Происхождение магнитного поля Земли объясняют различными причинами, связанными с внутренним строением Земли. Наиболее достоверной и приемлемой гипотезой, объясняющей магнетизм Земли, является гипотеза вихревых токов в ядре (г ипотез амагнитного гидродинамо). Она основана на установленном геофизиками факте, что на глубине 2900 км под мантией Земли находится внешнее жидкое ядро с высокой электрической проводимостью, которая объясняется большим числом свободных электронов в веществе ядра вследствие высоких температур и давления. Благодаря так называемому гиромагнитному эффекту и вращению Земли во время её образования могло возникнуть очень слабое магнитное поле. Наличие свободных электронов в ядре и вращение Земли в таком слабом магнитном поле привели к индуцированию в ядре вихревых токов. Эти токи, в свою очередь, создают (регенерируют) магнитное поле, как это происходит в динамомашинах. Увеличение же магнитного поля Земли должно привести к новому увеличению вихревых токов в ядре, а последнее — к увеличению магнитного поля и т.д. Процесс подобной регенерации длится до тех пор, пока рассеивание энергии вследствие вязкости ядра и его электрического сопротивления не компенсируется добавочной энергией вихревых токов и другими причинами.

Физической основой гипотезы магнитного гидродинамо служат, во-первых, наличие в Земле хорошо проводящего электрический ток железистого ядра; во-вторых, наличие в ядре двух автономных частей - жидкой внешней и твёрдой внутренней; в-третьих, факт вращения Земли вокруг своей оси.

Существует несколько причин, по которым источник главного геомагнитного поля может находиться лишь в ядре Земли. Прежде всего наличие вековых вариаций магнитного поля Земли с периодами сотни и тысячи лет, источник которых явно располагается в недрах Земли, а не в её магнитосфере, доказывает, что главное поле никак не может быть связано с какими-либо процессами в коре или мантии - движения вещества в этих оболочках недостаточно интенсивны, их характерное время измеряется миллионами лет. Следовательно, источник вековых вариаций главного геомагнитного поля может быть помещен только во внешнее ядро, где вещество находится в жидком состоянии и может быстро реагировать на приложенные к нему силы. Далее, ядро не может быть постоянным магнитом в условиях преобладающих в нём высоких температур (явно значительно выше точки Кюри). Следовательно, в качестве единственного возбудителя главного магнитного поля Земли остаются только электрические токи внутри ядра.

Но почему источник геомагнитного поля, признав его переменный характер, нельзя разместить, например, в коре или мантии? Дело в том, что для генерации столь сильного магнитного поля, как земное, требуется ток большой силы. Если бы такой ток протекал в мантийных или коровых породах, обладающих очень низкой электропроводностью, то он привёл бы к выделению колоссального количества тепла - намного больше того, что наблюдается.

Таким образом, если главное магнитное поле Земли генерируется электрическими токами, то единственным местом их циркуляции может быть ядро Земли, состоящее из хорошо проводящих железо-никелевого сплава (внутренняя часть) и смеси железа, никеля и серы (внешняя часть).

Действие магнитного гидродинамо схематически показано на рисунке 6. Проводящий диск, имитирующий внутреннее ядро, вращается в слабом магнитном поле. Первоначально это может быть "затравочное" поле, связанное с вращением Земли, но его одного недостаточно, поскольку таким образом удается объяснить лишь 10^-10 интенсивности полного геомагнитного поля. Следовательно, "затравочное" поле должно быть как-то усилено. В системе возникает разность потенциалов между краями и центром проводящего диска (внутреннего ядра), но ток не идёт до тех пор, пока к системе не подключен внешний проводник. В качестве последнего выступает внешнее ядро. Теперь ток идёт от оси к периметру диска, "затравочное" поле усиливается, так как в системе обеспечивается положительная обратная связь, необходимая для самовозбуждения и устойчивого функционирования динамо.

У магнитного гидродинамо возможны два устойчивых антипараллельных состояния, различающихся направлением "затравочного" поля в момент запуска. Принципиально важно, что, будучи один раз запущенным, динамо впоследствии может испытывать самопроизвольные обращения. Отсюда следует теоретическая возможность инверсий быстрых (в геологических масштабах времени − мгновенных) смен полярности магнитного

Рис. 6. Принципиальная схема магнитного гидродинамо.

