Геомагнитное поле и жизнь - Дубров А.П.
Скачать (прямая ссылка):
I. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ГЕОМАГНИТНОМ ПОЛЕ
Существование магнитного поля Земли было известно еще в глубокой древности. Необычные свойства магнита способствовали появлению легенд и поверий о сверхъестественной силе его. В равной мере это относится к магнитному полю Земли.
Передовые ученые своего времени пытались осмыслить истинные физические причины, порождающие магнетизм — это исключительное явление в природе. В 1600 г. английский ученый В. Гильберт в книге «О магните, магнитных телах и о большом магните — Земле» высказал предположение, что Земля представляет собой однородно намагниченный шар с двумя магнитными полюсами, причина магнетизма которого скрыта внутри щара.
Однако уже в 1769 г. М. В. Ломоносов предположил в своем исследовании «Рассуждения о большей точности морского пути», что земной шар состоит из различно намагниченных тел и, следовательно, намагничен неоднородно.
Впервые аналитическое выражение для магнитного поля Земли было получено учеными И. М. Симоновым в 1835 г. и К. Гауссом в 1838 г.
Вслед за физиками свой взгляд на роль и значение ГМП высказали биологи и врачи, естествоиспытатели, которые живо интересовались открытиями физики [109, 110]. Накоплено уже достаточно большое число данных, свидетельствующих о том, что ГМП весьма существенно воздействует на процессы, протекающие в верхней и ниж-аей атмосфере, на земные ландшафтные зоны, оказывает злияние на климат и атмосферную циркуляцию [81].
Но особое значение ГМП имеет для живых организмов, заселяющих Землю. Прежде чем рассматривать этот важ-аейший вопрос, кратко познакомимся с самим ГМП, его 1роисхождением, структурой, некоторыми особенностями проявления [173, 229, 359].
Это поможет лучше понять особенности циклических изменений в биосфере, их характер, сезонные и широтные зависимости, а также связь биологических ритмов с вариациями ГМП.
И
ЭЛЕМЕНТЫ ГЕОМАГНИТНОГО ПОЛЯ
Давно экспериментально установлено, что земной шар обладает магнитным полем. Наибольшая напряженность постоянного магнитного поля (модуль полного вектора) на поверхности Земли достигает 0,7Э (эрстеда). Магнитный момент Земли"' составляет громадную величину, 8,1 • 1025 CGSM. Если считать, что этот момент сосредоточен в магните, расположенном на расстоянии примерно 400 км от центра Земли, то направление оси намагничения
этого магнита составит угол 11,5° с осью вращения Земли. Создаваемое им поле называют дипольным.
Магнитное поле Земли (как векторное поле) характеризуется вектором напряженности (Нт), который в направлении магнитного меридиана можно разложить на две составляющие: горизонтальную Н, действующую в горизонтальной плоскости, и вертикальную Z, перпендикулярную к Н. Горизонтальную составляющую в свою очередь можно разложить на силу, направленную вдоль географического меридиана, так называемую северную составляющую X, и силу, перпендикулярную к меридиану,— восточную составляющую У. Стрелка компаса в каждой точке Земли направлена вдоль магнитного меридиана, т. е. вдоль условной плоскости земной поверхности, совпадающей с направлением ГМП.
Полный вектор магнитного поля Земли наряду с изменением абсолютной величины претерпевает изменения в пространстве. Положение вектора в пространстве может быть характеризовано двумя угловЫМи величинами — склонением и наклонением. Магнитное склонение D является углом в горизонтальной плоскости, т. е. углом между географическим меридианом (линия север.— юг) и магнитным меридианом данного места на Земле. Магнитное наклонение 1 — угол между горизонтальной плоскостью
Рис. 1. Элементы земного магнетизма.
и направлением напряженности полного вектора ГМП (рис. 1).
Полный вектор ГМП и его элементы связаны между собой следующими соотношениями:
T = VW+Z\ tg/=-!-, tgD=-t,
T = Я sec/, H =yx2 + Y7-, X= H cos D, Y=HsinD.
Полный вектор и его вертикальная и горизонтальная составляющие измеряются в эрстедах и гаммах (1Э = = 105 гамм), склонение и наклонение — в угловых градусах и минутах. В течение магнитоспокойных и магнитовозмущенных дней элементы магнитного поля претерпевают различные изменения.
ПОСТОЯННОЕ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ
Геомагнитное поле различно по своей структуре и динамическим свойствам.
С одной стороны, ГМП можно подразделить по степени изменяемости, по характеру динамики на постоянное (основное) п переменное поле. Постоянным называется такое магнитное поле, которое освобождено от всех типов вариаций с периодом до года. Правда, и в этом случае оно не остается строго постоянным, так как подвержено вековым колебаниям. Во всяком случае, период изменения постоянного магнитного поля Земли очень большой и составляет многие сотни лет.
Переменное магнитное поле Земли представляет собой изменения поля с различными периодами внутри года (от долей секунды до месяцев).
С другой стороны, если рассматривать структуру или причины, лежащие в основе возникновения ГМП, то ГМП можно подразделить на поле однородного намагничения, материковое поле, аномальное, внешнее и поле вариаций.
