Что такое геомагнитная инверсия
ГЕОМАГНИТНАЯ ИНВЕРСИЯ
В неогее явно преобладала обратная полярность геомагнитного поля, а, начиная с раннего палеозоя до настоящего времени, идет на фоне заметных колебаний нарастание доли прямой полярности поля; весь фанерозой представляет собой переходный неустойчивый по полярности поля интервал. Эта неустойчивость выражается в заметном нарастании частоты инверсий и уменьшении продолжительности магнитозон одной полярности: в докембрии в среднем менее 1 инверсии за 10 млн. лет (преобладает продолжительность магнитозон 1-100 млн. лет), в палеозое около 6 инверсий за 10 млн. лет (преобладающая продолжительность магнитозон 0,5-5 млн. лет), в мезозое более 8 инверсий за 10 млн. лет (преобладающая продолжительность 0,2-2,5 млн. лет) и в кайнозое около 30 инверсий за 10 млн. лет (преобладающая продолжительность магнитозон 0,05-1 млн. лет), причем это число растет от 12 в начале кайнозоя до 43 – в последние 10 млн. лет. Отмеченная асимметрия поля, закономерное распределение частоты его инверсий и продолжительности интервалов постоянной полярности говорят о существовании в течение 1700 млн. лет, по крайней мере, двух режимов генерации геомагнитного поля. Первый, где преобладают длиннопериодные устойчивые состояния поля, второй режим частых смен геомагнитной полярности. При этом гиперхроны устойчивой геомагнитной полярности распределены в течение неогея довольно равномерно, чередуясь с гиперхронами частых смен полярности, с интервалом 160-200 млн. лет, за исключением двух аномалий между 1150 и 1100 и между 700 и 630 млн. лет назад. Последовательность инверсий геомагнитного поля является Последовательность инверсий геомагнитного поля является бифрактальной, с размерностью d » 0,5-0,6 и » 0,9: обладает самоподобием в крупномасштабных процессах, что соответствует отмеченному закономерному чередованию областей скопления частых смен полярности геомагнитного поля с весьма продолжительными интервалами редких инверсий (фрактальная размерность d » 0,9). Тогда как внутри интервалов частых инверсий их распределение близко к хаотическому (d
Инверсия магнитного поля Земли: человечество на пороге глобальной катастрофы?
Многие глобальные процессы на земле нам кажутся незыблемыми и постоянными. К примеру, мы знаем, что земля делает оборот вокруг своей оси за 24 часа, и по-другому быть не может. Но на самом деле ранее Земля вращалась гораздо быстрее, но потом скорость ее вращения замедлилась, что привело к «кислородной катастрофе». Да и сейчас скорость вращения нашей планеты весьма нестабильна. Аналогичная ситуация и с магнитными полюсами — они тоже непостоянны. Во-первых, расположены не строго на южном и северном географических полюсах, как многие полагают. Во-вторых, постоянно находятся в движении. А северный магнитный полюс вообще в последнее время с достаточно высокой скоростью стал перемещаться в сторону евразийского континента. Более того, ученые пришли к выводу, что периодически южный и северный магнитные полюса меняются местами. Этот процесс называется инверсией магнитного поля Земли. Явление происходит крайне редко, и за время существования Homo sapiens не происходило еще ни разу. Отсюда возникает вопрос, может ли оно повториться в ближайшее время и скажется ли на жизни на Земле?
Северный и южный полюса Земли периодически меняются местами — этот процесс называется инверсией
Как часто происходит инверсия магнитного поля
По расчетам ученых, последний раз инверсия магнитного поля происходила на Земле 780 тысяч лет назад. Но как часто происходит это явление? Интервалы могут быть разными, от нескольких десятков тысяч лет, до десятков миллионов. Грубо говоря, она может случиться как в любой момент, так и не случиться вообще.
Сам процесс смены полюсов, по оценкам ученых, тоже не быстрый. Он может длиться от нескольких сотен, до нескольких тысяч лет. Как предполагают некоторые ученые, начавшееся ускорение движение северного магнитного полюса может свидетельствовать о начале инверсии магнитного поля.
