Булычеву Андрею Александровичу; доценту кафедры, канд. геол.-минерал. наук Лыгину Ивану Владимировичу; сотрудникам и студентам кафедры.

5. Санкт-Петербургский филиал Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН (СПбФ ИЗМИРАН). Научным сотрудникам отдела геомагнитных исследований: канд. физ.-мат. наук Дёминой И.М., канд. физ.-матем. наук Иванову С.А., канд. техн. наук Сергушину П.А., Зайцеву Д.Б., Леваненко В.А., Петленко А.В.

6. Управляющему директору АО «Южморгеология» Красинскому Егору Михайловичу (Российский геологический холдинг «Росгеология»).

7. Арктический и антарктический научно-исследовательский институт Росгидромета (ФГБУ «ААНИИ»). Директору института, докт. географ. наук Макарову Александру Сергеевичу, руководителю Российской антарктической экспедиции (РАЭ), канд. физ.-мат. наук Клепикову Александру Вячеславовичу, руководителю отдела геофизики, канд. техн. наук Калишину Алексею Сергеевичу.

8. Начальнику Гидрометеорологической службы Вооруженных Сил Российской Федерации Удришу Владимиру Викторовичу и сотрудникам службы.

 9. Управление навигации и океанографии МО РФ.  Канд. техн. наук Процаенко Сергею Владимировичу.

 

Литература

  1. Баткова Л.А., Боярских В.Г., Демина И.М. Комплексная база данных геомагнитного поля по результатам съёмок на немагнитной шхуне «Заря» // Геомагнетизм и аэрономия. 2007. Т. 47. С. 571-576.
  2. Карасик А.М. Магнитные аномалии океана и гипотеза разрастания океанического дна // Геотектоника. 1971. № 2. С. 3-18.
  3. Касьяненко Л.Г., Пушков А.Н. Магнитное поле, океан и мы. Л., Гидрометеоиздат, 1987, 192 с.
  4. Кузнецов В.В. Причина ускорения дрейфа Северного магнитного полюса: джерк или инверсия? // Геомагнетизм и аэрономия. 2006. Т. 46. № 2. С. 280-288.
  5. Кузнецов В.В. Положение Северного магнитного полюса в 1994 г. ДАН. 1996. Т. 348, №.3. С. 397-399.
  6. Кузнецов В.В. Прогноз положения Южного магнитного полюса на 1999 г. ДАН. 1998-б. Т. 361. № 2. С. 348-251.
  7. Морские геомагнитные исследования на НИС «Заря» // Сб. под ред. В.И. Почтарева. М., Наука, 1986, 184 с.
  8. Решетняк М.Ю., Павлов В.Э. Эволюция дипольного геомагнитного поля. Наблюдения и модели, Геомагнетизм и аэрономия 2016. Том 56. № 1. С. 117.
  9. Заболотнов В.Н., Минлигареев В.Т.  Средства измерений магнитных величин: аналитический обзор // Мир измерений. 2013. № 4. С. 53-61.
  10. Минлигареев В.Т., Заболотнов В.Н., Денисова В.И. и др. Обеспечение единства магнитных измерений на государственной наблюдательной сети // Гелиогеофизические исследования: научный электронный журн. 2013. № 6. C. 8-19.
  11. Минлигареев В.Т., Алексеева А.В., Качановский Ю.М. и др.  Картографическое обеспечение магнитометрических навигационных систем робототехнических комплексов // Известия ЮФУ. Технические науки. Тем. вып. «Перспективные системы и задачи управления». Ростов-на-Дону, 2019. № 1 (203). С. 248-258.
  12. Ivanov S.A., Merkuriev S.A. Preliminary results of the Geohistorical and Paleomagnetic analysis of marine magnetic anomalies in the northwestern Indian Ocean. Recent Advances in Rock Magnetism, Environmental Magnetism and Paleomagnetism. International Conference on Geomagnetism, Paleomagnetism and Rock Magnetism (Kazan, Russia) Springer International Publishing, Proceedings of the 12th International School and Conference “Conference on Paleomagnetism and Rock Magnetism”. Springer International Publishing, 2019. —  pp.479-490.
  13. Yu. A.Kopytenko, V.I. Pochtariev «On the ability of vector geomagnetic measurements to present information» Russian Airborne Geophysics and Remote Sensing. GTTI. SPIE. USA, v. 2111, 1993, p.196.
  14. Кузнецов В.Д., Петров В.Г., Копытенко Ю.А. Использование магнитного поля Земли в проблемах ориентации и навигации // Труды II Всероссийской науч. конф. «Проблемы военно-прикладной геофизики и контроля состояния природной среды». СПб.: ВКА им. А.Ф.Можайского, 2012. Т.1. С.424-432.
  15. Yu.A., E.A.Kopytenko, D.B.Zaitsev, P.M.Voronov, L.G.Amosov «Magnetovariation complex MVC-2» Proc. of the VI-th Workshop on Geomagnetic Observatory Instr., Data Acquisit. and Processing. Belgium. 1994, p.10.
  16. Kopytenko Yu.A., Petlenko A.V., Petrova A.A., Kopytenko E.A., Voronov P.M., Ismagilov V.S., Zaitsev D.B., Timoshenkov Yu.P. Peculiarities of Interpretation of Magnetic Field Components’ Data Obtained at High-Latitudes on the Board of Moving Carrier, Proceedings of the International Conference on Marine Electromagnetics: Marelec 97 : 23-26 June 1997, London UK, pp.6.
  17. Копытенко Ю.А., Петрищев М.С., Сергушин П.А, Леваненко В.А., Перечесова А.Д. Устройство для изготовления торсионных подвесов чувствительных элементов приборов // Патент РФ № 2519888, МПК D07B3/00, 20.06.2014, Бюл. № 17.

