Как магнитное поле повлияло на жизнь на Земле

Наука и жизньНаука

Магнитное поле земли: история, эволюция и прогнозы

Кандидат физико-математических наук Валерий Петров, ведущий научный сотрудник ИЗМИРАН.

Возраст Земли около 4,5 млрд лет, а геомагнитное поле прослеживается, по крайней мере, до 3 млрд лет назад. Таким образом, развитие Земли как планеты и развитие биологической жизни на ней значительную часть времени происходили при наличии магнитного поля. Это, естественно, отразилось как в геологических процессах, так и в развитии биосферы.

Магнитное поле защищает биосферу от энергичных частиц, влияет на протекание некоторых химических реакций, клеточные процессы, состояние человеческого организма, миграцию в животном мире. Влияет оно и на технические системы: спутники, связь, навигацию, трубопроводы и линии электропередачи (GIC).

От первых открытий к регулярным наблюдениям

Первым прибором, реагирующим на магнитное поле, стал компас. Достоверно можно говорить о его использовании с ХI—XIII веков. Во время плавания Колумба (1492 год) впервые было обнаружено явление, называемое магнитным склонением. До этого считалось, что компас показывает направление на север, то есть на Полярную звезду. По мере продвижения кораблей Колумба на запад отмечалось всё большее и большее отклонение компаса от направления на географический север. Поскольку в Средние века именно компас был основным прибором для навигации на море, с того времени началось активное исследование магнитного поля.

Вероятно, впервые временны́е изменения магнитного поля были зафиксированы в 1635 году Генри Геллибрандом, профессором астрономии Грешем-Колледжа в Лондоне, а постоянные регулярные измерения вариаций магнитного поля стали проводить с начала XIX века. В России наблюдения за изменением склонения геомагнитного поля Земли начались в Санкт-Петербурге с 1726 года, а регулярными их сделал Адольф Купфер, организовавший в Казанском университете в 1824 году первую в нашей стране магнитно-метеорологическую обсерваторию. А после его перевода в Санкт-Петербург в 1829 году исследования были организованы и там.

В 1834 году в России был принят закон об учреждении первой в мире постоянно действующей системы магнитных и метеорологических наблюдений и основана магнитно-метеорологическая обсерватория в Санкт-Петербурге. Благодаря этому русская геофизика оказалась лучшей в мире, а основанная тогда система магнитных и метеорологических наблюдений признана образцовой для стран Европы. Примерно за десять лет на территории России было создано семь магнитных обсерваторий. Наибольшего развития сеть магнитных обсерваторий и интенсивность магнитных исследований достигли к началу 1960-х годов. Сейчас, к сожалению, действующая сеть обсерваторий почти вернулась к состоянию XIX века.

Возникновение практической потребности построения карт магнитного склонения и накопление экспериментальных данных о магнитном склонении, которое началось с использования компаса, привело к развитию теорий магнетизма Земли. В 1600 году английский физик и врач Уильям Гильберт опубликовал замечательный труд «О магните, магнитных телах и большом магните — Земле» и доказал теорию о том, что Земля — это огромный двухполюсный магнит. Несмотря на то, что Гильберт ошибочно полагал, что магнитные полюса совпадают с географическими, его работа оказала большое влияние на последующее развитие науки.

Внесли свой вклад в развитие науки о магнетизме и российские учёные. В 1759 году М. В. Ломоносов написал труд «Рассуждение о большей точности морского пути», где он высказал гениальную догадку о неоднородности магнитного поля Земли. Значительной была и работа И. М. Симонова «Опыт математической теории земного магнетизма», опубликованная в 1835 году в «Учёных записках» Казанского университета. Окончательно методы описания магнитного поля были изложены в работе Карла Гаусса «Общая теория земного магнетизма» в 1838 году. Предполагая, что источники магнитного поля находятся внутри Земли, Гаусс вывел выражение для магнитного потенциала, которое позволяет описать любое распределение магнитного поля в виде набора коэффициентов разложения поля по так называемым гармоническим функциям Лежандра. Этот метод применяется и сегодня. Гаусс эмпирически определил значения первых 24 постоянных коэффициентов, сейчас обычно используют 196 коэффициентов, а для особо точного представления — более 300 тысяч коэффициентов.