На рисунке 7 приведены данные о полярности (инверсиях) геомагнитного поля на протяжении последних 5 млн лет. Нормальной, естественно, считается та полярность, которую магнитное поле Земли имеет в настоящее время. Инверсии геомагнитного поля имели разную частоту, и соответственно эпохи прямой и обратной полярности длились различное время. При этом важно, что характерное время существования поля какой-то одной полярности (10⁵ — 10⁶ лет) больше, чем время, за которое происходят инверсии (10³ − 10⁴ лет).

Рис. 7. Данные о полярности магнитного поля Земли за последние 5 млн лет.

Чёрное - прямая полярность.

В палеомагнитологии принято называть эпохи какой-то одной преимущественной полярности именами выдающихся физиков и математиков. Сейчас мы, например, живем в эпоху прямой полярности Брюнес, длящуюся 780 тыс. лет (0,78 млн лет). Внутри эпох преимущественно одной полярности выделяются более короткие события (ивенты), когда полярность поля была противоположной. Для современной эпохи Брюнес таких ивентов не зафиксировано, но, например, в предшествующую эпоху обратной полярности Матуяма (интервал времени 0,78 − 2,6 млн лет) имели место по крайней мере три ивента прямой полярности: Харамильо (0,90 − 0,97 млн лет), Олдувай (1,67 − 1,87 млн лет) и Реюньон (2,04 − 2,14 млн лет).

Инверсии геомагнитного поля происходили, естественно, не только на протяжении последних 5 млн лет земной истории, но и всё то время, когда у Земли существовало дипольное магнитное поле. Во всяком случае, "отпечатки" обратной полярности намагничивающего поля на сегодняшний день зафиксированы в породах вплоть до раннепротерозойского возраста (около 2,5 млрд лет назад). В числе прочего это означает, что уже в тот период геологической истории Земля обладала дипольным магнитным полем, а значит, уже имела железистое ядро, т.е. в значительной степени уже прошла плотностную и химическую дифференциацию.

Важно подчеркнуть, что теория магнитного гидродинамо лишь предсказывает вероятность инверсий геомагнитного поля, но ни в коем случае не доказывает их существование. Доказательство инверсий − чисто экспериментальное, оно состоит в том, что остаточная намагниченность одновозрастных горных пород в 95% случаев имеет одно и то же направление (естественно, с учетом полушария, в котором эти породы отобраны, а также возможного дрейфа континентов). Конечно, самообращение намагниченности горных пород может произойти и помимо инверсий за счёт локальных факторов (например, специфических химических реакций), но невозможно себе представить, чтобы такие факторы проявлялись многократно и синхронно на всём земном шаре.

Явление инверсий геомагнитного поля исключительно важно для определения возраста океанской коры. Яркой отличительной особенностью магнитного поля Мирового океана являются системы линейных (полосовых) аномалий разного знака, прослеживающиеся на сотни и тысячи километров параллельно срединно-океанским хребтам и симметричные относительно их гребней (см. рисунок 8).

Рис.8. Линейные магнитные аномалии Центральной Америки.

На рис. 8 показан пример линейных магнитных аномалий Центральной Атлантики: компиляция результатов многолетних гидромагнитных съёмок выполнена в 1998 г. группой российских геофизиков под руководством С.П. Мащенкова.

Видно, что на огромном пространстве аномальное магнитное поле имеет удивительно упорядоченную структуру. Отдельные положительные и отрицательные магнитные аномалии группируются в полосы северо-восточного простирания, параллельные гребневой зоне Срединно-Атлантического хребта, причём последняя отмечается наиболее четкой положительной линейной аномалией с повышенной амплитудой.

Впервые эта уникальность океанского магнитного поля была обнаружена ещё в 1950-х годах, но правильное объяснение природы линейных магнитных аномалий океана было дано только в 1963 году английскими геофизиками Ф Ванном и Д. Мэтьюзом. Оно получило по именам авторов название гипотезы (модели) Вайна−Мэтьюза и является одним из самых замечательных открытий геофизики XX века Чтобы понять модель Вайна−Мэтьюза, надо вспомнить основы магнетизма горных пород и представления о спрединге океанской коры (см. рисунок 9).

