Смена полюсов. Прогноз ученых. Предложено простое объяснение инверсии магнитных полюсов земли Смена магнитных полюсов земли хокинг

Необходимый признак толкового конца света - это его необъяснимость. Очень важно, чтобы какое-нибудь галактическое выравнивание , невероятная солнечная буря или даже потоп не следовали напрямую из скучных уравнений и теорий, а проистекали из каких-то зыбких иррациональных причин. С магнитной инверсией, во время которой северный магнитный полюс нашей планеты станет южным, а южный - наоборот, северным, все именно так.

Магнитное поле Земли появилось не сразу с рождением планеты, а несколько позже - примерно 4,2 миллиарда лет назад , и до сих пор никто не может стопроцентно объяснить ни почему это произошло именно тогда, ни почему это произошло вообще.

Более того, сами теории геомагнетизма последнее время постоянно подвергаются «переполюсовке».

Так, до недавнего времени за магнитное поле Земли стабильно отвечала теория геодинамо , сформулированная еще в 1934 году: считалось, что магнитное поле формируют конвективные потоки расплавленного металла, которые поднимаются от твердого ядра планеты. Но в 2012 году команда британского профессора Дарио Альфе подсчитала, что твердое ядро сформировалось не более миллиарда лет назад и, соответственно, никак не могло быть замешано в геомагнетизме.

Дальше пошла путаница: в 2015 году американские ученые показали, что расчеты британских ученых неверны, и вернули классическую теорию. Потом, в том же 2015-м, ошибку нашли уже у американцев, а на следующий год Nature даже отозвала американскую статью из печати. Одним словом, можно смело утверждать, что природа магнитного поля Земли (и тем более его инверсий) ученым пока непонятна.

Перемещение северного магнитного полюса Земли с начала XVII века.
Красные точки - наблюдавшиеся положения, синие - расчетные положения
Изображение: Cavit / Wikimedia Commons

Примеры магнитных инверсий из прошлого

Серьезным преимуществом для любого типа апокалипсиса становится тот факт, что он когда-либо уже случался в истории Земли (или, на крайний случай, любого другого космического тела). Это автоматически повышает реальность опасности практически до стопроцентной: как говорится, можем повторить.

Человечество более-менее точно фиксирует положения магнитных полюсов с 1885 года, и все это время они постоянно ползут - то быстрее, то медленнее. В 70-х годах XX века северный магнитный полюс дрейфовал со скоростью 10 км/год, а к началу XXI века разогнался до крейсерских 50−60 километров в год . В результате несколько лет назад северный магнитный полюс покинул арктическую Канаду, в которой обретался с XVII века, а южный магнитный полюс нырнул с Антарктиды прямо в Южный океан.

Однако архивные записи не единственный способ заглянуть в геомагнитную историю. Разрозненные обрывки магнитных летописей хранятся в горных породах, которые при своем застывании намагничиваются в направлении магнитного поля планеты. И поэтому, собирая и аккуратно сопоставляя образцы, ученые узнали, что магнитные полюсы не только плавно перемещаются по Земле, но иногда и сравнительно резко меняются друг с другом местами.

Когда-то такие магнитные инверсии происходили достаточно часто: в прошлом году в образцах южноуральских песчаников эпохи позднего эдиакария ученые нашли следы более 20 магнитных переворотов всего за один миллион лет. Но последнее время Земля подуспокоилась, и теперь магнитные инверсии случаются примерно раз в 2−4 миллиона лет. Последняя из них была еще до появления Homo Sapiens - 700 тысяч лет назад.

Предвестники катастрофы

Апокалипсис совершенно никуда не годится, если у него нет предзнаменований: зловещих комет, дождей из лягушек и прочих иерихонских труб. И хоть простые расчеты показывают, что следующей инверсии по умолчанию лучше ждать не раньше, чем через миллион лет, всегда можно сказать, что мы живем в исключительное время, и найти тревожные признаки скорого конца.

Измерения показывают, что магнитное поле Земли постепенно ослабевает и сейчас его напряженность уменьшается все быстрее.