Источники и модели геомагнитного поля

Согласно современным представлениям, магнитное поле Земли имеет три источника и делится, соответственно, на три части. Основная часть — это магнитное поле, которое создаётся источниками внутри Земли на глубинах более 2000 км. Оно называется главным магнитным полем и медленно (характерное время — десятки лет) изменяется. Второй источник магнитного поля — намагниченность пород земной коры, расположенных на глубинах до 75 км. Это поле считается постоянным и на периодах меньше тысячи лет практически не меняется. Третий источник — электрические токи, текущие над поверхностью Земли на высотах от 100 и до 60 000 км. Эти поля могут очень быстро (характерное время — минуты и часы) изменяться. Магнитные бури создаются именно этим источником.

Если говорить о вкладе различных источников в суммарное магнитное поле, то основной из них — поле внутренних источников, которые создают примерно 90—95% полного поля. Аномальное поле (поле земной коры) и внешние источники дают примерно по 3—5% от полного магнитного поля Земли, но в отдельных местах (магнитные аномалии) или в отдельные моменты времени (магнитные бури) этот вклад может быть существенно больше.

Более или менее достоверные модели магнитного поля внутренних источников строятся с 1900 года. Оказывается, дипольная часть магнитного поля, то есть поле, совпадающее с полем, создаваемым магнитом на рис. 1, представляет примерно 90% всего магнитного поля, остальные 10% создаются более сложными структурами, называемыми мультиполями.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Солнце, ветер и воздух для добычи воды Солнце, ветер и воздух для добычи воды

С каждым годом дефицит водных ресурсов на планете только усиливается

Наука и жизнь
Гибель солнц: астрономы увидели уничтожение звезд черными дырами Гибель солнц: астрономы увидели уничтожение звезд черными дырами

Уничтожение звезд сверхмассивными черными дырами

Forbes
Великое нашествие Великое нашествие

Вторжение монголов обратило русских государей в деспотов ордынского типа

Дилетант
Вера Тихонова. Если бы не ты: потерять любимого мужа, помогать пережить потери другим Вера Тихонова. Если бы не ты: потерять любимого мужа, помогать пережить потери другим

Краснодарская журналистка находит слова для тех, кто потерял близких

Домашний Очаг
Дрессировка кошек Шрёдингера в промышленных масштабах Дрессировка кошек Шрёдингера в промышленных масштабах

Явление сверхпроводимости было открыто больше ста лет назад

Наука и жизнь
Лесной нетопырь прилетел из Лондона в русскую деревню. Там его съела кошка Лесной нетопырь прилетел из Лондона в русскую деревню. Там его съела кошка

Полет стал рекордным и помог ученым больше узнать о миграциях летучих мышей

National Geographic
Курултай для своих, деспотия для чужих Курултай для своих, деспотия для чужих

В Орде русские князья считались бесправными вассалами

Дилетант
Как выглядят жены звезд сериала «Кухня»: Богатырева, Сиятвинды и других Как выглядят жены звезд сериала «Кухня»: Богатырева, Сиятвинды и других

С кем обрели любовь актеры популярного ситкома «Кухня»?

Cosmopolitan
Были ли знакомы Ахматова и Цветаева? Были ли знакомы Ахматова и Цветаева?

Между Цветаевой и Ахматовой были и соперничество, и сплетни, и обиды

Культура.РФ
Камни по знакам зодиака: 8 лучших кристаллов для Львов Камни по знакам зодиака: 8 лучших кристаллов для Львов

Какие камни помогут Львам обрести эмоциональное равновесие, покой и комфорт.

