МАГНИТНЫЙ ЩИТ - УСЛОВИЕ ЖИЗНИ

В интервью «ГА» доктор физико-математических наук, заведующая лабораторией земного магнетизма Института геофизики и инженерной сейсмологии им. А. Назарова НАН РА (Гюмри) Анаит СИМОНЯН говорит о значении геомагнитного поля.

- Г-жа Симонян, вы занимаетесь исследованиями магнитного поля Земли. Какую роль оно играет в жизни нашей планеты?

- Тому, что на Земле существует жизнь, в первую очередь мы обязаны магнитному полю. Известно, что Солнце извергает огромное количество заряженных частиц, которые через космическое пространство направляются и к нашей планете. Это поток заряженных частиц, называемый солнечным ветром. Он имеет сильное радиоактивное воздействие и способен уничтожить все живое. Но благодаря дипольному характеру магнитного поля Земли, создается полость, куда не проникают частицы солнечного ветра. Поток исходящих от Солнца частиц захватывается магнитным полем Земли и превращается в электрические токовые системы, протекающие на границе земной магнитосферы. Предотвращая губительное влияние солнечного излучения, созданные токовые системы порождают собственное электромагнитное поле, которое является внешним источником вариаций земного магнитного поля, регистрируемого магнитометрической аппаратурой, применяемой для измерений, проводимых как на поверхности Земли, так и в околоземном пространстве.

- То есть магнитная оболочка полностью защищает Землю от смертоносных частиц или какая-то их часть все-таки достигает поверхности нашей планеты?

- В области магнитных полюсов некоторое количество этих частиц все-таки проникает на расстояние, близкое к Земле, но там они попадают в ионосферу, а это большой толстый слой ионизированных частиц, нижняя граница которого находится на расстоянии от 60 до 80 километров от поверхности нашей планеты, а верхняя – до 150-180. В ионосфере эта часть частиц превращается в ионосферные токовые системы. То есть, благодаря дипольному характеру магнитного поля Земля почти полностью защищена от губительного воздействия солнечного ветра.

- Где и как образуется геомагнитное поле?

- Магнитное поле генерируется благодаря существованию жидкой фазы между нижней мантией и твердым внутренним ядром Земли. В толстом слое жидкой расплавленной железо-никелевой смеси внешнего ядра толщиной примерно в 2000 километров, происходит крупномасштабная конвекция, происходящая из-за температурного градиента, созданного в результате радиоактивного подогрева со стороны внутреннего ядра, и/или гравитационной дифференциации, имеющей место во внешнем ядре. Каким бы ни был механизм конвекции, она там существует и при высокой электрической проводимости ядра, подвергающегося сильному осевому вращению Земли, в ядре генерируется и поддерживается собственное магнитное поле.

- То есть магнитное поле генерируется в жидком ядре земли?

- Процесс генерации магнитного поля дается теорией гидромагнитного динамо. Из двух основных уравнений этой теории одно – электродинамическое уравнение. Оно описывает связь между изменениями поля, его вариациями с разными характерными частотами и самим значением магнитного поля, линейной скоростью потоков жидкой массы земного ядра и ее электрической проводимостью. На основе этого уравнения по данным о геомагнитных вариациях изучаются процессы, происходящие в жидком ядре Земли, определяется и изучается поле скоростей движений течений на поверхности жидкого ядра. Вообще магнитное поле в силу своей чрезвычайной информативности, его тесной связи с процессами, протекающими как в самых глубоких недрах Земли, так и в околоземном пространстве, представляет огромный интерес. Во всем мире проводятся его систематические измерения в магнитных обсерваториях, усилиями мировой научной общественности запускаются магнитные спутники, данные которых поддерживают исследования геомагнитного поля и его вариаций.

- Видимо, эти исследования имеют не только научное, но и практическое значение?

- Один только тот факт, что существование магнитного поля – обязательное условие сохранения жизни на нашей планете, уже имеет огромное практическое значение. Оно также используется мореплавателями, путешественниками для определения маршрута движения. В силу своей важности в навигации и решения задачи магнитной картографии магнитное поле измеряется с давних времен. Магнитное поле используется и в геологической разведке, оно позволяет обнаруживать намагниченные тела, определять места металлических месторождений. Так как магнитное поле является чувствительным индикатором при обнаружении намагниченных пород, в задачах геологоразведки важность магниторазведочных работ огромна.