В чем опасность от смены магнитных полюсов
Специалисты из университета Джонса Хопкинса пришли к выводу, что в процессе инверсии магнитное поле Земли настолько ослабевает, что перестает защищать планету от космического излучения. Поэтому следующая смена полюсов может грозить человечеству глобальной катастрофой.
Конечно, впоследствии магнитное поле восстанавливается, причем по геологическим масштабам сравнительно быстро. Однако по человеческим меркам этот срок очень большой, составляет десятки тысяч лет. За это время на планете от космической радиации может погибнуть практически все живое.
В результате снижения напряженности магнитного поля Земля не сможет противостоять космическому излучению
Как говорит кандидат физико-математических наук Владимир Павлов из Института физики Земли РАН. Ученым известно, что в периоды инверсий, которые многократно случались на нашей планете, сила магнитного поля падала в 8-10 раз ниже нормы. Поэтому существует даже мнение, что именно инверсии становились причиной массовых вымираний на Земле. В частности. Сильное космическое излучение привело к вымиранию мамонтов и неандертальцев. Подробные результаты исследований опубликованы в журнале Science.
Ученые изучали событие Лашамп, которое произошло примерно 41,4 тысячи лет назад. Это была не полноценная инверсия, а кратковременное изменение магнитного поля. Тогда его напряженность стремительно снижалась на протяжении полутора тысяч лет. В результате планета подвергалась сильному космическому излучению. Понять, как это событие повлияло на жизнь на планете позволило окаменевшее дерево Agathis australis, которое в 2019 году нашли в Новой Зеландии.
Что примечательно, примерно в то же время появились первые образцы наскальной живописи, которые древние люди наносили охрой. Ученые предполагают, что Homo sapiens приходилось часто прятаться в пещерах от ультрафиолетового излучения. А сама охра вначале применялась для защиты тела от солнечного излучения, а уже потом для наскальных рисунков.
Неандертальцы возможно вымерли в результате снижения уровня магнитного поля Земли
Конечно, в случае очередного уменьшения напряженности магнитного поля человечество наверняка придумает способы как защититься от солнечной радиации. Однако, у нас на земле выстроена мощная техносфера, которая весьма чувствительна к природным катаклизмам. Поэтому инверсия вызовет коллапс самых разных электрических систем.
Если мысли о глобальной катастрофе вас встревожила, обязательно подпишитесь на наш Telegram-канал, где веселые мемы и шутки вам обязательно поднимут настроение.
Процесс смены полюсов на Земле уже начался?
По словам Владимира Павлова последние несколько миллионов лет на Земле инверсия происходила с частотой 4-5 раз в течение миллиона лет. Соответственно, средняя периодичность равнялась 200-250 тысячам лет. Но, как мы сказали выше, последняя смена полюсов произошла 780 тысяч лет назад. Подобная задержка сама по себе является поводом для беспокойства.
Причем ученые уже сейчас фиксируют первые возможные симптомы этого процесса. В частности, отмечается снижение напряженности магнитного поля Земли, которое за последние 150 лет уменьшилось на 10%. Но главное опасение вызывает упомянутый выше северный магнитный полюс земли. Он, как и южный, всегда находился в движении. Однако его траектория и скорость ранее были постоянными. В последнее же время отмечается резкое ускорение. За год он перемещается на 65 километров. Причем, скорость с каждым годом нарастает.
Ускорение движения северного магнитного полюса может свидетельствовать о скорой инверсии магнитного поля
Какие еще природные и космические процессы угрожают человечеству в ближайшем будущем? Материалы с научными обоснованиями на эту тему вы найдете на нашем Яндекс.Дзен-канале.
.
Северный магнитный полюс уже преодолел 200-мильную зону Канады и движется в сторону российского арктического побережья. Через 50 лет он достигнет архипелага Северная Земля. А если будет ускоряться, то появится здесь еще раньше.
