Рассказы об электричестве - [15]
В 1963–1968 годах магнитологи А. Кокс, Р. Доэлл и Г. Далримпл опубликовали серию работ. В них они сопоставили намагниченность 240 образцов, взятых из различных районов земного шара, возраст которых был точно определен. Результаты их исследований оказались поразительными. Получалось, что за истекшие последние четыре с половиной миллиона лет жизни нашей Земли (срок весьма скромный), планета четырежды (!) меняла полярность своего магнитного поля на противоположную. Недопустимое легкомыслие для солидного космического тела… Может быть, в исследования ученых вкралась ошибка? Ведь изменения геомагнитного поля не могут пройти бесследно для жизни всей планеты. Слишком многое оказывается с ним связано…
Потрясающее открытие было подтверждено и работами специально оборудованного судна «Гломар Челленджер», пробурившего в океанском дне множество скважин и добывшего из них колонки керна. В них тоже были обнаружены слои с нормальной и обратной намагниченностью. При этом обращение полярности происходило не скачками, в результате какого-то катаклизма, а постепенно. В течение нескольких тысячелетий геомагнитное поле убывало, а потом снова нарастало, но уже с противоположным знаком. Такие периоды бывали в истории Земли и в более древние времена. А как сейчас?
Приближенно мы и сегодня можем рассматривать геомагнитное поле, как и во времена Гильберта, в виде поля небольшого линейного магнита («магнитной палочки»), спрятанного в центре Земли. Магнит этот наклонен примерно на 11° относительно оси вращения планеты. Само же поле как бы состоит из двух частей: большей — от «магнитной палочки» и меньшей, зависящей, возможно, от намагниченности горных пород. Измерения за последние сто пятьдесят лет показывают, что большая часть геомагнитного поля — дипольная — убывает. И довольно быстро — примерно на 5 % за столетие. Экстраполируя результаты, можно прийти к выводу, что через 2000 лет магнитное поле нашей планеты снова «опрокинется». Выходит, мы живем в эпоху обращения полярности…
А ведь это оно, магнитное поле Земли, отклоняет в полярные области потоки заряженных частиц, которые выбрасывает из своих недр Солнце. Оно же образует радиационные пояса вокруг планеты, знание свойств которых так важно для обеспечения безопасности космонавтов. Магнитное поле участвует в работе космической и наземной радиосвязи, радионавигации. Наконец, между состоянием магнитного поля Земли и климатом, как утверждают некоторые ученые, существует весьма существенная зависимость.
Что же произойдет, когда оно уменьшится до минимума, а затем станет даже обратного знака?..
Нет, человеку далеко не безразлично состояние и эволюция всей магнитосферы Земли. Весьма насущные проблемы требуют от геофизиков детального знания как количественных характеристик магнитного поля Земли, так и тенденций его изменения. И здесь предстоит еще большая работа.
Ну, а почему же все-таки Земля — магнит? Ведь именно так мы поставили вопрос в заголовке раздела. Вопрос не легкий. Сегодня наиболее правдоподобным ответом на него может быть, пожалуй, одна из последних гипотез. Я имею в виду гипотезу о динамомеханизме в жидком земном ядре.
По современным представлениям Земля — довольно сложная система. Это вращающийся толстостенный шар, стенки которого состоят из вещества мантии, а внутренняя полость заполнена хорошо проводящей электрический ток жидкостью, в самом центре которой плавает твердое ядро.
При вращении планеты внешний слой ее жидкого пласта может несколько отставать от вращения коры и мантии, порождая внутри проводящей жидкости течения…
А теперь закройте на минутку глаза и представьте себе: в слабом магнитном поле, созданном геомагнитными материалами, вращается замкнутый контур из хорошего проводника… Да ведь это не что иное, как генератор — динамо. Отставая от общего вращения, проводящий слой пересекает силовые магнитные линии слабого изначального магнитного поля, и в нем возбуждается электрический ток. Но этот электрический ток обладает собственным магнитным полем, которое складывается с начальным и усиливает его. Большее магнитное поле порождает и более сильный электрический ток… Получается обычный генератор с самовозбуждением.
Самое интересное, что эта гипотеза позволяет объяснить и периодическую смену полярности геомагнитного поля. Для этого электромагнитные процессы в земном ядре нужно смоделировать и представить в виде работы двух взаимодействующих дисковых динамо, в которых ток одного подпитывает магнитное поле другого и наоборот.
Основания для такой аналогии есть; уравнения, описывающие механизм движения в жидком слое земного ядра, схожи с уравнениями для цепочек взаимодействующих динамо.
Магнитное поле такой системы периодически меняет свою полярность. Так что с математической точки зрения способность геомагнитного поля к «самоопрокидыванию» перестает быть загадочной. Вот только узнать бы точно, как устроено ядро Земли…
Вы упрекнете в том, что мы слишком отклонились от выбранного маршрута путешествия в прошлое и невольно перешли к понятиям современности? Но ведь и мы живем не в XVII веке и вооружены знаниями своего времени. Задача автора, рассказывающего об истории науки, восстановить картину прошедших эпох, чтобы стал понятнее главный вопрос — как дошли люди до появления тех чудес, что нас окружают сегодня.