За последние сто лет геомагнитное поле ослабло на 5% . Абсолютно надежным признаком скорой инверсии такие темпы назвать сложно, но в эсхатологическом смысле это даже лучше: предзнаменования должны быть неявными. Имеющий уши да услышит.

Увы, в этом случае найти надежные контраргументы скорому концу света совсем несложно. Надо только отправиться в Южную Африку и собрать образцы обожженной глины из хижин бушменов, в которых хранятся не только направления магнитных полюсов , но и еще и сила геомагнетизма. Данные этих «архивов», порожденных необычной традицией бушменов периодически сжигать все свои дома, корзины с зерном и прочее бренное имущество, говорят о том, что в период с XIII по XVI век напряженность магнитного поля Земли уменьшалась даже быстрей, чем сейчас.

Так что если мы и принимаем ослабление геомагнитного поля предвестником скорой катастрофы, то тогда непременно нужно признать, что машина апокалипсиса запустилась уже давно. Как минимум в Средневековье, а то и до нашей эры. Данные по намагниченности ливанской керамики показали, что магнитное поле Земли почти неуклонно ослаблялось и в период с VIII по II век до н. э.

Магнитная инверсия не будет моментальна

Настоящий апокалипсис должен быть растянутым. Так, чтобы люди осознали происходящее, мир окунулся в ужас сартровской экзистенции и, главное, так, чтобы в фильмах-катастрофах можно было пустить предельно информативные и тревожные отбивки: «21. 06. 2017, 08−23. Москва, Кремль» (приурочим все это дело к летнему солнцестоянию, почему нет).

С этой точки зрения магнитная инверсия - идеальный кандидат. Длится она, по разным оценкам , от 1000 до 10 000 тысяч лет. В это время у Земли пропадают два старых магнитных полюса и появляется много-много новых, а средняя напряженность геомагнитного поля падает практически до нуля.

Кроме того, в истории бывали случаи не только медленной переполюсовки, но и медленных разворотов полюсов, во время которых они не пропадали полностью, а только ускоряли свое движение и смещались в низкие широты, иногда даже пересекая экватор. Последний такой разворот называется «событием Лашамп »: он случился всего 41 тысячу лет назад и длился чуть менее тысячи лет.

Магнитная инверсия подействует на все живое

Не все люди это уверенно осознают, но у каждого живого организма на Земле есть гены, а значит, все они могут пострадать от магнитной инверсии. Дело в том, что геомагнитное поле защищает нашу планету от радиоактивного космического излучения, и поэтому во время магнитной переполюсовки может появиться гораздо больше опасных, не совместимых с жизнью мутаций: есть работы , которые связывают резкие изменения земной флоры и фауны вроде Кембрийского взрыва именно с переполюсовкой Земли.

Правда, одной магнитной инверсии для сильного мутагенеза недостаточно, и вызвать катастрофу может только серия близких инверсий.

Но при известной доле фантазии эту осторожную оговорку можно обойти. Например, совместить мотив магнитного апокалипсиса со страхом перед ГМО и придумать, что все бомбы замедленного действия, заложенные коварной соей, проснутся в наших генах именно под действием космической радиации.

Или можно придумать другой, более изящный сюжет биосферной магнитной катастрофы, завязанный на мировой гармонии и балансе. Ведь, как известно, все в природе взаимосвязано, и каждая самая маленькая букашка участвует в больших экологических циклах. А потому неизбежное с инверсией исчезновение или преображение перелетных птиц и других организмов, обладающих чувством магниторецепции, наверняка печально отразится на всем мире.