По какой причине происходит инверсия полюсов и какие процессы в недрах земли сопровождают это явление, науке пока неизвестно. Поэтому делать точные прогнозы о сроках и начале инверсии практически невозможно. Но зато можно точно сказать одно — процесс переполюсовки очень долгоиграющий. А значит ни мы с вами, ни наши дети, ни внуки или правнуки не смогут ощутить его на себе. Гораздо более опасным является глобальное потепление, последствия которого ощущаются уже сегодня.
masterok
Мастерок.жж.рф
Хочу все знать
Продолжаем изучать темы январского стола заказов. Что интересует 
trudnopisaka :
«Вероятность смены магнитных полюсов Земли в ближайшее время. Исследования подробных физических причин этого процесса.
Да и по времени вроде бы как этот процесс должен произойти. Также там говорилось о планах Европейского космического агентства запустить серию спутников с целью подробного изучения напряженности магнитного поля Земли. Может быть уже опубликовали данные этого исследования, если спутники по этому поводу получилось запустить?»
В 1702 году Э. Галлей создает первые магнитные карты Земли. Основная причина наличия магнитного поля Земли в том, что ядро Земли состоит из раскаленного железа (хорошего проводника электрических токов, возникающих внутри Земли).
Магнитное поле Земли образует магнитосферу, простирающуюся на 70-80 тыс. км в направление Солнца. Она экранирует поверхность Земли, защищает от вредного влияния заряженных частиц, высоких энергий и космических лучей, определяет характер погоды.
Еще в 1635 году Геллибранд устанавливает, что магнитное поле Земли меняется. Позднее было установлено, что существуют постоянные и кратковременные изменения магнитного поля Земли.
Причиной постоянных изменений является наличие залежей полезных ископаемых. На Земле имеются такие территории, где ее собственное магнитное поле сильно искажается залеганием железных руд. Например, Курская магнитная аномалия, расположенная в Курской области.
В годы максимума солнечной активности (один раз в каждые 11,5 лет) возникают такие магнитные бури, что нарушается радиосвязь, а стрелки компасов начинают непредсказуемо «плясать».
Результатом взаимодействия заряженных частиц «солнечного ветра» с атмосферой Земли в северных широтах является такое явление, как «полярное сияние».
Цикл смены полюсов Земли (связанный собственно с планетой Земля) можно отнести к глобальным циклам (наряду, например, с циклом флуктуации оси прецессии), оказывающим влияние на все происходящее на Земле…
Возникает законный вопрос: когда ждать смену магнитных полюсов Земли (инверсию магнитного поля планеты), или смещение полюсов на “критический” угол (по некоторым теориям на экватор).
Процесс смещения магнитных полюсов регистрируется уже более века. Северный и Южный магнитные полюса (СМП и ЮМП) постоянно “мигрируют”, отдаляясь от географических полюсов Земли (угол “погрешности” сейчас составляет порядка 8 градусов по широте для СМП и 27 градусов для ЮМП). Кстати, было установлено, что Географические полюса Земли тоже движутся: ось планеты отклоняется со скоростью около 10 см в год.
Северный магнитный полюс впервые был открыт в 1831 году. В 1904 году, когда ученые вторично провели измерения, обнаружилось, что полюс переместился на 31 милю. Стрелка компаса указывает на магнитный полюс, а не на географический. Исследование показало, что за последнюю тысячу лет магнитный полюс перемещался на значительные расстояния по направлению от Канады к Сибири, но иногда и в других направлениях.
Северному магнитному полюсу Земли не сидится на месте. Впрочем, как и южному. Северный долго «блуждал» по арктической Канаде, но с 70-х годов прошлого века его движение обрело четкое направление. С растущей скоростью, достигающей сейчас 46 км в год, полюс практически по прямой устремился в Российскую Арктику. По прогнозу Канадской геомагнитной службы, к 2050 году он будет находиться в районе архипелага Северная Земля.
