1. Леонтьев Владислав, 8 Э класс
Магнитное поле Земли
Магнитное поле Земли или геомагнитное поле — магнитное поле, генерируемое
внутриземными источниками. На небольшом удалении от поверхности Земли, порядка
трѐх еѐ радиусов, магнитные силовые линии имеют диполеподобное расположение. Эта
область называется плазмосферой Земли. По мере удаления от поверхности Земли
усиливается воздействие солнечного ветра: со стороны Солнца геомагнитное поле
сжимается, а с противоположной, ночной стороны, оно вытягивается в длинный «хвост».
История исследований
О способности намагниченных предметов располагаться в определѐнном направлении
было известно ещѐ китайцам несколько тысячелетий назад. В 1544 году немецкий учѐный
Георг Картман открыл магнитное наклонение. Магнитным наклонением называют угол,
на который стрелка под действием магнитного поля Земли отклоняется от горизонтальной
плоскости вниз или вверх. В полушарии севернее магнитного экватора (который не
совпадает с географическим экватором) северный конец стрелки отклоняется вниз, в
южном — наоборот. На самом магнитном экваторе линии магнитного поля параллельны
поверхности Земли. Впервые предположение о наличии магнитного поля Земли, которое и
вызывает такое поведение намагниченных предметов, высказал английский врач и
натурфилософ Уильям Гильберт в 1600 году в своей книге «О магните», в которой описал
опыт с шаром из магнитной руды и маленькой железной стрелкой. Гильберт пришел к
заключению, что Земля представляет собой большой магнит. Наблюдения английского
астронома Генри Геллибранда показали, что геомагнитное поле не постоянно, а медленно
изменяется. У Хосе де Акосты в его Истории впервые появилась теория о четырѐх линиях
без магнитного склонения (он описал использование компаса, угол отклонения, различия
между Магнитным и Северным полюсом; хотя отклонения были известны ещѐ в XV веке,
он описал колебание отклонений от одной точки до другой; он идентифицировал места с
нулевым отклонением: например, на Азорских островах). Угол, на который отклоняется
магнитная стрелка от направления север — юг, называют магнитным склонением.
Христофор Колумб открыл, что магнитное склонение не остается постоянным, а
претерпевает изменения с изменением географических координат. Открытие Колумба
послужило толчком к новому изучению магнитного поля Земли: сведения о нѐм были
нужны мореплавателям. Русский ученый М. В. Ломоносов в 1759 г. в докладе
«Рассуждение о большой точности морского пути» дал ценные советы, позволяющие
увеличить точность показаний компаса. Для изучения земного магнетизма
М. В. Ломоносов рекомендовал организовать сеть постоянных пунктов (обсерваторий), в
которых производить систематические магнитные наблюдения; такие наблюдения
необходимо широко проводить и на море. Мысль Ломоносова об организации магнитных
обсерваторий была осуществлена лишь спустя 60 лет в России. В 1831 г. английским
полярным исследователем Джоном Россом в Канадском архипелаге был открыт
магнитный полюс — область, где магнитная стрелка занимает вертикальное положение,
то есть наклонение равно 90°. В 1841 г. Джеймс Росс (племянник Джона Росса) достиг
другого магнитного полюса Земли, находящегося в Антарктиде. Карл Гаусс выдвинул
теорию о происхождении магнитного поля Земли и в 1839 году доказал, что основная его
часть выходит из Земли, а причину небольших, коротких отклонений его значений
необходимо искать во внешней среде.
Гипотезы о природе магнитного поля Земли

2. В последнее время получила развитие гипотеза, связывающая возникновение магнитного
поля Земли с протеканием токов в жидком металлическом ядре. Подсчитано, что зона, в
которой действует механизм «магнитное динамо», находится на расстоянии 0,25—0,3
радиуса Земли. Аналогичный механизм генерации поля может иметь место и на других
планетах, в частности, в ядрах Юпитера и Сатурна (по некоторым предположениям,
состоящих из жидкого металлического водорода). Помимо возможных токов в жидком
металлическом ядре, науке давно известны теллурические токи, которые текут у
поверхности земной коры.
Плазмосфера
Заметное влияние на магнитное поле на поверхности Земли оказывают токи в ионосфере.
Это область верхней атмосферы, простирающаяся от высот порядка 100 км и выше.