Рис. 9.. Типы межплитовых границ: а—дивергентная

(срединно-океанский хребет);

б— конвергентная

(зона субдукции);

в — трансформная.

Там, где литосферные плиты расходятся (см. рисунок 9, а), освобождающееся между ними пространство заполняется поднимаюимся снизу веществом астеносферы и его выплавками. Такие границы называются дивергентными. В океанах им соответствуют срединно−океанские хребты с рифтовыми зонами на гребнях. Если дивергентная граница пересекает материк, то над ней возникает континентальная (материковая) рифтовая зона.

Там, где литосферные плиты, наоборот, сходятся, возможны две ситуации. Если взаимодействуют континентальная и океанская литосфера, то более тяжёлая и плотная океанская подвигается под более лёгкую континентальную. В таких местах возникают сопряжённые системы глубоководных желобов с островными дугами или активными континентальными окраинами, в пределах которых идёт поглощение океанской литосферы в мантии. Этот процесс называется субдукцией (см. рисунок 9, б). Если же плиты сталкиваются континентальными краями, то субдукция невозможна, поскольку лёгкая континентальная литосфера не может погрузиться в мантию на значительную глубину.В таких случаях происходит «торошение» континентальных краёв плит, за счёт которого воздымаются молодые горные сооружения. Этот процесс называется коллизией. Субдукционные и коллизионные зоны соответствуют конвергентным границам литосферных плит.

Третий и последний тип границ литосферных плит – трансформный. На трансформных границах не происходит ни наращивания, ни поглощения литосферы, плиты просто скользят относительно друг друга (см. рисунок 9. в). Своё название они получили из-за того, что, как правило, соединяют (трансформируют) границы других типов – чаще всего дивергентные, реже конвергентные или дивергентные с конвергентными.

Любая горная порода имеет кроме индуцированной (современной) ещё и остаточную (древнюю) намагниченность, отличающуюся от первой направлением и интенсивностью. Вскоре после того, как начались массовые измерения намагниченности горных пород, было установлено, что остаточная намагниченность многих из них по направлению обратна современной. Обратная остаточная намагниченность, как и прямая, встречалась в породах любого возраста. Это позволило заключить, что главное магнитное поле Земли в течение геологической истории многократно меняло свою полярность, т.е. испытывало инверсии с периодом сотни тысяч−миллионы лет. Решающим эмпирическим доказательством инверсий служит тот факт, что горные породы одного возраста повсеместно обладают намагниченностью, соответствующей одной и той же полярности геомагнитного поля.

По мере накопления палеомагнитных данных были составлены шкалы инверсий геомагнитного поля (или шкалы геомагнитной полярности). Первоначально они привязывались к относительной шкале геологического времени (такие шкалы назывались магнитостратиграфическими), но по мере прогресса в изотопной геохронологии появилась возможность абсолютной датировки инверсий геомагнитного поля. Возрастала и древность датированных инверсий: первые шкалы геомагнитной полярности охватывали лишь близкие к современности интервалы (как, например, приведенная на рисунке 7 шкала инверсий для последних 5 млн лет); позднее были созданы шкалы для большей части мезозоя и всего кайнозоя (160−180 млн лет), а к настоящему времени интервал изученных инверсий геомагнитного поля расширился на весь фанерозой и даже поздний докембрий (примерно 600 млн лет).

Вайн и Мэтьюз были не первыми, кто измерил линейные магнитные аномалии в океане, но именно они первыми предложили изящное и простое объяснение их природы, связав происхождение линейных магнитных аномалий со спредингом океанского дна, идущим на фоне периодических инверсий геомагнитного поля. Был предложен следующий механизм образования магнитоактивного слоя океанской литосферы (см. рисунок 10).

Океанская кора формируется в рифтовых зонах на гребнях срединно-океанских хребтов за счёт декомпрессии мантийного вещества, подъёма базальтового расплава по вертикальным трещинам и его излияния на поверхность океанского дна. Базальты очень быстро охлаждаются от температуры солидуса (более 1000°С) до температуры придонного слоя океанской воды (около 4°С). При этом они проходят точку Кюри и приобретают сильную термоостаточную намагниченность. Её направление совпадает с направлением намагничивающего поля (главного магнитного поля Земли), существующего в момент излияния базальтов. Пока геомагнитное поле имеет одну полярность, последовательно изливающиеся в рифтовой зоне порции базальтов намагничиваются в одном и том же направлении В какой-то момент магнитное поле Земли испытывает инверсию, и следующая порция базальтов, излившихся в рифтовой зоне, намагничивается уже в противоположном направлении относительно блока более древней коры, к этому времени расколотого надвое и отодвинутого в стороны от гребня срединно−океанского хребта на примерно одинаковые расстояния (см. рисунок 10).