На скорую смену полюсов указывает факт ослабления Магнитного поля Земли около полюсов, который установил в 2002 году французский профессор геофизики Готье Юло (Gauthier Hulot). Кстати, Магнитное поле Земли ослабло почти на 10% с тех пор, как оно впервые было измерено в 30-х годах 19 века. Факт: в 1989-м жители Квебека (Канада) в результате того, что солнечные ветры прорвались через слабый магнитный щит и вызвали тяжелые поломки в электрических сетях, остались на 9 часов без света.
Из школьного курса физики мы знаем, что электрический ток нагревает проводник, по которому течет. В данном случае движение зарядов будет нагревать ионосферу. Частицы будут проникать в нейтральную атмосферу, это повлияет на систему ветров на высоте 200-400 км, а значит — и на климат в целом. Смещение магнитного полюса повлияет и на работу техники. Например, в средних широтах в летние месяцы невозможно будет пользоваться коротковолновой радиосвязью. Нарушится и работа спутниковых навигационных систем, поскольку они используют модели ионосферы, которые в новых условиях будут неприменимы. Геофизики также предостерегают, что при приближении северного магнитного полюса вырастут наведенные индуцированные токи в российских линиях электропередач и энергосетях.
Впрочем, всего этого может и не случиться. Северный магнитный полюс может в любой момент изменить направление движения или остановиться, и предвидеть этого нельзя. А для Южного полюса и вовсе нет прогноза на 2050 год. До 1986 года он двигался весьма бодро, но потом его скорость упала.
Итак, вот четыре факта, которые указывают на приближающуюся или уже начавшуюся инверсию геомагнитного поля:
1. Уменьшение на протяжении последних 2,5 тыс. лет напряженности геомагнитного поля;
2. Ускорение падения напряженности поля в последние десятилетия;
3. Резкое ускорение смещения магнитного полюса;
4. Особенности распределения магнитных силовых линий, которое становится похожим на картину, соответствующую стадии подготовки инверсии.
О возможных последствиях смены геомагнитных полюсов идет широкая дискуссия. Есть разнообразные точки зрения — от вполне оптимистичных до крайне тревожных. Оптимисты ссылаются на тот факт, что в геологической истории Земли произошли сотни инверсий, однако не удалось установить связь массовых вымираний и природных катастроф с этими событиями. Кроме того, биосфера обладает значительными способностями к адаптации, а процесс инверсии может длиться довольно долго, так что времени, чтобы подготовиться к переменам, более чем достаточно.
Противоположная точка зрения не исключает того, что инверсия может произойти при жизни ближайших поколений и окажется катастрофой для человеческой цивилизации. Надо сказать, что эта точка зрения в значительной степени скомпрометирована большим числом ненаучных и просто антинаучных высказываний. В качестве примера можно привести мнение, согласно которому во время инверсии человеческие мозги испытают перезагрузку, подобно тому, как это происходит с компьютерами, при этом произойдет полное стирание содержащейся в них информации. Несмотря на такие высказывания оптимистическая точка зрения весьма поверхностна.
Современный мир — далеко не тот, что был сотни тысяч лет назад: человек породил множество проблем, которые сделали этот мир хрупким, легко ранимым и крайне неустойчивым. Есть основания полагать, что последствия инверсии действительно будут поистине катастрофичны для мировой цивилизации. И полная потеря работоспособности Всемирной паутины из-за разрушения систем радиосвязи (а оно обязательно наступит в момент утраты радиационных поясов) — лишь один из примеров глобальной катастрофы. К примеру, вследствие разрушения систем радиосвязи выйдут из строя все спутники.
Однако, ученые из НАСА предполагают ошибочность утверждения, что смена полюсов может на короткое время лишить Землю магнитного поля, которое защищает нас от солнечных вспышек и других космических опасностей. Однако магнитное поле может ослабевать или усиливаться с течением времени, но нет никаких признаков того, что оно может полностью исчезнуть. Более слабое поле, конечно приведет к небольшому увеличению солнечной радиации на Земле, а также к наблюдению красивых полярных сияний на более низких широтах. Но ничего смертельно не случится, а плотная атмосфера отлично защищает Землю от опасных солнечных частиц.
Наука доказывает, что смена полюсов – с точки зрения геологической истории Земли – обычное явление, которое происходит постепенно, в течение тысячелетий.