Содержит большое количество ионов. Плазма удерживается магнитным полем Земли, но
еѐ состояние определяется взаимодействием магнитного поля Земли с солнечным ветром,
чем и объясняется связь магнитных бурь на Земле с солнечными вспышками. Прямая,
проходящая через магнитные полюсы, называется магнитной осью Земли. Окружность
большого круга в плоскости, которая перпендикулярна к магнитной оси, называется
магнитным экватором. Вектор магнитного поля в точках магнитного экватора имеет
приблизительно горизонтальное направление. Средняя напряжѐнность поля на
поверхности Земли составляет около 0,5 Э (40 А/м) и сильно зависит от географического
положения. Напряжѐнность магнитного поля на магнитном экваторе — около 0,34 Э, у
магнитных полюсов — около 0,66 Э. В некоторых районах (в так называемых районах
магнитных аномалий) напряжѐнность резко возрастает. В районе Курской магнитной
аномалии она достигает 2 Э. Дипольный магнитный момент Земли на 1995 год составлял
7,812·1025
Гс·см³ (или 7,812·1022
А·м²), уменьшаясь в среднем за последние десятилетия на
0,004·1025
Гс·см³ или на 1/4000 в год. Распространена аппроксимация магнитного поля
Земли в виде ряда по гармоникам — ряд Гаусса. Для магнитного поля Земли характерны
возмущения, называемые геомагнитными пульсациями вследствие возбуждения
гидромагнитных волн в магнитосфере Земли; частотный диапазон пульсаций
простирается от миллигерц до одного килогерца.
Магнитными меридианами называются проекции силовых линий магнитного поля Земли
на еѐ поверхность; сложные кривые, сходящиеся в северном и южном магнитных полюсах
Земли.
Геомагнитные координаты
В физике космических лучей широко используются специфические координаты в
геомагнитном поле, названные в честь учѐного Карла Мак-Илвайна, первым
предложившего их использование, так как они основаны на инвариантах движения частиц
в магнитном поле. Точка в дипольном поле характеризуется двумя координатами (L, B),
где L — так называемая магнитная оболочка, B — магнитная индукция поля. За параметр
магнитной оболочки обычно принимается величина L, равная отношению среднего
удаления реальной магнитной оболочки от центра Земли в плоскости геомагнитного
экватора, к радиусу Земли.
Изменения магнитного поля Земли

3. Исследования остаточной намагниченности, приобретѐнной изверженными горными
породами при остывании их ниже точки Кюри, свидетельствуют о неоднократных
инверсиях магнитного поля Земли, зафиксированных в полосовых магнитных аномалиях
океанической коры, параллельных осям срединных океанических хребтов. В
океанической коре, таким образом, записаны все изменения магнитного поля Земли за
последние 180 млн лет. Сопоставляя участки с одинаковой намагниченностью по разные
стороны океанических хребтов, можно определить, когда эти участки начали расходиться.
Смещение магнитных полюсов Земли
Смещение магнитных полюсов регистрируется с 1885 года. За последние 100 лет
магнитный полюс в Южном полушарии переместился почти на 900 км и вышел в
Индийский океан. Новейшие данные по состоянию арктического магнитного полюса
(движущегося по направлению к Восточно-Сибирской мировой магнитной аномалии
через Северный Ледовитый океан) показали, что с 1973 по 1984 год его пробег составил
120 км, с 1984 по 1994 год — более 150 км. Хотя эти данные расчѐтные, они
подтверждены замерами северного магнитного полюса. По данным на начало 2007 года,
скорость дрейфа северного магнитного полюса увеличилась с 10 км/год в 1970-х годах до
60 км/год в 2004 году. Напряжѐнность земного магнитного поля падает, причѐм
неравномерно. За последние 22 года она уменьшилась в среднем на 1,7 %, а в некоторых
регионах — например, в южной части Атлантического океана, — на 10 %. В некоторых
местах напряжѐнность магнитного поля, вопреки общей тенденции, даже возросла.
Ускорение движения полюсов (в среднем на 3 км/год) и движение их по коридорам
инверсии магнитных полюсов (более 400 палеоинверсий позволили выявить эти
коридоры), позволяет предположить, что в данном перемещении полюсов следует
усматривать не экскурс, а очередную инверсию магнитного поля Земли. Это
подтверждается и текущим возрастанием угла раствора каспов (полярных щелей в
магнитосфере на севере и юге), который к середине 1990-х годов достиг 45°. В
расширившиеся щели устремился радиационный материал солнечного ветра,
межпланетного пространства и космических лучей, вследствие чего в полярные области
поступает большее количество вещества и энергии, что может привести к
дополнительному разогреву полярных шапок.