Такова принципиальная схема, объясняющая полосовую структуру аномального магнитного поля океанов. Океанское дно уподобляется в ней гигантской магнитофонной ленте, содержащей запись инверсий магнитного поля Земли в геологическом прошлом. Поскольку срединно-океанские хребты представляют собой линейные структуры планетарного масштаба, то в ходе спрединга образуются узкие длинные полосы прямо- и обратнонамагничен- ной коры, а поперечные хребтам трансформные разломы смещают системы этих полос, не изменяя упорядоченной структуры магнитного поля между разломами. Центральная положительная аномалия над гребнями срединных хребтов отражает формирование океанской коры в современную эпоху прямой полярности геомагнитного поля (эпоху Брюнес), длящуюся около 800 тыс. лет (см. рисунок 7). Ширина полос прямо- и обратнонамагниченной коры, а также связанных с ними линейных магнитных аномалий зависит от скорости спрединга: чем скорость спрединга выше, тем шире аномалии и их источники. Легко рассчитать, что ширина блока современной прямонамагниченной коры на гребне центральной части Срединно-Атлантического хребта, раскрывающегося со скоростью около 2,5 см/год, составляет примерно 20 км, в то время как на аномально быстроспрединговом (около 15 см/год) Восточно-Тихоокеанском поднятии аналогичный блок имеет ширину более 100 км.

Рис. 10. Схема образования полосовой структуры магнитоактивного слоя и магнитных аномалий океана (модель Вайна - Мэтьюза).

Когда речь идёт о ширине более древних прямо- и обратнонамагниченных блоков океанской коры, следует помнить, что каждый из них представляет лишь "половинку" блока коры, некогда образовавшегося в рифтовой зоне, поэтому ширина древних блоков и аномалий сопоставляется не с полной линейной скоростью спрединга V, а с половиной её величины − полускоростью спрединга V_1/2.

Строгой и равномерной периодичности инверсий геомагнитного поля нет. Если бы она существовала, то все линейные магнитные аномалии, независимо от возраста, были бы сходной формы. На самом же деле форма магнитных аномалий определяется формой их источников, а последняя, в свою очередь, зависит от скорости спрединга. Поэтому записи магнитных аномалий одного возраста (т.е. имеющих одинаковый источник в виде определённым образом чередующихся блоков прямо- и обратнонамагниченной коры) в различных частях Мирового океана очень сходны между собой − естественно, с поправкой на разные скорость спрединга, глубину океанского дна, простирание срединно−океанского хребта и широту, на которой формировалась кора. По рисовке линейных магнитных аномалий их удаётся легко коррелировать и идентифицировать как по обе стороны от срединного хребта (что хорошо видно на рисунке 10), так и в разных океанах. Это позволило морским магнитологам создать свой вариант шкалы геомагнитной полярности, которая получила название аномалийной. Один из современных вариантов такой шкалы приведён на рисунке 11.

В отличие от "сухопутной" палеомагнитологии, в которой эпохи одинаковой полярности геомагнитного поля названы именами известных физиков и математиков (см. рисунок 7), в морской магнитометрии принято иное, цифро−буквенное, обозначение линейных магнитных аномалий и соответствующих им блоков коры. Аномалийная шкала распадается на две части.

В кайнозойской последовательности положительные аномалии обозначены номерами от 1 (современной, соответствующей эпохе Брюнес) до 33 (80 млн лет) в порядке увеличения возраста. Например, возраст аномалии 5 − около 10 млн лет (миоцен), 10 − около 30 млн лет (олигоцен), 20 − около 50 млн лет (эоцен), а 30 − около 70 млн лет (поздний мел).