Однако эта ситуация не является постоянной. Исследования последних четырех сот лет показали, что магнитные полюса вращаются вокруг своихгеографических двойников, смещаясь примерно на двенадцать градусов каждое столетие. Эта величина соответствует скоростям течений в верхнем ядре в десять-тридцать километров в год.Кроме постепенных смещений магнитных полюсов примерно каждые пятьсот тысяч лет,магнитные полюса Земли меняются местами. Изучение палеомагнитных характеристик породразного возраста позволило ученым сделать вывод, что время таких инверсий магнитных полю-сов занимало как минимум пять тысяч лет. Полной неожиданностью для ученых, занимающихся изучением жизни Земли, явились результаты анализа магнитных свойств потока лавы толщиной около километра, излившегося 16,2 миллиона лет назад и найденного недавно на востоке пустыни Орегона.
Правда, жителей Земли должен несколько успокоить тот факт, что во время смены полюсов Солнца, произошедшей в марте 2001 года, исчезновения магнитного поля зафиксировано не было.
Следовательно, полного исчезновения защитного слоя Земли, скорее всего, не произойдет. Инверсия магнитных полюсов не может стать глобальной катастрофой. Само наличие жизни на Земле, многократно пережившей инверсию, это подтверждает, хотя отсутствие магнитного поля иявляется неблагоприятным фактором для животного мира. Это наглядно продемонстрировали эксперименты американских ученых, еще в шестидесятых годах построивших две экспериментальные камеры. Одна из них была окружена мощным металлическим экраном, снижавшим напряженность земного магнитного поля в сотни раз. В другой камере сохранились земные условия. В них были помещены мыши и семена клевера, пшеницы. Спустя несколько месяцев оказалось, что мыши в экранированной камере быстрее теряли волосяной покров и умирали раньше, чем контрольные. Их кожа была более толстой, чем у животных другой группы. И она, разбухая, вытесняла корневые мешочки волос, что служило причиной раннего облысения. У растений в безмагнитной камере также были отмечены изменения.
Согласно еще одной гипотезе, мы живем в уникальное время: происходит смена полюсов на Земле и осуществляется квантовый переход нашей планеты на ее двойник, находящийся в параллельном мире четырехмерного пространства. Высшие цивилизации (ВЦ) для уменьшения последствий планетарной катастрофы этот переход осуществляют плавно, чтобы создать благоприятные условия для зарождения новой ветви Сверхцивилизации Богочеловечества. Представители ВЦ считают, что старая ветвь Человечества не разумна, поскольку она за последние десятилетия, по крайней мере, пять раз могла уничтожить все живое на планете, если бы не своевременное вмешательство ВЦ.
Российские ученые полагают, что мудрейшие атланты выводили нас на знания о периодической смене полярности полюсов Земли через знание законов прецессии, которые заложены в расположении этих трех пирамид. Атланты, судя по всему, были полностью уверены, что когда-нибудь в далеком для них будущем появится на Земле новая высокоразвитая цивилизация, а ее представители заново откроют прецессионные законы.
По одной из гипотез, именно атланты скорее всего руководили возведением трех крупнейших пирамид в долине Нила. Все они построены на 30-м градусе северной широты и сориентированы по сторонам света. Каждая грань сооружения нацелена на север, на юг, на запад или на восток. Не известно ни одного другого строения на Земле, которое было бы столь же точно с погрешностью всего 0,015 градуса сориентировано по сторонам света. Поскольку древние строители достигли своей цели, значит, они обладали соответствующей квалификацией, знаниями, первоклассным оборудованием и приборами.
Учеными были также установлены определенные закономерности и совпадения, связанные с размерами пирамиды, углами наклона их внутренних галерей, углом возрастания винтовой лестницы молекулы ДНК, закрученной спиралью, и т. д. и т. п. Стало быть, решили ученые, атланты всеми доступными им способами указывали нам на строго определенную дату, которая совпала с крайне редким астрономическим явлением. Оно повторяется один раз в 25 921 год. В тот момент три звезды Пояса Ориона пребывали в самом нижнем своем прецессионном положении над линией горизонта в день весеннего равноденствия. Это бьио в 10 450 году до н. э. Вот так древние мудрецы усиленно выводили человечество на эту дату через мифологические коды, через карту участка звездного неба, нарисованную в долине Нила с помощью трех пирамид.