Ученые готовят людей к жизни без магнитного поля Земли

Наука 6109

Поделиться

В космическом вакууме, вдали от магнитного поля Земли у живых существ могут возникнуть проблемы с сердцем и появиться предпосылки к болезни Альцгеймера. К такому выводу пришли специалисты сразу нескольких российских институтов, которые провели серию специальных опытов с животными и добровольцами.

Исследователи за работой. Фото: Вячеслав Крылов

Наша планета, у которой имеется внутреннее ядро, постоянно генерирует магнитное поле, которое является важным жизненным фактором для всего живого. Бывали периоды, когда Северный и Южный магнитные полюса менялись друг с другом местами, это ослабляло геомагнитное поле, и, возможно, в том была причина вымирания видов.

Исследования влияния гипомагнитной среды (ослабленного или нулевого магнитного поля) также важны для будущих полетов человека на Марс. На поверхности этой планеты оно будет ослаблено в тысячу раз, а во время перелета – нулевым. Как поведет себя организм при таких условиях? Сможет ли как-то адаптироваться к ним?

Как сообщили «МК» в Российском научном фонде, исследователи из НТЦ уникального приборостроения РАН, Института биологии внутренних вод имени И.Д.Папанина (ИБВВ РАН) и МГУ имени М.В.Ломоносова решили выяснить, как отсутствие геомагнитного поля влияет на сердечную деятельность эмбрионов рыбок данио рерио – популярной модели, с помощью которой изучают болезни сердечно-сосудистой системы человека. Эти рыбки удобны своей прозрачностью: за процессами в их организме легко наблюдать напрямую через микроскоп.

На вторые сутки после оплодотворения исследователи помещали одну часть развивающихся рыбок (200 особей) в условия почти нулевого магнитного поля, а другую, в таком же количестве, – оставляли в привычной им среде с полем, равным 52 мкТл (микротеслы).

Выяснилось, что в экспериментальной группе выживаемость особей была ниже. Кроме того, от 5,5 до 12,5% зародышей оказались с разнообразными дефектами развития – водянкой, искривлением тела, а частота их сердечных сокращений увеличилась примерно на десять ударов в минуту.

Фото прозрачного эмбриона данио рерио. Фото: Вячеслав Крылов

По словам главного научного сотрудника ИБВВ РАН, доктора биологических наук Вячеслава Крылова, аритмия у рыбок может служить для них адаптивным механизмом. Ученые планируют в ближайшем будущем продолжить исследование влияния различных магнитных полей на функционирование сердечно-сосудистой системы.

Описанное исследование – далеко не первое в России. Гораздо дальше шагнули в исследованиях воздействия гипомагнитной среды на живые организмы исследователи Института медико-биологических проблем РАН.

По словам ведущего научного сотрудника института, заведующего лабораторией регуляции сердечно-сосудистой и дыхательной систем Василия Русанова, начинали здесь несколько лет назад с исследований влияния гипомагнитных условий на японских перепелов, а также на их зародышей. У них также наблюдались сбои в сердечно-сосудистой деятельности, что было отражено в нескольких научных статьях.

В 2019 году сотрудники ИМБП РАН шагнули еще дальше – поместили в гипомагнитную среду добровольца-испытателя. Для эксперимента под названием «Арфа» в институте соорудили специальную металлическую клетку, на прутьях которой (они чем-то напоминают струны одноименного музыкального инструмента) создавалось определенное электрическое поле. В результате для находившего внутри нее человека привычное магнитное поле ослабевало в 1000 раз! Во время пребывания добровольца в такой клетке и после него ученые исследовали его  психофизиологические изменения при помощи множества прикрепленных датчиков.

Так выглядит эксперимент ИМБП РАН «Арфа». Фото: ИМБП РАН

В первом эксперименте испытатель находился в «Арфе» 8 часов, в 2020 году время пребывания было увеличено до 24 часов. 

По словам Русанова, сердце участников эксперимента давало о себе знать ближе к концу воздействия нулевого геомагнитного поля, когда образовывался накопительный эффект. Выражалось это в усилении парасимпатической регуляции сердечно-сосудистой деятельности.

 – Мы не можем создавать для испытателей особо жесткие условия, –  уровень снижения магнитного поля в эксперименте был довольно щадящим, – говорит Русанов. – А потому патологических процессов мы не достигали. Все находилось в диапазоне нормы, но, можно сказать, приближалось к пограничным состояниям. Мы первыми в мире заметили, что под влиянием гипомагнитной среды у человека меняется белковый состав крови. Протеомный анализ показал увеличение концентрации белка, связанного с болезнью Альцгеймера. Это не значит, что у испытателя появилось нарушение мозговой деятельности, просто была замечена тенденция к подобным изменениям.

Кстати, по словам сотрудника Института медико-биологических проблем РАН, во время космического полета на другую планету опасна будет не гипомагнитная среда (какое-то магнитное поле за счет работающей аппаратуры на борту будет сохраняться). Гораздо серьезнее – воздействие на людей космической и солнечной радиации. Она сама по себе опасна для человека, а в совокупности с гипомагнитной средой ее разрушительная сила только возрастет.

Подписаться

Авторы:

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *
Внимание! Внешний вид товара, комплектация и характеристики могут изменяться производителем без предварительных уведомлений. Данный интернет-сайт носит исключительно информационный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой, определяемой положениями Статьи 437 (2) Гражданского кодекса Российской Федерации. 2023 © Все права защищены.