Дно океана с возрастом от 85 до 120 млн лет (поздний − ранний мел) характеризуется отсутствием линейных магнитных аномалий, так как весь этот интервал геомагнитное поле сохраняло прямую полярность и не испытывало инверсий. Области, где отсутствуют линейные магнитные аномалии, называются зонами спокойного магнитного поля (английская аббревиатура – QMZ, Quiеt Маgпеtiс Zопеs). Они есть во всех океанах, но, естественно, только в тех их частях, которые начали раскрываться раньше 85 млн лет назад.

В более древних и удалённых от осей срединных хребтов частях Мирового океана вновь обнаруживается линейность магнитного поля. Она соответствует мезозойско й последовательности, где нумеруются уже отрицательные аномалии и соответствующие им блоки обратнонамагниченной коры, а к номеру аномалии, также увеличивающемуся с возрастом, прибавляется индекс "М" (мезозойская): от аномалии М0 с возрастом около 120 млн лет (ранний мел) до М25 с возрастом около 160 млн лет (поздняя юра) (см рисунок 11).

Рис. 11. Шкала линейных магнитных аномалий океана

(аномалийная шкала). Чёрное – прямая полярность.

До настоящего времени нет общепринятого мнения относительно мощности и намагниченности слоя, создающего линейные магнитные аномалии океана. Вайн и Мэтьюз предполагали, что магнитоактивный слой охватывает всю океанскую кору. Однако прямые измерения магнитных свойств пород океанской коры, поднятых в осевых зонах срединных хребтов и на бортах трансформных разломов, показали, что только пиллоу-базальты верхней части 2-го слоя океанской коры обладают стабильной термоостаточной намагниченностью, хотя и уменьшающейся с возрастом коры (из-за этого современная аномалия 1 всегда имеет повышенную интенсивность), но сохраняющей своё направление. Величина намагниченности пиллоу-базальтов, как правило, достаточна для создания наблюдаемых на поверхности океана магнитных аномалий при общей мощности магнитоактивного слоя до 1 км.

Однако в некоторых районах Мирового океана намагниченности базальтов 2-го слоя не хватает для объяснения амплитуды аномалий. При этом всегда остаются сомнения в представительности измерений намагниченности океанской коры, поскольку последняя всё же изучена слабо. Но если верить экспериментальным данным, то мощность магнитоактивного слоя океанской коры должна бъпь больше 1 км, а дополнительные источники магнитных аномалий могут находиться в глубинных слоях океанской коры при условии, что температура в них не превышает точки Кюри. Наиболее вероятным дополнительным глубинным источником магнитных аномалий в океанской коре является её самый нижний подслой ЗВ, сложенный серпентинизированными перидотитами, поскольку процесс серпентинизации приводит, в числе прочего, к образованию магнетита. Кроме того, определенный вклад в магнитные аномалии океана, возможно, вносят габбро подслоя ЗА, намагниченные слабее, чем базальты, но зато большей мощности. Однако намагниченность глубинных слоев океанской коры имеет совершенно иную природу, чем термоостаточная намагниченность пиллоу-базальтов, и пока остается неясным, почему вклад в океанское магнитное поле глубинных источников, если они существуют, не приводит к существенным искажениям полосовой структуры линейных магнитных аномалий.

Естественно, что для проверки и калибровки аномалийной шкалы геомагнитной полярности возраст океанской коры, определённый по магнитным аномалиям, сопоставляется, где это возможно, с возрастом, установленным геологическими методами − данными изотопного датирования базальтов, поднятых с океанского дна вблизи срединных хребтов, где молодая океанская кора ещё не перекрыта осадками, а в более древних районах Мирового океана − в скважинах глубоководного бурения по возрасту базальтов подслоя 2А и осадков, залегающих непосредственно на базальтах фундамента. Совпадение возрастов, полученных разными методами и в различных районах Мирового океана, настолько впечатляет (см. рисунок 12), что не остается никакой возможности сомневаться в справедливости гипотезы Вайна − Мэтьюза. Здесь раскрывается её главное достоинство, состоящее в том, что путём сопоставления шкалы инверсий геомагнитного поля с наблюдёнными в океане линейными магнитными аномалиями мы получаем возможность дистанционно определять возраст океанской коры и скорость её спрединга.

Рис. 12. Корреляция между значениями возраста океанского дна, определёнными по линейным магнитным аномалиям и по данным глубоководного бурения.

Светлые кружки − кайнозойская последовательность,

чёрные – мезозойская.