И вот в 1993 году бельгийский ученый Р. Бьювэлл воспользовался законами прецессии. Путем компьютерного анализа он выявил, что три крупнейшие египетские пирамиды установлены на местности так, как располагались на небе три звезды Пояса Ориона в 10 450 году до н. э., когда они находились в нижней, то есть исходной точке своего прецессионного движения по небу.
Современные геомагнитные исследования показали, что около 10450 года до н. э. произошла мгновенная смена полярности полюсов Земли и ока сместилась на 30 градусов относительно своей оси вращения. В результате наступил общепланетный глобальный мгновенный катаклизм. Геомагнитные исследования, проведенные в конце 1980-х годов американскими, английскими и японскими учеными, показали и другое. Эти кошмарные катаклизмы постоянно происходили в геологической истории Земли с регулярностью примерно в 12 500 лет! Это они, очевидно, погубили и динозавров, и мамонтов, и Атлантиду.
Оставшиеся в живых после предыдущего потопа в 10 450 году до н. э. и отправившие нам свое послание через пирамиды атланты очень надеялись, что новая высокоразвитая цивилизация появится на Земле задолго до тотального ужаса и конца света. И может быть, успеет подготовиться к тому, чтобы встретить бедствие во всеоружии. По одной из гипотез, их науке не удалось сделать открытие об обязательном «кувырке» планеты на 30 градусов в момент переполюсовки. В результате произошло смещение всех континентов Земли именно на 30 градусов и Атлантида очутилась на Южном полюсе. И тут же все ее население мгновенно замерзло, как мгновенно замерзли в тот же момент на другом конце планеты мамонты. Остались в живых только те представители высокоразвитой атлантической цивилизации, которые пребывали в ту пору на других континентах планеты в высокогорной местности. Им посчастливилось избежать Всемирного потопа. И вот они ре шили предупредить нас, людей далекого для них будущего, что каждая смена полюсов сопровождается «кувырком» планеты и непоправимыми последствиями.
Так вот, согласно Длинному счету майя, наш мир циклически создается и уничтожается с периодом в 13 бактунов (или приблизительно 5120 лет). Текущий цикл начался 11 августа 3113 года до н. э. (0.0.0.0.0) и завершится 21 декабря 2012 года н. э. (13.0.0.0.0). Майя считали, что в этот день наступит конец света. А после этого, если верить им, наступит начало нового цикла и начало нового Мира.
Предложено простое объяснение инверсии магнитных полюсов Земли
На протяжении всей геологической истории Земли магнитные полюса нашей планеты неоднократно менялись местами. Такую смену полюсов называют геомагнитной инверсией. Исследователи из Франции предложили простую модель, которая объясняет данное явление. Согласно их теории, на дипольную компоненту геомагнитного поля, которая приводит к существованию двух полюсов, накладывается «шумящая» квадрупольная мода. Воздействие такого «шума» и приводит к инверсии магнитных полюсов.
Считается, что магнитное поле Земли существует уже более 3 млрд лет. Исследования истории геомагнитного поля показывают, что на протяжении всего времени своего существования это поле было непостоянным и хаотическим образом меняло полярность — северный магнитный полюс становился южным и наоборот. Такой процесс называют инверсией магнитных полюсов Земли. Согласно палеомагнитным данным, последняя инверсия магнитного поля произошла приблизительно 780 тыс. лет назад. Особенностью таких изменений полюсов является их высокая, по меркам геологической истории нашей планеты, скорость — смена полюсов происходит приблизительно за 10 тыс. лет. Источником палеомагнитных данных служат горные породы, которые содержат в себе ферро- или ферримагнитные компоненты. Дело в том, что в момент своего образования осадочная или магматическая порода приобретает намагниченность, направление и величина которой соответствует величине магнитного поля данной геологической эпохи. Иными словами, минерал как бы «замораживает» в себе геомагнитное поле в момент существования данной породы.
