Природа. Дрейф магнитного полюса

Ученые давно привыкли к тому, что в мире нет ничего сколько-нибудь стабильного. Оказалось, что магнитное поле планеты тоже претерпевает со временем определенные изменения. Несмотря на то, что магнитное поле невозможно почувствовать, оно существенно влияет на частицы вещества, имеющие электрический заряд.

На протяжении многих миллионов лет на дно доисторических водоемов оседали частицы ила. В этот хаотический процесс вмешивалась сила земного магнетизма, которая упорядочивала взаимное расположение частиц.

Магнитные полюса не совпадают с географическими, об этом географы и путешественники узнали со времени исторического плавания X. Колумба. Расстояние между полюсами измеряется как угол между географическим и магнитным меридианами и носит название магнитного склонения. Учитывать магнитное склонение необходимо в навигации.

Впоследствии древний ил окаменел, образовав толщи осадочных горных пород. Микроскопическая структура каждой из таких пород несет в себе признаки того же порядка, что и окаменелые следы магнитного поля.

По характеру следов можно вычислить интенсивность поля, что имеет большое значение для науки, поскольку дает представление об изменении физических процессов на нашей планете. Палеомагнетизм нередко используется для определения абсолютного, то есть точного, выраженного в конкретных числах, возраста горных пород.

Однако ученые не ожидали, что, проводя все эти изыскания, они столкнутся с загадкой ничуть не менее сложной, чем загадка самой природы магнетизма. Все началось с того, что геологи попробовали восстановить расположение силовых линий магнитного поля по ориентации частиц, слагающих осадочные горные породы. Сразу же выяснилось, что направление магнитных меридианов в прошлом не совпадает с современным. Первоначально этот парадокс объясняли тем, что материки Земли постоянно смещаются, то есть в прошлом они имели совершенно другое расположение. Но поздние палеомагнитные реконструкции, проведенные с учетом дрейфа континентов, показали, что направленность силовых линий магнитного поля много миллионов лет назад резко отличалась от современной. А это означает, что Северный и Южный магнитные полюса располагались не там, где они находятся теперь.

Главной частью магнитосферы Земли является ядро. За счет него образуется магнитное поле, тормозящее поток солнечного излучения. В результате в околоземном пространстве возникают радиационные пояса.

Французский ученый-палеомагнитолог Э. Телье, опираясь на геологические данные, восстановил направление магнитных меридианов и предположил, как могли располагаться полюса в различные эпохи истории нашей планеты.

Научному миру открылась фантастическая картина: наряду со смещением материков происходит еще и смещение полюсов магнитного поля. Поскольку основная суша планеты, где активно происходило осадконакопление (а значит точнее велась «каменная летопись»), всегда была сосредоточена в Северном полушарии, то и перемещения Северного магнитного полюса удалось проследить с наибольшей точностью. О движениях Южного полюса магнитного поля Земли известно относительно немного.

Телье установил, что примерно 2 млрд лет тому назад, когда на планете обитали только бактерии и очень примитивные одноклеточные водоросли, Северный магнитный полюс располагался в центральной части Северной Америки (ископаемая суша Лаврентия), примерно в том месте, где ныне находится штат Колорадо. Отсюда спустя 500 млн лет полюс передвинулся в океан Панталассу, соответствующий современному Тихому океану. Около 1 млрд лет назад полюс занял положение строго посреди океана, но его движение продолжалось.

Около 250 млн лет назад все континенты планеты объединились, сформировав единый суперматерик — Пангею («всеобщую землю»). В дальнейшем стал происходить раскол этого материка. И лишь только 180—200 млн лет назад между Новым и Старым Светом возник молодой Атлантический океан. Стало быть, полюс путешествовал над совсем другим миром, чем тот, к которому мы привыкли.

Примерно 300 млн лет назад полюс достиг берегов огромных островов, слагавших тогда Азию. Он находился на месте нынешних Японских островов, которые возникли только спустя 250 млн лет. В середине эры динозавров, 180 млн лет тому назад, полюс покинул острова Китайского архипелага и ушел в континентальную Азию, в район современного Дальнего Востока. Азиатских берегов Ледовитого океана полюс достиг как раз к моменту его рождения, примерно 50—60 млн лет назад. За это геологически короткое время полюс успел пересечь Ледовитый океан и приблизиться к Северной Америке, завершая свое великое путешествие.

Так выглядит карта путешествия, проделанного Северным магнитным полюсом. Спустя 100 млн лет он вернется в исходную точку.

Ученым пока неизвестны физические механизмы, вызвавшие смещение полюсов. Нельзя полностью исключать влияние на Землю космических процессов, тем более что наша планета словно оплетена паутиной силовых линий магнитного поля Солнечной системы. Генераторами этого единого поля считаются планеты-гиганты (в первую очередь Юпитер) и, естественно, Солнце, обладающее мощной магнитосферой. По совокупности их воздействия они вполне могут вызвать медленное передвижение магнитных полюсов в высоких широтах планеты.

Другая не менее обоснованная догадка ученых о причинах перемещения полюсов сводится к физике глубинных слоев Земли, преимущественно ядра. В представлении современных геофизиков, ядро — это динамо-машина, которая генерирует электромагнитное поле планеты, участвует в создании магнитосферы вокруг Земли и выступит в роли основного элемента земного магнетизма. Ядро, как известно, подразделяется на внутреннее и внешнее, и такое подразделение нельзя назвать условным. Будучи твердым и плотным, внутреннее ядро (субъядро) существенно отличается от внешнего (жидкого).

Жидкость внешнего ядра обтекает вокруг внутреннего твердотельного железоникелевого ядра, вызывая мощные токи, что и приводит к возникновению электромагнитного поля. По всей видимости, течение жидкости происходит неравномерно, в сплошной ее массе имеются струйные течения или уплотнения. Неоднородность вязкой жидкости внешнего ядра обусловливает постоянное изменение направления силовых линий магнитного поля.

Оба полюса в прошлом нередко менялись знаками. Подобные перестановки палеомагнитологи называют инверсиями. Каменная летопись Земли сохранила следы нескольких инверсий за последние 5 млн лет.

Есть и еще один вариант этой гипотезы, согласно которому нормальное течение жидкости в зоне внешнего ядра не может привести к дрейфу полюсов. Однако процесс этого течения нарушен из-за неравномерного вращения Земли, давно замеченного астрономами. В прошлом, возможно, наклон земной оси менялся не единожды. Естественно, такое неравновесие приводило к нарушению работы динамо-машины наших недр, и магнитные полюса не смогли закрепиться на одном месте. Подобные же нарушения могут вызываться и гравитацией Луны.

На ритмы активности Солнца влияют магнитные поля других звезд, в особенности Сириуса. Солнце через непрерывный поток радиации воздействует на земную магнитосферу, вызывая магнитные бури, полярные сияния и другие явления.

Последняя гипотеза весьма популярна, так как Луна действительно тесно связана через силу тяжести с недрами нашей планеты. Она даже реагирует на земные землетрясения. Кроме того, замечено, что у планет, лишенных массивных спутников (у Меркурия, Венеры, Марса), ничтожно слабое магнитное поле. Земля, гигант Юпитер и прочие планеты, обладающие большими спутниками, имеют мощную магнитосферу. Это может означать, что крупные, массивные спутники своей гравитацией способны оказывать влияние на динамо-машину планетарного ядра, усиливая ее работу.