Краткие сведения из теории

Земля представляет собой огромный магнит, полюса которого лежат вблизи географических полюсов: вблизи северного географического полюса расположен южный магнитный полюс S_М, а вблизи южного географического – северный магнитный полюс N_М.

До настоящего времени нет законченной теории, объясняющей происхождение магнитного поля Земли и его особенностей. По последним гипотезам, поле Земли связано с токами, циркулирующими по поверхности ядра Земли, и, отчасти, намагниченностью горных пород и токами в радиационных поясах.

Магнитное поле Земли проявляется нагляднее всего своим действием на магнитную стрелку: свободно подвешенная магнитная стрелка устанавливается в каждой точке земного шара в определенном положении (на этом основано действие компаса). Магнитное поле Земли намагничивает находящееся в нем железо, индуцирует в движущихся проводниках электрические токи и обладает всеми другими свойствами магнитного поля.

Существование земного магнетизма и свойства магнитной стрелки были известны издавна. В китайских летописях указывается, что для определения направления на север в 10 – 11 веках до нашей эры пользовались магнитными стрелками. По свидетельству греческих и римских историков, уже в седьмом веке до нашей эры знали о том, что некоторые камни притягивают к себе железо. Первые упоминания о применении магнитной стрелки европейскими мореплавателями относятся к 12 веку.

Магнитное поле Земли слагается из двух частей, различных по происхождению:

1) Постоянное (или точнее “устойчивое”) поле порядка 0,5 эрстеда (1 эрстед = ∙ 10³ А/м). Оно различно в разных точках земной поверхности и подвержено медленным (“вековым”) изменениям. Существование его обусловлено магнетизмом самого земного шара.

2) Переменное поле (или магнитные вариации) не превышает, как правило, по величине 1% постоянного поля; оно вызывается электрическими токами, текущими в верхних слоях земной атмосферы (ионосферы) или даже за её пределами.

Магнитные вариации бывают двух типов: медленные и быстрые колебания различной формы и амплитуды – магнитные возмущения или магнитные бури, которые тесно связаны с солнечной деятельностью.

В настоящее время общепринятой является корпускулярная теория магнитных бурь, согласно которой возмущения магнитного поля ионосферы и полярные сияния вызываются проникновением в атмосферу Земли летящих от Солнца заряженных частиц (корпускул). Частицы излучаются активными областями солнечной поверхности в виде узких, радиально направленных пучков.

Скорость корпускул порядка 1000 ¸ 3000 км/ч. Поток состоит из частиц обоих знаков и в целом нейтрален. Корпускулярная теория хорошо объясняет ряд свойств магнитных возмущений: географическое распределение, тенденцию магнитных бурь повторяться через 27 дней (период вращения Солнца), годовой и 11-летний ход магнитной активности, связь магнитных бурь с солнечными пятнами и т.д.

В некоторых районах земного шара наблюдаются отклонения от так называемых нормальных значений элементов земного магнетизма. Эти отклонения называются магнитными аномалиями. Они могут охватывать как значительные части земной поверхности, так и сравнительно небольшие области (локальные аномалии) от нескольких десятков тысяч квадратных километров до нескольких квадратных метров. Наиболее интенсивные магнитные аномалии связаны с залежами железных магнетитовых руд и других пород, обогащенных магнетитом.

Магнитное поле Земли в первом приближении совпадает с магнитным полем диполя “ab” (прямого магнита с некоторым магнитным моментом P_m), помещенного в центре Земли (рисунок 1).

Вектор напряженности магнитного поля Земли на экваторе направлен горизонтально (точка В), а на магнитных полюсах – вертикально (точки – А₁ и А₂).

В остальных точках земной поверхности вектор напряженности магнитного поля Земли направлен под некоторым углом к горизонтальной плоскости (точка C).

Величину проекции вектора напряженности магнитного поля Земли на горизонтальную плоскость называют горизонтальной составляющей магнитного поля Земли Н_Г. Направление этой составляющей принимается за направление магнитного меридиана, а вертикальная плоскость, проходящая через него, называется плоскостью магнитного меридиана. Угол между направлением вектора напряженности магнитного поля Земли и горизонтальной плоскостью называется углом наклонения (угол a на рисунке 1 и 2). Угол между географическим и магнитным меридианом называется углом склонения (угол b на рисунке 1).

Рисунок 1 – Магнитное поле Земли

 

 

Рисунок 2 – Напряженность поля Земли в произвольной точке