Эта задача решается следующим образом. Измерив на поверхности океана магнитное поле, мы "растягиваем" шкалу геомагнитной полярности в обе стороны от оси срединного хребта и трансформируем её в модель магнитоактивного слоя, состоящую из чередующихся в заданной последовательности прямо- и обратнонамагниченных блоков (см. рисунок 10). Ширина каждого из блоков х _i, связана с продолжительностью соответствующих интервалов полярности геомагнитного поля t_i и полускоростью спрединга (V_1/2)_i:

х_i = [(V_1/2)_i (t)t_i].

Считая величины t_i, известными, мы подбираем значения полускоростей спрединга и намагниченности коры, добиваясь наилучшего совпадения модельного (рассчитанного) магнитного поля с наблюдённым. Решение задачи даёт возраст океанского дна в относительном и абсолютном масштабах времени, а также сведения об изменениях скорости спрединга в процессе его раскрытия.

Карта возраста коры Мирового океана, определё`нного по магнитным аномалиям, приведена на рисунке 13. Видно, как возраст океанской коры последовательно становится древнее по обе стороны от осей срединных хребтов, в полном соответствии с моделью спрединга океанского дна. Также видно, что спрединг в различных океанах идёт с разной скоростью: полосы коры, образовавшейся за одни и те же временные интервалы, в Тихом океане гораздо шире, чем в Атлантическом и Индийском.

Рис. 13. Возраст коры Мирового океана, определённый по линейным магнитным аномалиям. Красное и жёлтое — кайнозойская кора (моложе 65 млн лет); зелёное — меловая кора (65 — 145 млн лет);

синее — юрская кора (древнее 145 млн лет).

Одним из самых поразительных открытий, сделанных при изучении Мирового океана, было обнаружение относительной геологической молодости его коры. Решающую роль в этом открытии сыграла интерпретация океанского магнитного поля в рамках модели Вайна - Мэтьюза. Линейные магнитные аномалии кайнозойской последовательности покрывают больше половины площади Мирового океана, а это значит, что преобладающая часть океанской коры сформировалась менее чем за 80 млн лет. Наиболее древние участки океанской коры имеют позднеюрский возраст (около 170 млн лет): кора такого возраста встречается на окраинах Центральной Атлантики и в северо-западной части Тихого океана. Не обнаружено ни одного участка с досреднеюрской океанской корой. Всё дно Южного океана между Австралией и Антарктидой, а также почти весь Индийский океан образовались в кайнозое. Таким образом, спрединг всего дна Мирового океана занял временной интервал, составляющий чуть больше 3% геологического возраста Земли.

На карте возраста океанского дна хорошо видно также, что раскрытие отдельных частей одних и тех же океанов происходило в разное время. Например, как уже отмечалось, в центральной части Атлантического океана со стороны Северной Америки и Африки имеются участки с позднеюрской корой, тогда как в Южной Атлантике их нет, а на северном продолжении Срединно−Атлантического хребта, между Гренландией и Скандинавией, отсутствует и меловая океанская кора. Это указывает на более позднее раскрытие Южной и Северной Атлантики по сравнению с Центральной.

Помимо рассмотренной выше подробно гипотезы магнитного гидродинамо, есть и другие точки зрения на происхождение магнитного поля нашей планеты. В частности, по гравитационной гипотезе Брагинского предполагается, что жидкая часть ядра Земли состоит из сплава железа и кремния. Растворимость последнего в железе по мере увеличения давления, по данным экспериментальных исследований, падает. Такая закономерность приводит к тому, что по мере приближения к нижней границе расплавленной части ядра увеличивается количество выпадающих из сплава твёрдых кристаллов кремния и их всё большее количество устремляется вверх (ведь атомный вес кремния в два раза меньше, чем у железа). В связи с этим одновременно перемещается вниз слои сплава, имеющие большую плотность, чем кремний. Таким образом, создаётся конвекционное движение расплавленных масс во внешнем ядре. Полагается, что энергия такого движения и преобразуется в конечном итоге в энергию динамо−эффекта.

