Магнитные бури обычно не считаются грозным явлением природы, таким как землетрясения, цунами, тайфуны. Правда, они срывают радиосвязь в высоких широтах планеты, заставляют плясать стрелки компасов. Сейчас эти помехи уже не страшны. Дальнюю связь всё чаще ведут через спутники, с их же помощью штурманы задают курс кораблям и самолётам.

Казалось бы, капризы магнитного поля уже могут никого не беспокоить. Но именно теперь некоторые факты дали почву опасениям, что перемены в магнитном поле Земли способны вызвать катастрофы, перед которыми побледнеют самые грозные силы природы!

Одно из таких изменений поля происходит в наши дни… С тех пор как немецкий математик и физик Карл Гаусс впервые дал математическое описание магнитного поля, последующие измерения — на протяжении 150 лет до сегодняшних дней — показывают, что магнитное поле Земли неуклонно ослабевает.

В связи с этим кажутся естественными вопросы: не исчезнет ли магнитное поле совсем, и чем это может грозить землянам?

Вспомним, что нашу планету непрерывно бомбардируют космические частицы, особенно интенсивно — протоны и электроны, излучаемые Солнцем, так называемый солнечный ветер. Мимо Земли они проносятся со средней скоростью 400 км/с. Магнитосфера Земли не пропускает заряженные частицы к поверхности планеты. Она направляет их к полюсам, где в верхней атмосфере те рождают фантастические сияния. Но если магнитного поля не будет, если растительный и животный мир окажется под таким непрерывным обстрелом, то можно предположить, что радиационное повреждение организмов самым губительным образом скажется на судьбе всей биосферы.

Чтобы судить о том, насколько реальна такая угроза, надо вспомнить, как возникает магнитное поле Земли и нет ли в этом механизме ненадёжных звеньев, способных выйти из строя.

По современным представлениям, ядро нашей планеты состоит из твёрдой части и жидкой оболочки. Подогреваемое твёрдым ядром и охлаждаемое расположенной выше мантией, жидкое вещество ядра вовлекается в кругооборот, в конвекцию, распадающуюся на многие отдельные циркулирующие потоки.

Такое же явление знакомо земным океанам, когда источники глубинного тепла оказываются близко ко дну океана, благодаря чему оно нагревается. Тогда в толще воды возникают вертикальные течения. Хорошо исследовано, например, такое течение в Тихом океане неподалёку от берегов Перу. Оно выносит из глубин к поверхности вод огромную массу питательных веществ, благодаря чему этот район океана особенно богат рыбой…

Вещество жидкой части ядра — это расплав с большим содержанием металлов, и потому он обладает хорошей электропроводностью. Из школьного курса мы знаем, что если проводник движется в магнитном поле, пересекая его линии, то в нём возбуждается электродвижущая сила.

Во взаимодействие с потоками расплава могло первоначально вступить слабое межпланетное магнитное поле. Порождённый этим ток, в свою очередь, создал мощное магнитное поле, которое кольцами окружило ядро планеты.

В недрах Земли в принципе всё происходит так, как в динамо-машине с самовозбуждением, схематическую модель которой имеет обычно каждый школьный кабинет физики. Отличие в том, что вместо проводов в недрах действуют потоки жидкого электропроводящего материала. И, по-видимому, вполне правомерна аналогия между секциями ротора динамо и конвекционными потоками расплава в недрах. Механизм, создающий магнитное поле Земли, назвали поэтому гидромагнитное динамо.

Но картина, конечно, сложнее: кольцевые, иначе их называют тороидальные, поля не выходят на поверхность планеты. Взаимодействуя стой же электропроводной подвижной жидкой массой, они порождают другое, внешнее поле, с которым мы на поверхности Земли и имеем дело.

Нашу планету с её внешним магнитным полем схематически обычно изображают как симметрично намагниченный шар с двумя полюсами. В действительности внешнее поле не столь идеально по форме. Симметрию нарушает множество магнитных аномалий.