Магнитная инверсия повлияет на технику

Птички - это прекрасно, но некоторые люди справедливо заметят, что человечество наверняка сможет кое-как протянуть и без них. Другое дело - техника. Мы боимся геомагнитных бурь, мы боялись цифрового конца света 2000-го и дополнительной секунды 2012 года , когда все наши компьютеры должны были сойти с ума от непонятной смены даты. Мы любим подчеркивать свою полную зависимость от техники, быть может даже подсознательно заявляя таким образом о своей власти над природой. Поэтому магнитная инверсия - это опять идеальный сценарий апокалипсиса. Высокоэнергичные лучи заряженных частиц могут не только изрядно потрепать наши гены, но и попортить системы спутникового геопозиционирования, вызвать отключения электричества, сбить все электронные приборы и, главное (!), обрубить интернет (не забываем, правда, что примеры со всеми геомагнитными бурями опровергают эти опасения). Впрочем, есть и хорошие новости: вместе с повышением радиационного фона на Земле станет гораздо больше северных сияний. Будет странно, опасно и красиво.

Магнитная инверсия может случиться в любой момент

Есть два принципиальных отличия конца света от дедлайна. Во-первых, конец света нельзя перенести, а во-вторых, его нельзя и назначить (и отличие «два с половиной»: вряд ли после него помогут извиняющиеся письма о срыве сроков).

Конечно, сейчас появляются работы, в которых с помощью преобразований Фурье выводят периодичность магнитных инверсий (по этим данным, до апокалипсиса не менее 25 миллионов лет), но все-таки большинство ученых считает переполюсовку Земли абсолютно случайным процессом, который может запуститься в любой момент. И это правильно: любой уважающий себя конец света должен быть непредсказуем и внезапен.

В ожидании неминуемого конца мы можем дать только один совет: перечитывайте этот текст не реже раза в месяц. Это ничего не поменяет, зато нам будет приятно.

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 ).

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 F 1 и F 2 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 временна я 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 временну ю зависимость дипольного момента (по сути, напряженности) магнитного поля Земли (см. рис. 4, верхний график). На этой временно й 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).

1

Приведен состав космического излучения, попадающего на поверхность Земли. Описано влияние этого излучения на существование жизни на Земле и её климат. В основном это влияние на биологические формы жизни связано с ионизирующим действием заряженных частиц высоких энергий на атомы и молекулы. При превышении определенной дозы излучения в живых организмах могут наступить необратимые изменения, которые приводят к их гибели. Наличие магнитного поля Земли позволяет отклонять эти частицы по определенным траекториям движения и заметно уменьшать интенсивность космического фона. Оказалось, что магнитное поле периодически меняет свою «ориентацию»: его полюса меняются местами. В настоящее время наблюдается ослабление магнитного поля Земли. Обсуждаются возможные последствия инверсии магнитных полюсов Земли вплоть до их полного исчезновения.

космическое излучение

доза излучения

магнитное поле Земли

инверсия магнитных полюсов

1. Яновский Б.М. Земной магнетизм: учеб. пособие. – 4-е изд. перераб. и доп. Под ред. В.В. Металловой. – Л.: Ленингр. ун-т, 1978. – С. 592.

2. Keithley J.F. The story of electrical and magnetic measurements: from 500 B.C. to the 1940s. – John Wiley and Sons, 1999.

Каждую секунду наша планета подвергается воздействию колоссального количества заряженных частиц, т.к. называемым космическим фоном. В зависимости от происхождения и условий формирования все космическое излучение можно подразделить на:

1. Солнечный ветер - постоянный поток высокотемпературной плазмы в межпланетном космическом пространстве, обусловленный непрерывным расширением солнечной короны. Солнечный ветер представляет собой низкоэнергетическую часть корпускулярного излучения Солнца (с энергией несколько десятков КэВ).

2. Солнечные космические лучи с энергией от 0,1 МэВ до сотен МэВ (но иногда и до нескольких десятков ГэВ), которые генерируются при вспышках на Солнце и наблюдаются в виде гигантских протуберанцев над его поверхностью.

Природа этих вспышек связана с выбросов из глубин солнечного вещества и его взаимодействием с мощнейшим магнитным полем Солнца.. При вспышках на Солнце испускается громадное количество энергии в виде электромагнитного (в диапазоне от видимого до рентгеновского) и корпускулярного излучения.

3. Галактические космические лучи - рождаются в глубоком космосе и отличаются сложным компонентным составом. «Возраст» галактических космических лучей, приходящих в Солнечную систему, составляет 2,5 - 33 млн. лет. Предполагается, что частицы с относительно небольшой энергий приходят из нашей галактики, а частицы сверхвысоких энергий имеют внегалактическое происхождение.