Cosmopolitan
Кантемиры Кантемиры

Дмитрий Кантемир считался одним из образованнейших людей своего времени

Дилетант
Невидимые соседи: 5 примечательных фактов о воробьях Невидимые соседи: 5 примечательных фактов о воробьях

Несколько интересных фактов о воробьях

Вокруг света
Ключ на старт Ключ на старт

Семь чудес России, к которым стоит отправиться за рулем своего автомобиля

Men’s Health
Клубок мифов: 12 фактов и выдумок о ежах Клубок мифов: 12 фактов и выдумок о ежах

Популярные мифы о колючих животных

Вокруг света
Как сервисы доставки еды влияют на наше здоровье Как сервисы доставки еды влияют на наше здоровье

Сервисы доставок не такие милые помощники, как может показаться

Популярная механика
Состав потепления: как ученые доказали решающую роль человека в изменении климата Состав потепления: как ученые доказали решающую роль человека в изменении климата

Человек оказывает определяющее влияние на глобальное потепление?

Forbes
Земля их не держит: мастера и рекордсмены беспосадочных перелетов Земля их не держит: мастера и рекордсмены беспосадочных перелетов

Не все пернатые летают одинаково хорошо

Вокруг света
Палочка о двух концах, или Противоречивая история корицы Палочка о двух концах, или Противоречивая история корицы

Корица и её противоречия

Вокруг света
От «Гравитации» до «Пекла»: лучшие зарубежные фильмы про космос всех времен От «Гравитации» до «Пекла»: лучшие зарубежные фильмы про космос всех времен

Подборка культовых и свежих картин про космос и астронавтов

Playboy
Герои фильмов, с которыми мы бы хотели провести лето Герои фильмов, с которыми мы бы хотели провести лето

Киногерои, которые всегда знают, как провести время с огоньком

Playboy
Как пиарщица заработала $245 млн на основе для пиццы из цветной капусты Как пиарщица заработала $245 млн на основе для пиццы из цветной капусты

Бренд Caulipower Гейл Беккер оценивается в $500 млн

Forbes
Самый мрачный год в истории Лондона XX века. Глава книги «Страх и Надежда: как Черчилль спас Британию от катастрофы» Самый мрачный год в истории Лондона XX века. Глава книги «Страх и Надежда: как Черчилль спас Британию от катастрофы»

Отрывок из книги «Страх и Надежда: как Черчилль спас Британию от катастрофы»

Esquire
Вперед в прошлое: как путешествовали 150 лет назад Вперед в прошлое: как путешествовали 150 лет назад

Как были устроены путешествия в прошлом, куда ехали туристы?

Популярная механика
Настоящее бремя Настоящее бремя

Почему в XXI веке женскую ролевую модель часто упрощают до физиологической

Esquire
«Девятый вал»: эффект погружения «Девятый вал»: эффект погружения

Вместо фильмов-катастроф зрители смотрели морские пейзажи Айвазовского

Вокруг света
3 способа перестать заедать проблемы 3 способа перестать заедать проблемы

Когда все вокруг кажется унылым, один из первых импульсов — съесть что-нибудь

Psychologies
Тюлени: семейные обстоятельства Тюлени: семейные обстоятельства

Семейное счастье тюленей зависит… от ушей

Вокруг света
Нефтяная лихорадка: жир земли Нефтяная лихорадка: жир земли

Чтобы отнять у природы «черное золото»,необходимы широкомасштабные разработки

Популярная механика
7 овощей и фруктов, которые создал человек 7 овощей и фруктов, которые создал человек

Знал ли ты, что капусты и моркови вообще не существовало в природе?

Maxim
От семейной фирмы до мирового гиганта: история компании Луи Рено От семейной фирмы до мирового гиганта: история компании Луи Рено

Стремительный взлет и сокрушительное падение Луи Рено

Вокруг света
Открыть в приложении