- Магнитным полем обладают только металлы?

- Не только. Вулканогенные породы – туфы, базальты тоже обладают сильным магнитным полем благодаря наличию в них ферромагнитных включений. Существует явление пьезомагнетизма, согласно которому намагниченность пород меняется под воздействием давления, приводящего к изменению поля упругих напряжений в породах или в геологической среде, обладающей собственным магнитным полем. Этот эффект активно исследуется, поскольку земная кора состоит из тектонических плит и блоков, находящихся в постоянном движении относительно друг друга, что приводит к изменению поля напряжений в земной коре.

- То есть это связано с землетрясениями?

- Да, ведь землетрясения происходят, когда, накапливаясь, напряжения достигают критического уровня. Но тектонические напряжения меняются также при вулканической деятельности и в процессе горообразования на границах плит. Поэтому изучение геомагнитных вариаций важно также для мониторинга этих процессов. Если провести высокоточный мониторинг магнитного поля, то можно выявить разные процессы, связанные с изменением намагниченности пород земной коры, вызванные изменением поля напряжений, то есть с тектоническими процессами и землетрясениями.

- По какой поверхности движутся тектонические плиты?

- Тектонические плиты, если так можно выразиться, плывут по поверхности верхней мантии или астеносферы Земли. Температуры там очень высокие и материал находится в расплавленном – вязком, размагниченном состоянии, поскольку температуры там выше точки Кюри. В процессе тектонической активности эта магма может выходить на поверхность Земли, где она охлаждается, приобретая намагниченность, по полярности и величине соответствующей геомагнитному полю, существующему в период извержения. Ярким примером тому являются полосовые аномалии прямой и обратной полярности, сформированные вдоль океанических хребтов в процессе спрединга или разрастания океанического дна. Изучение подобных явлений является важным, поскольку они непосредственно связаны с процессом эволюции нашей планеты в геологическом прошлом.

- Видимо, эти исследования требуют использования высокоточной аппаратуры?

- Аппараты, позволяющие зарегистрировать значение магнитного поля Земли, называются магнитометрами. Существуют высокоточные протонные магнитометры, применяемые для стационарных и режимных наблюдений модуля вектора индукции геомагнитного поля. Надо отметить, что точность магнитной аппаратуры достигла почти предела и существенно превышает точность измерений, искаженных разного рода источниками магнитного поля. Изначально эта аппаратура разрабатывалась для работы на подводных лодках, решались военные задачи, поэтому они и достигли высокой точности, практически устраняющей необходимость усовершенствования измерительных аппаратов. При этом, однако, существует другая проблема – где измерять магнитное поле, какие для этого условия должны быть созданы? Поскольку множество объектов обладает собственным магнитным полем или является его источником в процессе работы, то измерения должны проводиться вдали от больших городов и населенных пунктов, железных дорог, высоковольтных линий электропередачи и т.д., чтобы избежать искажающих магнитных влияний. Ввиду этих ограничений сложно создавать и обслуживать пункты систематической регистрации магнитного поля и магнитных обсерваторий. Но они очень нужны, поскольку магнитное поле имеет огромное значение для решения большого числа прикладных, а также научных задач. Чтобы решать практические задачи, нужно решать задачи фундаментальной науки по определению пространственно-временных особенностей геомагнитных вариаций естественной природы, возникающих в процессе генерации геомагнитного поля. Эти исследования в основном базируются на длинных, качественных рядах геомагнитных обсерваторий.

- Насколько мне известно, такая обсерватория создана и при вашем институте?

- Сегодня в мире действует более 200 магнитных обсерваторий, в том числе и наша, данные которой надо соответствующим образом обрабатывать и передавать в Мировой центр по геомагнитным данным. Такого рода сотрудничество создаст серьезные преимущества.

- Почему происходят изменения магнитных полюсов Земли и с какими последствиями это связано?

- Инверсия магнитного поля, когда происходит изменение его направления, – крайне редкое явление даже по геологическим меркам. Предположительно, последний раз северный и южный полюс поменялись местами 780 тысяч лет назад, то есть до появления человечества. Последствия этого явления могут оказаться очень тяжелыми, вплоть до глобальной катастрофы. Но до следующей инверсии полюсов человечеству еще надо дожить. К тому же, это процесс достаточно длительный, чтобы его почувствовать сразу, – в течение жизни 1-2 поколений.