Это излучение оказывает сильное воздействие на само существование жизни на Земле её климат. Поскольку в состав излучения входят заряженные частицы, они оказывают ионизирующее действие на клетки живого организма и растения. Причем при достаточно небольшой дозе излучения клетки могут самостоятельно восстанавливаться, а при дозе, большей, чем 200 мЗв/год, преобладает массовая гибель клеток.

Как известно, магнитное поле оказывает влияние на движение заряженных частиц, оно может изменить траекторию их движения. Магнитные силовые линии земного поля выходят из южного магнитного полюса и сходятся в северном, образуя замкнутые кривые. Сила магнитного поля Земли характеризуется вектором напряженности, который в любой точке земного магнитного поля направлен по касательным к силовым линиям.

Распределение элементов земного магнетизма по поверхности земного шара принято изображать на специальных картах в виде кривых линий, соединяющих точки с одинаковым значением того или иного элемента. Такие линии называют изолиниями. Кривые равного магнитного склонения - изогоны наносят на карты изогон, это кривые, соединяющие точки с равным магнитным напряжением, называют изодинами, или изодинамами. Кривые, соединяющие точки с равным магнитным наклонением - изоклины, наносят на карты изоклин. Магнитное склонение - наиболее важный элемент для судовождения.

На самом деле исследования земного магнетизма, полярности учеными проводились часто. Но выводы и заключения, сделанные ими, были различными. Считается, что магнитное поле Земли образуется из-за движений металлического (а значит, проводящего электричество) жидкого ядра нашей планеты .. Имеющее каплевидную форму поле простирается в космос на расстояние около 58 тысяч километров. Оно защищает флору и фауну Земли, а также вращающиеся по околоземной орбите спутники от интенсивного космического излучения . Оказалось, что магнитное поле периодически меняет свою «ориентацию»: его полюса меняются местами. Одно из таких последних исследований и наблюдений было проведено в 2010 году.

Предполагается, что в ближайшее время магнитное поле Земли может ослабнуть, лишив находящиеся на орбите искусственные спутники защиты от солнечной радиации.

К такому выводу пришли немецкие геофизики, проанализировав данные об изменениях земного ядра за девять лет. Исследователи утверждают, что в последние несколько месяцев изменения магнитного поля были особенно сильными. До сих пор им не удавалось зафиксировать настолько резких «движений». Магнитное поле меняется в районе южной части Атлантического океана. В этом месте его «толщина» составляет около одной трети от «нормальной». Всего за последние 150 лет поле ослабло на десять процентов. Последний раз такое изменение произошло 780 тысяч лет назад. Измерения движения земного ядра, проведенное с помощью спутников CHAMP и Orsted показали, что в ближайшее время должна произойти очередная смена полярности.

Наиболее интенсивное изучение действия магнитных полей на живые организмы началось в 60-х годах ХХ века в связи с зарождением космической биологии. Особое внимание ученых привлекли усиленные (по сравнению с геомагнитным) искусственные магнитные поля, Оказалось, что эти поля вызывают разнообразные эффекты у человека, животных, растений, микроорганизмов. Выяснилось, что на нервную систему магнитное поле оказывает преимущественно тормозное действие, угнетая условные и безусловные рефлексы, изменяя электроэнцефалограмму в сторону преобладания медленных ритмов. У растений сильные магнитные поля (в несколько тысяч эрстед) вызывали подавление роста корней, уменьшение интенсивности фотосинтеза и другие эффекты.

Точных ответов на все вопросы нет, о исторически считается, что магнитное поле Земли отнюдь не постоянно. В 1831 году северный магнитный полюс располагался на западном берегу полуострова Бутия на крайнем севере Северной Америки. В 1994 году его смещение относительно этой точки составило почти 1000 км. Местоположение южного магнитного полюса было определено гораздо позже, в 1909 году, он оказался на краю Антарктиды. Уже в 1960-х годах южный магнитный полюс покинул территорию ледяного материка. Измерения, проведенные в декабре 2000 года, показали, что он находится на расстояние 2810 км от географического полюса, и это расстояние продолжает увеличиваться.

