Кувырок магнитного поля

Штрихкод магнитной летописи

Кто из нас в юности не сожалел, что наши мысли и сиюминутные деяния проходят без следа? И кто не мечтал о магических скрижалях, подобных библейским каменным доскам, данным Богом Моисею на горе Синай, которые смогут навечно сохранить память о нас?

Поглядим вокруг и спросим себя: окружающие горные породы — не в них ли история Земли записана на зернах ферромагнитных материалов, сохраняющих намагниченность в течение миллионов лет, начиная с того момента, когда горная порода перестала быть огненной лавой? Ведь магнитное поле — единственное известное в физике поле, обладающее памятью: в тот момент, когда порода остыла ниже точки Кюри — температуры обретения магнитного порядка, она намагнитилась под действием поля Земли и навсегда запечатлела его конфигурацию на тот момент. А только ли горные породы способны сохранять память о магнитных эманациях (истечениях), сопровождающих любое событие как в жизни планеты, так и в биографии отдельного существа?

Извлечение этой богатейшей и разнообразнейшей информации — благодарная задача для будущих исследователей. Современные же палеомагнитологи, да не затаят коллеги на меня обиды, как правило, ограничиваются изучением эволюции величины и направления остаточной намагниченности. Однако даже подобный элементарный, по существу, подход позволяет сделать очень важный для земной цивилизации вывод о последствиях ожидаемой инверсии геомагнитного поля. Исследования палеомагнитологов, в частности в Институте физики Земли им. О.Ю.Шмидта РАН, позволили проследить историю изменений поля Земли за 3,5 млрд. лет и построить своеобразный штрихкод, календарь инверсий. Из него видно, что они происходят достаточно регулярно, по 3—8 раз за миллион лет, однако последняя случилась на Земле аж 780 тыс. лет назад, и такая глубокая задержка со следующим событием весьма настораживает.

"Опять пугают, — вздохнет читатель. — Конец света, удар кометы, ядерная зима, терроризм, экстремизм, а теперь еще и инверсия!" Почему-то вспомнилась Анна Ахматова: "Конец света уже наступил, только этого никто не заметил". Но как не заметить скоротечной инверсии магнитного поля Земли? Подсолнечная сторона магнитосферы, которую сдерживают канаты силовых линий магнитного поля, вмороженного в протонно-электронную околоземную плазму, утратит свою былую упругость, и на Землю рванет поток смертоносной солнечной и галактической радиации. Уж этого-то никак нельзя будет не заметить.

Об источнике геомагнитного поля

Редкое сочинение по геомагнетизму обходится без упоминания о трактате Вильяма Гильберта, придворного врача английской королевы Елизаветы I, "О магните, магнитных телах и о большом магните — Земле", увидевшем свет в 1600 году. В нем показано, что магнитное поле у Земли такое же, как у магнитного диполя, то есть наша планета представляет собой как бы большую магнитную стрелку. Предваряя напутствием последнюю книгу своего знаменитого трактата, Гильберт писал: "Теперь нам следует раскрыть причины и удивительные, хотя и замеченные раньше, но необъясненные действия всего этого".

Спустя 400 лет слова Гильберта по-прежнему не потеряли своей актуальности. Загадка геомагнетизма до сих пор не раскрыта и остается одной из важнейших нерешенных фундаментальных проблем геофизики.

Неправильным было бы полагать, что четыре столетия геомагнитологи спали мирным сном. С XVII по XX век было проведено огромное количество наблюдений за магнитным полем Земли, в результате чего выявлены основные закономерности его поведения. Нельзя не отметить огромный вклад таких знаменитых ученых, как Халли Гал-лей, Александр фон Гумбольдт, Жозеф Гей-Люссак, Джеймс Максвелл, Карл Гаусс.

Особо значимо создание теории электромагнетизма Максвеллом в 70-х годах XIX века. Из его уравнений следует, что магнитное поле порождается электрическим током. Далее, отсюда вытекает эквивалентность замкнутых элементарных токов и магнитных диполей, момент которых называется также магнитным моментом тока. Складываясь, эти величины образуют, например, магнитное поле цилиндрического магнита, которое приближенно совпадает с полем соленоида той же длины и того же сечения. Тем читателям, которые помнят школьный учебник физики А.В.Перышкина, я просто напоминаю прописные истины. За племя молодое отвечать не берусь.

Теперь, переходя к "большому магниту", дело на первый взгляд представляется за малым: найти внутри планеты токовые системы подходящей конфигурации и силы, создающие на поверхности Земли поле, структуру которого мы хорошо изучили.
Если двигаться внутрь Земли, то, пройдя кору (0—15 км под океанами и 0—50 км под континентами), верхнюю мантию (глубиной до 640 км) и нижнюю мантию (640— 2885 км), мы попадем в огромное жидкое ядро (2885—4590 км), существование которого было установлено в середине XX века Гарольдом Джеффрисом из Кембриджского университета. Именно жидкое состояние значитель-ной части ядра дает объяснение механизма генерации геомагнитного поля. Суть его в том, что постоянное магнитное поле Земли определяется электрическими токами, возникающими при движении проводящей жидкости в ядре. Альтернативы этой теории пока еще не придумали.

Если пойти дальше и попытаться