Магнитное поле Земли

Человек не видит и не слышит магнитное поле Земли, но это невидимое силовое поле окружает нашу планету петлями, которые простираются в космос на десятки тысяч километров. Если мы его не замечаем, то это не значит, что наше тело его не чувствует. Просто мы настолько привыкли к магнитному полю Земли, что принимаем его как должное.

А вот животные активно используют свойства магнитного поля. Птицы, летучие мыши, пчелы, рыбы (например, лосось), морские черепахи и многие другие существа с его помощью ориентируются в пространстве.

ГЛУБИННОЕ ПРОИСХОЖДЕНИЕ

Магнитное поле Земли генерируется массами жидкого железа и никеля, которые вращаются по кругу. Ядро нагревается примерно до 5000 °С теплом, сохранившимся со времен формирования Земли, и теплом от распада радиоактивных элементов. Несмотря на высокие температуры, сочетание медленного охлаждения и сильного давления сверху привело к тому, что центральные области ядра затвердели, а вокруг них кружатся в водовороте жидкие массы.

Именно жидкий слой генерирует магнитное поле. Вращение Земли и конвективные течения создают в нем сильные круговые электрические токи, примерно параллельные экватору Земли. Явление, известное как динамо-эффект, удерживает под прямым углом к ним магнитное поле, а также магнитные полюса на поверхности недалеко от мест пересечения ее осью вращения Земли.

Поскольку поле создается динамическими процессами, оно очень нестабильно и колеблется в направлении вращения, приводя к смещению полюсов ежегодно на десятки километров. Морякам, использующим для навигации магнитные компасы, приходится учитывать, что их приборы указывают на местность не в Канаде, как раньше, а в Северном Ледовитом океане, причем все ближе к территории России.

ШИРОКИЙ ОХВАТ

От источника в центре Земли магнитное поле простирается на огромное расстояние. Часто его представляют в виде силовых линий, которые можно определить по силе и направлению поля в разных местах. Силовые линии выходят из магнитных полюсов, между которыми они образуют петли, относительно параллельные поверхности Земли.

Одна из главных «функций» этой системы – защита нашей планеты от космического излучения. Земля находится на пути солнечного ветра – потока электрически заряженных частиц, исходящих от Солнца во всех направлениях. Если бы эти частицы проникли в атмосферу Земли, они повредили бы живые клетки. К счастью, они электрически заряжены, поэтому отталкиваются при встрече с магнитным полем и меняют направление движения, пролетая вдоль силовых линий, параллельных земной поверхности.

РАДИАЦИОННЫЕ ПОЯСА

Высокоэнергичные частицы могут попадать в огромные тороидальные зоны между силовыми линиями магнитного поля Земли. Два огромных тора, окружающих ее, называют радиационными поясами Ван Аллена в честь ученого-новатора в области космонавтики Джеймса Ван Аллена. Внутренний пояс пролегает примерно на высоте одного радиуса Земли (6378 км), а внешний – приблизительно в пяти радиусах. В этих зонах заряженные частицы накапливаются и удерживаются магнитным полем, а вырвавшиеся заменяются другими.

МАГНИТНАЯ ФОРМА

Есть и другие аспекты взаимодействия магнитного поля Земли и солнечного ветра. Ветер несет следы магнитного поля Солнца, которые влияют на форму магнитосферы Земли, сжимая ее со стороны Солнца и вытягивая в длинный магнитный хвост с противоположной. В зависимости от силы ветра на разных этапах солнечного цикла размер магнитосферы Земли и положение таких областей, как пояса Ван Аллена, могут сильно меняться.

Самый впечатляющий эффект этих явлений в околоземном пространстве – северное и южное полярные сияния. Часто авроральные явления вызваны сложным взаимодействием между солнечным магнитным полем и земной магнитосферой, связанным с активностью на Солнце за несколько дней до этого. Поскольку приближающиеся частицы сталкиваются с атомами и молекулами разреженного газа в верхних слоях атмосферы, они излучают энергию характерных цветов: атомы кислорода обычно красные и зеленые, а молекулы азота – розовые и фиолетовые.

ИНВЕРСИЯ ПОЛЯ

Поскольку металлы в ядре Земли движутся по кругу с непостоянной скоростью, сила магнитного поля также варьируется. Направление вращения ядра может меняться на противоположное, что вызывает инверсию магнитных полюсов, то есть северный и южный магнитные полюса Земли меняются местами на некоторое время, возможно, на несколько тысяч лет.

Магнитограмма океанического дна Земли позволяет восстановить древнюю историю инверсий магнитных полюсов за период более десятков миллионов лет. Однако в них не прослеживается четкая закономерность: иногда всего за несколько миллионов лет происходило множество полных изменений полюсов, а другие периоды характеризовались длительной стабильностью. Ученые не знают, что является причиной такой непоследовательности. Это естественный результат хаотичного движения течений в ядре или ее вызывают другие причины, возможно, движение литосферных плит либо сильные удары из космоса?

Некоторые ученые считают, что очередная инверсия магнитных полюсов неизбежна, но доказательств у этой гипотезы мало. Действительно, за последние полтора века сила магнитного поля снизилась на 10 %, но это значение – в пределах нормы и не является безусловным признаком скорых глобальных изменений.

ПЕРЕЖИТЬ ИЗМЕНЕНИЯ

Даже если произойдет инверсия полюсов, причин предсказывать апокалипсис очень мало. Жизнь на Земле (в том числе и наши прямые предки) переживала такие события. Значит, в эти периоды магнитное поле не исчезает полностью и поверхность не подвергается опасным космическим излучениям.

Именно динамическое происхождение магнитного поля Земли делает его сильным. Другие внутренние планеты Солнечной системы обладают более слабыми полями или вовсе не имеют таковых. В большинстве случаев это объясняется тем, что их ядро отвердело, ослабив магнитное поле. В отдаленном будущем магнитное поле Земли также может значительно ослабнуть.