Слои сплава, ближайшие к поверхности твёрдой части ядра, теряют кремний в наибольшей степени и переходят в твёрдое состояние. Это приводит к постепенному увеличению радиуса внутреннего ядра Земли. Через определённый промежуток времени, который может длиться, вероятно, несколько миллиардов лет, всё земное ядро станет твёрдым. Это приведёт к исчезновению динамо−эффекта и самого магнитного поля планеты. К такому финалу, по−видимому, сейчас приблизился Меркурий. У него огромное железное ядро, служащее источником магнитного поля, но которое в 100 раз слабее земного из-за медленного вращения вокруг собственной оси. Звёздные сутки на Меркурии в 59 раз длиннее земных.

В последнее время в ряде опубликованных работ анализируется возможность источника энергии геодинамо за счёт прецессии оси вращения Земли. Прецессионное движение оси вращения земного сфероида возникает в полном соответствии с законами механики из-за наличия у него заметного сжатия и образования в связи с этим экваториального вздутия, на которое действуют силы притяжения Луны и Солнца.

Ось вращения гигантского волчка −− земного сфероида прецессирует по поверхности конуса, вершина которого находится в центре сфероида, а угол при вершине составляет почти 47^о. И поэтому, если в настоящее время Земля, вращаясь вокруг своей оси, направлена северным полюсом в сторону Полярной звезды, то через 12900 лет в момент максимального отклонения от современного положения будет «смотреть» на самую яркую звезду северного неба – Вегу.

Прецессионное движение оси вращения Земли может быть причиной вихревого движения расплавленного металла во внешнем ядре планеты. Прецессия порождает наиболее длиннопериодные компоненты вековых вариаций магнитного поля.

Кроме длиннопериодных вековых вариаций установлено явление, получившее название вариации широт и обусловленное некоторым покачиванием Земли по отношению к оси её вращения; земной полюс при этом совершает круговые движения с радиусом порядка нескольких метров. Это смещение полюса (Чандлеровское колебание) в общем синхронно с годовым движением Земли и совершается в течение периода 430 суток. Причиной Чандлеровских колебаний являются изменение погодно−метеорологических условий на планете. Зимой над континентами северного полушария скапливаются крупные массы холодного плотного воздуха, которые оттекают отсюда летом, когда прогревается земля. Эти движения масс вызывают смещение оси максимальной инерции, относительно которой тело вращается стабильно (т.е. с минимальной затратой кинетической энергии). Перемещения оси инерции, похожие на покачивания неуравновешенного колеса, совершаются с годовой периодичностью, поскольку такова цикличность движения воздушных масс.

В связи с близостью временных масштабов вековых колебаний скорости вращения и магнитного поля Земли для обоих этих явлений, вероятно. Следует искать общую причину. Можно предположить, что она заключается в изменении направления и интенсивности конвекции в ядре.

В 1975 году молодым учёным Н.И. Коровяковым (ныне профессор, заслуженный член отечественной и ряда зарубежных академий) для того, чтобы разрешить многовековой спор учёных о наличии центробежных сил во вращающемся потоке жидкости, изобрёл гидродинамический волчок. И открыл, что, благодаря этим центробежным силам, жидкость вращается не по кругу, как мы, скорее всего, могли бы предположить, а по пятиугольнику (!). «Что это меняет?» − спросите Вы. Оказывается очень многое.

Ведь земное ядро состоит из твёрдого внутреннего и жидкого (магматический расплав) внешнего. В таком случае, при вращении планеты, меньшее по размеру твёрдое внутреннее ядро будет эксцентрично двигаться в магме по «пятиугольнику», т.е. должно смещаться относительно центра всей системы планеты. Суточные взаимодействия эксцентричного ядра и жидкой оболочки создадут своеобразный насос, который будет перегонять расплавленные массы внешнего ядра в направлении, обратном вращению Земли. И благодаря трению взаимно противоположно движущихся масс твёрдой мантии и жидкого ядра, на границе Гутенберга должен скапливаться гигантский статистический электрический заряд, который, по-видимому, и генерирует магнитное поле Земли. Возникает своего рода элетрофорная машина. Нечто подобное, но конечно в миниатюре, мы получаем на уроке физики в школе. Только в нашем случае электрофорная машина – это вся Земля!

