Биогенный магнетит и магниторецепция. Новое о биомагнетизме. Том 1 - Киршвинк Дж.
ISBN 5-03-001274-5
Скачать (прямая ссылка):
Теперь получает ясное обоснование ранее высказанное положение о том, что геомагнитное поле с достаточно хорошим приближением можно описать как поле наклоненного геоцентрического диполя. Ось геоцентрического диполя (называемая геомагнитной осью), описывающего с наилучшим приближением МЭГП эпохи 1965, пересекает земную поверхность в антиподальных точках 78,6° с. ш., 69,8° з.д. и 78,6° ю. ш., 110,2° в. д., которые известны как северный и южный геомагнитный полюса соответственно. Геомагнитные полюса не следует путать с северным и южным магнитными полюсами. Первые не являются физической реальностью, тогда как положение последних можно установить с помощью магнитного компаса.
Для теоретических целей геомагнитная ось используется при определении системы геомагнитных широт и долгот. Большой круг, перпендикулярный геомагнитной оси, называется геомагнитным экватором, т. е. линией нулевого наклонения главного дипольного поля. На рис. 3.14 показаны различия между геомагнитной, магнитной и географической системами координат.
Если главное дипольное поле вычесть из наблюденного глобального поля, то остаточное поле будет соответствовать недипольному полю. Карты недипольного поля строятся по коэффициентам Гаусса, для которых п 2. На рис. 3.15 представлена карта распределения вертикальной компоненты недипольного поля для эпохи 1965. Из нее видно, что недипольное поле не является совершенно хаотическим, а состоит из нескольких аномалий, размеры которых сравнимы с размерами континентов. Как и можно было ожидать, недипольное поле изменяется со временем. Одним из наиболее интересных изменений такого рода является видимая тенденция недипольного поля дрейфовать на запад со скоростью порядка 0,2°/год (см., например, Skiles, 1970).
2.3. Происхождение поля
Исследователь, занимающийся проблемами биомагнетизма, не обязан детально разбираться в магнитогидродинамических процессах, которые, как полагают, определяют существование геомагнитного поля. Однако
общее представление о происхождении поля иметь необходимо, и особенно для того, чтобы можно было оценить эволюционное значение геомагнитных явлений.
Как мы уже видели, результаты математического анализа однозначно свидетельствуют о том, что большая часть геомагнитного поля обусловлена источниками, расположенными внутри Земли. В настоящее время считается, что источники главного поля локализуются в жидком железном ядре Земли. Поэтому прежде всего подумаем, насколько правдоподобна такая локализация. Я употребляю слово «правдоподобна» потому, что внутренние области Земли ниже глубины порядка нескольких километров недоступны для непосредственных наблюдений. Все наши представления об этих областях исходят из математических моделей и соображений совместимости, которые в свою очередь опираются лишь на результаты измерений на поверхности.
Заметив, что магнитное поле Земли сходно с полем однородно намагниченной сферы, Гильберт (Gilbert, 1600) заявил: «Земля сама по себе является огромным магнитом». Однако, несмотря на всю красоту этого смелого утверждения, оно в дальнейшем было признано слишком упрощенным и претерпело изменения. Чтобы могло образоваться главное дипольное поле, вся Земля должна быть однородно намагничена и иметь интенсивность намагничивания около 0,075 Гс (Jacobs, 1963). Однако ниже глубин порядка 25 км температура внутри Земли превышает лабораторную температуру (точку Кюри), при которой железо сохраняет остаточную намагниченность. Поэтому любой намагниченный материал должен находиться в пределах верхних 25 км. Но если вопреки всем теоретическим и экспериментальным представлениям физики высоких давлений во внутренних частях Земли давление распределено таким образом, что оказывается возможным возникновение некой формы вещества, намагниченной при высоких температурах, то намагниченные породы могут встречаться и глубже 25 км. В этом случае для создания геомагнитного поля необходима постоянная намагниченность, превышающая 6 Гс. Обе эти величины намагниченности значительно больше тех значений, которыми обычно характеризуются породы земной коры. В редких случаях интенсивность намагничивания железной руды превышает 1 Гс, тогда как обычно она составляет около 0,03 Гс. Кроме того, нерудные породы, слагающие основную часть земной коры, характеризуются средней намагниченностью менее 100 нТл (Hahn, 1971).
Вторым доводом против существования постоянно намагниченного источника поля является тот факт, что этот источник не может объяснить вековые вариации. Так, например, скорость западного дрейфа порядка 0,2°/год для недипольного поля соответствует коровым скоростям более 20 км/год, что на несколько порядков больше величины, полученной в результате анализа спрединга океанического дна и дрейфа континентов и составляющей около 2-5 см/год.
В настоящее время существует целый ряд гипотез о происхождении
геомагнитного поля. В качестве возможных механизмов рассматриваются электромагнитная индукция, наводимая в проводящей Земле магнитными бурями, термоэлектрические токи, возникающие из-за наличия внутри Земли химических и тепловых неоднородностей, и собственный магнитный момент, обусловленный вращением массивного тела. Единственной гипотезой, выдержавшей как теоретическую, так и экспериментальную проверки, оказалась гипотеза «геодинамо», основная предпосылка которой состоит в том, что глубинные части Земли представляют собой электропроводящую жидкость. Вывод о существовании жидкого ядра радиусом около 3500 км сделан исходя из того факта, что ниже глубины примерно 2900 км скорость сейсмических /’-волн (или продольных волн) резко уменьшается на 40%, а S'-волны (или поперечные) перестают распространяться. Предположение о высокой плотности, которой должно обладать земное ядро для того, чтобы получила объяснение масса Земли, в совокупности с геохимическими соображениями указывает на то, что ядро состоит главным образом из железа и, следовательно, является хорошим проводником электричества.