К рубежу XX и XXI веков скорости обоих магнитных полюсов заметно возросли. Скорость дрейфа южного магнитного полюса к этому времени составляла до 4-5 км в год. Скорость дрейфа северного магнитного полюса сейчас оценивается сегодня в 40-50 км в год. Если он будет продолжать идти тем же курсом и теми же темпами, то, покинув территорию Канады, пройдет над Аляской и примерно через полвека окажется над Сибирью. Южный же полюс попросту уходит все дальше и дальше в Индийский океан. Многие геофизики связывают подобное ускорение с так называемыми геомагнитными толчками. Время от времени магнитный щит Земли распадается, открывая планету воздействию действию космоса. Так, например, по окончании Пермского периода, 225 миллионов лет назад, за сравнительно короткий срок прекратили свое существование примерно 75 % семейств земноводных и 80 % семейств рептилий. Около 70 млн. лет назад полностью вымерли динозавры. Ряд специалистов считает, что причиной этому послужило изменение земного магнетизма.

Исчезновение магнитного поля Земли - редкий, но не единичный случай в ее истории, которого люди очень боятся, из-за катастрофических последствий для всего живого на планете. Хочется выделить, что смена полярности магнитного поля Земли происходит на очень длинных, но непредсказуемых интервалах, самый последний из которых был примерно 790000 лет назад. Тогда стрелка компаса указывала бы на юг, а не на север.

Исследования ученных, касающиеся вопроса магнитных инверсий в истории нашей планеты, опираются на изучения зерен 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. Ученные пришли к выводу, что горные породы способны сохранять память о магнитных эманациях (истечениях), сопровождающих любое событие в жизни планеты. Подобный элементарный, по существу, подход позволяет сделать очень важный для земной цивилизации вывод о последствиях ожидаемой инверсии геомагнитного поля. Исследования палеомагнитологов позволили проследить историю изменений поля Земли за 3,5 млрд лет и построить своеобразный 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.

Смена полюсов происходит, когда есть изменение в движении мантии под земной корой. Медленно перемещаясь вокруг железного ядра в центре планеты, она создает эффект динамо, который и образует магнитное поле. Интенсивность движений мантии замедляется на некоторое время перед сменой ритма, и тогда возникает новая полярность. Но этот процесс не молниеносный, как кажется. Он очень длительный и может занять от нескольких тысяч до 28000 лет. Анализ старых горных пород свидетельствует о таких интервалах, когда магнитного поля на Земле не было. Они содержат в себе остаточное магнитное эхо от магнитного поля, существовавшего в то время. В среднем, смена полюсов займет порядка 7000 лет. И эта смена полярности не охватит сразу всю планету. Сначала произойдет установка малых мини магнитных полей по всему экватору, а затем, с расширением движения мантии в высокие широты, возникнет и общее магнитное поле для всей планеты. Самый короткий интервал между сменой полярности был зафиксирован в 20000-30000 лет, а самый длинный - 50 миллионов лет. Известно, что электрический ток нагревает проводник, по которому течет. В данном случае движение космических заряженных частиц в магнитном поле Земли 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.

Однако жизнь на планете как существовала, так и существует по ныне, перенеся не одну смену полярности. Следовательно, гибель для всего живого эта катастрофа не принесет, но массовые вымирания животных и растений, а также людей будут обеспечены.

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.

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.

Библиографическая ссылка

Монастырский Л.М. К ЧЕМУ МОЖЕТ ПРИВЕСТИ СМЕНА ПОЛЯРНОСТИ МАГНИТНЫХ ПОЛЮСОВ ЗЕМЛИ? // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2016. – № 9-2. – С. 187-189;
URL: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=10215 (дата обращения: 14.12.2019). Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»

В 1930 году Мотонори Матсуяма (Motonori Matsuyama), японский математик и физик, начал изучать магнитные свойства горных пород. Он более внимательно рассмотрел причину того, что некоторые горные породы указывали на одно направление, в то время как другие – на другое. Матсуяма изучил магнитные аномалии и выдвинул идею, что они были результатом магнитной инверсии.