Планетная машина, вырабатывая статическое электричество, взаимодействует с атмосферой. Этим объясняется происхождение молний во время грозы. Напряжённость электрического поля у земной поверхности может достигать нескольких сотен киловольт на метр, что приводит к возникновению мощных искровых разрядов, воспринимаемых нами в виде молний, бьющих в землю (или из земли), особенно в тех местах, где у её поверхности располагаются электропроводящие зоны. Расчёты и натурные эксперименты показывают, что вертикальная составляющая напряжённости электрических полей, связанных с электрическими процессами в ядре Земли и в атмосфере, резко возрастает в окресностях пластов высокого электрического сопротивления и по мере приближения к субвертикальным разломам, т.е. зонам дробления, содержащим обычно минерализованную воду с низким удельным электрическим сопротивлением.

Вблизи разломов напряжённость может достигать уровней, соизмеримых с напряжённостью полей в атмосфере, приводящих к разрядам в воздухе. Есть немало очевидцев, наблюдавших «зарницы» и другие электрические разряды в подземных горных выработках. Например в виде молний, бьющих из почвы выработки в штангу анкерной крепи в кровле.

Известно, что предшественниками молнии является возникновение стримера – канала в первичной среде, «физического вакуума» − через который проходит разряд электрического напряжения. Случается, что стример, протянувшийся от точки соприкосновения ядра с оболочкой в земле до грозового облака, в той части, которая проходит через оболочку, заполняется расплавом металла, до того находившемся в точке соприкосновения. Например, на Чукотке в зоне вечной мерзлоты прослежен стример, заполненный золотом с глубины 60 м. Более того, он пронзил также верхний наносный грунт, затем лёд промёрзшего озера и прошёл через вмороженное в лёд бревно.

Таким образом, благодаря взаимодействию глубинных процессов с атмосферой и гидросферой, нейтрализуется электростатическое электричество Земли. Если же такое взаимодействие нарушается, то пробой накопленного электричества реализуется на оболочку планеты в виде землетрясений.

Завершая рассмотрение гипотез происхождения магнитосферы Земли, полезно сопоставить земное магнитное поле с магнитными полями других планет Солнечной системы. Разумеется, наши знания по этому предмету пока очень ограничены − в частности, о магнитном поле планет более далёких, чем Юпитер, вообще нет никаких сведений. Однако даже имеющиеся скудные данные очень показательны во многих отношениях.

Прежде всего можно с высокой степенью уверенности говорить, что ни у одной из внутренних планет Солнечной системы (кроме, возможно, Марса) нет дипольного магнитного поля, подобного земному. Магнитные моменты планет земной группы близки к 10¹⁹А∙м², т.е. составляют лишь 10^-3−10^-4 магнитного момента Земли. Однако объясняется это для разных планет по−разному. Например, слабое магнитное поле Меркурия, очевидно, связано с изначальным недостатком в нём свободного железа из-за аккреции вне "хондритовой зоны", а также с относительно медленным вращением. У Марса, вероятно, есть дипольное магнитное поле, но также очень слабое из-за

небольших размеров планеты. Венера, "сестра" Земли, имеет самые близкие к ней размеры и средний химический состав, очень похожую историю начальной аккреции и даже отдаленно напоминающий земной стиль тектонического развития (наличие на поверхности Венеры глобальных поясов растяжения). Но её магнитное поле - самое слабое из планет земной группы, что объясняется чрезвычайно медленным вращением планеты.

Единственная внешняя планета Солнечной системы, магнитное поле которой известно, − Юпитер, но эта информация поистине уникальна. Притом, что Юпитер радикально отличается по составу от Земли и других планет земной группы, его магнитный момент почти в 20000 раз (!) превышает магнитный момент Земли. Это не оставляет сомнений в том, что магнитное поле Юпитера имеет дипольный характер, несмотря на ничтожно малые относительные содержания железа в планете. Но Юпитер, во−первых, планета−гигант, так что железа в нём все-таки много, а, во−вторых, он очень быстро вращается, за счёт чего и генерируется сильное магнитное поле планеты.

Одним словом, данные сравнительной планетологии помогают скорректировать представления о механизме генерации магнитного поля Земли. Теория магнитного гидродинамо пока далека от совершенства и остается объектом активных исследований. Хотя многие детали ещё предстоит выяснить, по крайней мере можно считать твёрдо установленным, что магнитное поле Земли генерируется в её ядре неким механизмом жидкого динамо и именно такой механизм генерации магнитного поля наиболее вероятен не только для Земли, но и для других планет.