В настоящее время земное магнитное поле представляет собой магнитный диполь (см. рис. 1). Истинный южный магнитный полюс (отрицательный, где силовые линии магнитного поля «входят» в планету) расположен вблизи Северного географического полюса (в Канадском секторе Арктики), истинный северный магнитный полюс (положительный, где силовые линии «выходят» из Земли) сейчас находится недалеко от Южного географического полюса (в Индийском океане вблизи Антарктиды). Однако условно магнитные полюса Земли принято называть в соответствии с их географическим положением — южный магнитный полюс для удобства договорились считать северным, и наоборот. При этом ось магнитного диполя имеет наклон приблизительно в 11,5 градусов по отношению к земной оси вращения, а центр магнитного диполя смещен от центра Земли приблизительно на 430 км.
Магнитные полюса перемещаются по поверхности нашей планеты со скоростью до 40 км в год. Так, Северный магнитный полюс в 1900 году имел координаты 69° с. ш. и 97° з. д., а в 2005 году — 83° с. ш. и 118° з. д. То есть он двигался на север и запад, приближаясь к Северному географическому полюсу. А южный магнитный полюс за этот же период сместился из точки с координатами 72° ю. ш. и 148° в. д., в точку с координатами 64° ю. ш. и 138° в. д. Т.е. он перемещался на север и запад, удаляясь от южного географического полюса.
Наличие у Земли магнитного поля и его ярко выраженную дипольную структуру принято объяснять с помощью теории так называемого геодинамо. Считается, что главной причиной рождения магнитного поля является наличие у нашей планеты жидкого внешнего ядра (внутреннее ядро с глубины 5120 км и до центра Земли — твердое). Температура нижних слоев внешнего ядра выше, чем на его периферии, поэтому за счет тепловой конвекции происходит перемешивание жидких электропроводящих масс железа. Из-за вращения Земли скорость течения должна была бы во внешней части ядра быть больше, чем во внутренней. Однако поднимающаяся из глубины разогретая жидкость тормозит вращение внешних слоев внешнего ядра, а встречные, более холодные, нисходящие потоки, наоборот, ускоряют внутренние слои. Получается, что внутренняя часть внешнего ядра вращается быстрее внешней и играет роль своеобразного ротора (то есть вращающейся части) генератора, а внешняя — роль статора (неподвижной части). Отсюда и название модели — земное динамо, или геодинамо. Подобные течения порождают кольцеобразные электрические токи, которые производят суммарное магнитное поле дипольного характера.
Чтобы подкрепить количественно гипотезу геодинамо, ученые не раз прибегали к численному анализу сложной системы магнитогидродинамических уравнений, описывающую данную модель. Среди многообразия публикаций на эту тему здесь стоит упомянуть расчеты 3D-модели геодинамо, выполненные Гэри Глацмайером и Полом Робертсом. На суперкомпьютерах того времени (1995 год), работавших около 2000 часов, ученым удалось пронаблюдать рождение и эволюцию геомагнитного поля в течение «всего лишь» 40 тыс. лет. Тем не менее в результате решения трехмерных уравнений магнитной гидродинамики они получили не только дипольную структуру геомагнитного поля, но и «увидели» в конце расчетного интервала времени его инверсию. Работа Глацмайера и Робертса в том же году была опубликована в журнале Nature (в открытом доступе эту статью можно увидеть здесь).
Инверсию магнитного поля в модели геодинамо можно наблюдать и в лабораторных условиях. Среди таких опытов наиболее известен эксперимент Теодора фон Кармана. Земное динамо воспроизводилось с помощью установки, изображенной на рис. 2 (описание установки приводится по статье M. Berhanu et al. Magnetic field reversals in an experimental turbulent dynamo в журнале Europhysics Letters).