Когда геологи отобрали образцы из лавовых потоков на Гавайях и в других местах, они обнаружили, что некоторые образцы лавы содержат зерна с обратной полярностью. Это означает, что тысячи лет назад северный магнитный полюс был там, где сейчас находится южный магнитный полюс и наоборот.

Определение возраста лав возможно благодаря использованию метода, основанного на измерении 40К/40Аг. При использовании совместно метода радиометрического датирования и измерений полярности магнитного поля в слоях древних изверженных лав геологи оказались в состоянии зарегистрировать среднее между инверсиями магнитного поля. Они обнаружили, что в среднем магнитные полюса переворачиваются примерно каждые 200 тыс. лет. В масштабах геологического времени переворот произошел за одну ночь, но в действительности инверсии поля происходят постепенно в течение периода между 300 и 1000 лет.

Перескок магнитного поля начинается с инверсии некоторой области жидкого потока глубоко в ядре Земли. Поскольку эта область растет все больше и становится более полярной, противоположные потоки вызывают ее подъем и начинают влиять на магнитные потоки в земной коре и атмосфере. Когда это происходит, области внешнего магнитного поля начинают ослабевать. Нижние противотоки уравновешивают возбуждения выше.

Ослабленные участки в магнитном поле называются аномалиями. Магнитная аномалия может быть высокой или низкой, почти округлой, подобной хребтам, долинам, или овальной, если изучать магнитную топографическую карту. Диапазон значений магнитной интенсивности над магнитной аномалией или областью называется магнитным рельефом.

Южно-Атлантическая аномалия – один из этих ослабленных участков. В этой области магнитное поле слабее на 30% по сравнению с другими областями планеты, и эта область растет. Геологи, изучающие в последние 10 лет инверсии магнитного поля, наряду с анализом тысяч образцов лав и показаниями компаса из бортовых журналов офицеров британского военно-морского флота за прошедшие 300 лет, использовали суперкомпьютерные программы. В результате был получен превосходный метод прогноза магнитных инверсий.

Эти исследования выявили, что Земля надолго просрочила магнитную инверсию. Последняя значительная инверсия произошла свыше 700 тыс. лет назад. Зная это, геологи сейчас предполагают, что Южно-Атлантическая аномалия – это начало перескока магнитных полюсов. Если данная модель верна, то перескок произойдет не в течение нашей жизни, а когда-нибудь в следующие 1000 лет.

Магнитная полярность может быть незначительной или значительной. Воздействие магнитных инверсий на тектонику и окружающую среду неизвестны. Ученые только сейчас начали изучать последствия планетарных магнитных инверсий.

Периоды главным образом нормальной полярности, подобные тому, который мы имеем сегодня, или периоды главным образом обратной полярности называются магнитными эпохами, или хронами. Эпоха Матсуяма – важная магнитная инверсия около 0,5 – 2,5 млн лет назад – названа в честь Мотонори Матсуямы.

Поскольку лавы из многих магнитных эпох накапливаются друг на друге, они постепенно образуют слои с противоположной магнитной полярностью.

Магматические породы предоставляют геологам многие ключи к диким и сумасшедшим действиям древних и современных магм, когда они взрывались или медленно пробивали свой путь к поверхности Земли в разных магнитных полях.

За время существования Земли ее магнитное поле уже несколько раз меняло полярность. По одному из предположений, когда произойдет очередной переворот (крайний срок - 2021 год), он уничтожит большую часть планеты и ее населения, так как магнитное поле не сможет адекватно защищать Землю от увеличившейся в 2011-2012 гг. солнечной радиации, как это обычно происходит. В крайнем случае, магнитный переворот выведет из строя все компьютеры и другие приборы, учинив тем самым вселенский хаос.

Схема движения северного магнитного полюса в период с 1900 по 1996 год. Источником геомагнитного поля является внешнее ядро.

Во-первых, не стоит путать два понятия: инверсию магнитного поля и сдвиг полюсов, ведь инверсия есть полная замена местоположений южного и северного полюсов на противоположный, а сдвиг есть более масштабное событие, происходящее не более четырех раз в миллион лет. И то и другое событие на самом деле являются обычной геологической закономерностью, и как показывает анализ вековых отложений, ни к каким драматическим последствиям привести не могут. По поводу магнитной инверсии существует несколько научных точек зрения:

Магнитная инверсия происходит параллельно со сдвигом полюсов. Магнитное поле Земли возникает из-за электрических потоков, производимых движением жидкой внешней оболочки земного ядра. Вращательные движения внутреннего твердого ядра приводят к разрыву, а позже к возобновлению магнитного поля, что и является сущностью магнитной инверсии. Такие события ослабляют магнитное поле планеты, что и дает повод для возникновения теории о конце света в связи с пертурбациями магнитного поля. По оценкам различных экспертов, последний раз инверсия происходила 13 тысяч или 11 803 года назад. Одни специалисты и вправду считают, что инверсия способна пошатнуть стабильность жизни на Земле. Другие не видят в ней ничего сверхъестественного.

НАСА считает, что инверсия магнитного поля есть не что иное, как природный геологический феномен, повторявшийся несколько раз уже в нашей эре. Цикл инверсии составляет около 800 тысяч лет и не является ежеминутным и неожиданным. Когда событие завершается, стрелки компаса, указывающие ранее на юг, теперь начинают показывать северное направление, и наоборот. Для НАСА инверсия магнитного поля является скорее правилом, чем исключением.

Еще одна группа ученых полагает, что инверсии являются нормой, а не исключением. И возникают каждые 20-30 тысяч лет. Согласно их теории, магнитные полюса полностью не меняются, а лишь начинают двигаться туда-сюда, перемещаясь на непривычные широты.

Некоторые геологи уверены, что магнитные потоки Земли уже начали искривляться, создавая запутанные узоры на магнитных полюсах. Если этот процесс продолжится, то вскоре полярные сияния можно будет увидеть даже на экваторе. Это может спровоцировать сильные и длительные периоды засухи, что значительно изменит современный климат.

В другой теории говориться, что магнитные зоны находятся в непрерывном движении, и это через некоторое время должно нейтрализовать глобальное магнитное поле. Ее приверженцы объясняют причину появления магнитного поля у нашей планеты так же, как и первая приведенная здесь теория: вращением металлического расплавленного жидкого ядра вокруг твердого железного ядра и возникающим при этом электрическим током.

Другая теория обозначает геомагнитное аннулирование, затрагиваемое от солнечной деятельности, создавая глобальное разрушение. Согласно этой теории, Земля будет напрочь лишена магнитного поля, а значит, и защиты от вредного солнечного излучения и выбросов коронарного вещества. Анализ материалов прошлого не выявил фактов, подтверждающих, что магнитное поле когда-либо исчезало. Хотя в будущем оно вполне может быть ослаблено, а это не должно вызвать особых проблем и атмосфера планеты продолжит выполнять свои защитные функции, оберегая нас от радиации.

То, что вязкая оболочка ядра движется, показывают перемещения магнитных полюсов Земли. Северный магнитный полюс уходит дальше на север, и с 19 века, когда его впервые обозначили, он успел сместиться на целую 1 100 км. Со временем скорость его перемещения только растет и составляет около 64 км в год. В начале 20 века эта скорость составляла всего 16 км. Пока ученые не могут создать полную картину того, какие воздействия могут иметь подобные сдвиги.

Несмотря на то, что условия, при которых полюса начинают двигаться, ученым точно предугадать пока не удается, в древних отложениях не найдено ни одного подтверждения тому, что предыдущие смены полюсов привели к уничтожению всех форм жизни или целостности самой планеты. Вряд ли это произойдет и во время ожидаемой новой инверсии. Она лишь может принести существенную пользу предприятиям, занимающимся выпуском компасов.