В установке фон Кармана генерирование магнитного поля происходит в расплавленном электропроводящем натрии (температура плавления 98°C), который заключен в двух концентрических медных цилиндрах. Движение жидкого натрия происходит во внутреннем цилиндре. Пространство между цилиндрами также заполнено расплавленным щелочным металлом, но находящимся в состоянии покоя. Два лопастных колеса присоединены к торцам внутреннего цилиндра и располагаются внутри него, заставляя натрий вращаться. Частота вращения пропеллеров F1 и F2 может меняться независимо друг от друга вплоть до 26 Гц. Как видно из описания, данная установка напоминает процессы, происходящие в недрах Земли: аналогом электропроводящей железной массы здесь является жидкий натрий, также проводящей ток; внутренний цилиндр соответствует внутренней области внешнего ядра; внешний цилиндр — периферии внешнего ядра. Специальными приборами фиксируется временная зависимость индукции рождающегося в таком эксперименте магнитного поля, обладающего приблизительно дипольной структурой. В эксперименте фон Кармана также наблюдалась инверсия рождающегося магнитного поля, выражающаяся в перемене знака его напряженности (нижняя часть рис. 2, красная кривая), что еще раз подтверждает правильность гипотезы геодинамо.
В вышедшей недавно в журнале Physical Review Letters статье Simple Mechanism for Reversals of Earth’s Magnetic Field французские ученые предложили простую теорию, основанную на модели геодинамо, которая объясняет инверсию магнитного поля Земли, не прибегая к численному анализу чрезвычайно сложных уравнений магнитной гидродинамики, как, например, в модели Глацмайера—Робертса.
Вообще говоря, магнитное поле Земли можно представить как сумму стабильной дипольной и нестабильных квадрупольной, октупольной и т. д. компонент, или мод (см. мультиполь). Моды выше чем дипольная рождаются из турбулентных флуктуаций течения электропроводящего железа внутри Земли. Авторы статьи в своей теории аппроксимируют геомагнитное поле суммой дипольной и квадрупольной мод, при этом последняя, согласно их модели, действует как белый шум на основную дипольную компоненту.
Благодаря такому шуму геомагнитные полюса отклоняются от своих устойчивых положений равновесия и переходят в так называемые седловые точки, или точки неустойчивого равновесия (см. рис. 3, ±Bs; здесь B обозначает индукцию магнитного поля, s — stable «устойчивый», ±Bu, u — unstable «неустойчивый»). Дальше ситуация может развиваться по двум сценариям (возникает бифуркация системы): полюса могут медленно вернуться в прежнее устойчивое положение — такая несостоявшаяся инверсия называется экскурсом, либо они начнут притягиваться и быстро двигаться к противоположным точкам равновесия — в этом случае происходит инверсия.
По сути, наблюдается бистабильная система, которая под действием шума хаотически может менять свое положение равновесия. Поскольку воздействие шумящей квадрупольной моды на дипольную является слабым, то вероятность смены полюсов низка. А значит, неудивительно, что в истории Земли были продолжительные периоды, называемые суперхронами, в течение которых не происходили инверсии магнитных полюсов.
Свои качественные рассуждения авторы теории подкрепляют количественными математическими расчетами. В их модели эволюция магнитного поля Земли описывается простым (в сравнении с магнитогидродинамическими уравнениями) уравнением, решая которое, ученые получают временную зависимость дипольного момента (по сути, напряженности) магнитного поля Земли (см. рис. 4, верхний график). На этой временной зависимости наблюдается большая скорость инверсии магнитного поля, непериодические колебания его напряженности, соответствующие экскурсам, и наличие суперхронов.
Таким образом, в теории французских исследователей наблюдается и объясняется всё то, что присуще поведению магнитного поля в эксперименте фон Кармана (рис. 4, средний график) и, что самое главное, эволюции геомагнитного поля (рис. 4, нижний график).
Источник: François Pétrélis, Stéphan Fauve, Emmanuel Dormy, Jean-Pierre Valet. Simple Mechanism for Reversals of Earth’s Magnetic Field // Physical Review Letters 102, 144503 (2009).