Некоторые из них очень значительны и получили название континентальных. Одна такая аномалия находится в Восточной Сибири, другая — в Южной Америке. Подобные аномалии возникают потому, что гидромагнитное динамо в недрах Земли «сконструировано» не столь симметрично, как электрические машины, построенные на заводе, где обеспечивают соосность ротора и статора и на специальных станках тщательно балансируют роторы, добиваясь совпадения их центров масс (точнее, главной центральной оси инерции) с осью вращения. И мощность потоков вещества, и температурные условия, от которых зависит скорость их движения, далеко не одинаковы в различных зонах земных недр, где действует природное динамо. Скорее всего, глубинное динамо можно сравнить с машиной, у которой секции в обмотке ротора разной толщины и зазор между ротором и статором меняется.

Аномалии меньших масштабов — региональные и локальные — объясняются особенностями состава земной коры — как, например, Курская магнитная аномалия, возникшая благодаря гигантским залежам железной руды.

Словом, механизм, порождающий магнитное поле Земли, устойчив, надёжен, и в нём нет, кажется, деталей, которые способны внезапно выйти из строя. Более того, по мнению профессора мюнхенского университета Г. Зоффеля, электропроводность жидкого материала в недрах так велика, что если по какой-либо причине гидромагнитное динамо вдруг «выключится», магнитные силы на поверхности планеты просигналят нам об этом только через многие тысячелетия.

Но одно дело «поломка» природного механизма, другое — постепенное затухание его действия, подобное похолоданиям, породившим оледенения планеты.

Чтобы проанализировать это обстоятельство, нам понадобится более детальное знакомство с поведением магнитного поля: как и почему изменяется оно во времени.

Любая горная порода, любое вещество, содержащее железо или другой ферромагнитный элемент, всегда находится под воздействием магнитного поля Земли. Элементарные магнитики в этом материале стремятся ориентироваться подобно стрелке компаса вдоль силовых линий поля.

Однако если материал нагревать, то наступит момент, когда тепловое движение частиц станет столь энергичным, что оно разрушит магнитную упорядоченность. Затем, когда наш материал будет остывать, начиная с определённой температуры (её называют точкой Кюри) магнитное поле одержит верх над силами хаотического движения. Элементарные магнитики снова выстроятся так, как велит им поле, и останутся в этом положении, если тело не будет снова нагрето. Поле оказывается как бы «замороженным» в материале.

Это явление позволяет уверенно судить о прошлом земного магнитного поля. Учёным удаётся проникать в такие дали времён, когда на юной планете остывала твёрдая кора Минералы, сохранившиеся с той поры, рассказывают о том, каким было магнитное поле два миллиарда лет назад.

Когда же дело касается исследований периодов, значительно более близких к нам по времени — в пределах последних 10 тысяч лет, — учёные предпочитают брать для анализа материалы искусственного происхождения, а не природные лавы или осадки. Это обожжённая человеком глина — посуда, кирпичи, ритуальные фигурки и т. п., которые появились с первыми шагами цивилизации. Преимущество искусственных поделок из глины в том, что археологи могут их достаточно точно датировать.

В Институте физики Земли РАН исследованиями изменений магнитного поля занималась лаборатория археомагнетизма. Там были сосредоточены обширные данные, добытые в лаборатории и в ведущих зарубежных научных центрах. Занимаются этим и российские учёные.

Действительно, эти данные подтверждают, что в наше время магнитное поле ослабевает. Но здесь необходима оговорка: точные измерения поведения поля на больших отрезках времени говорят, что магнитное поле планеты подвержено многочисленным колебаниям с разными периодами. Если мы их все сложим, то получим так называемую «сглаженную кривую», которая достаточно хорошо совпадает с синусоидой, имеющей период 8 тысяч лет.

В данное время суммарное значение магнитного поля находится на нисходящем отрезке синусоиды. Вот это и вызвало беспокойство некоторых авторов. Позади более высокие значения, впереди — дальнейшее ослабление поля. Оно будет продолжаться примерно ещё две тысячи лет. Но затем начнётся усиление поля. Эта фаза продлится 4 тысячи лет, чтобы потом снова наступил спад. Предыдущий максимум пришёлся на начало нашей эры. Множественность колебаний магнитного поля объясняется, по-видимому, отсутствием сбалансированности движущихся частей гидромагнитного динамо, различной их электропроводностью.

Важно отметить, что амплитуда синусоиды составляет менее половины средней величины напряжённости поля. Иными словами, эти колебания никак не могут свести значение поля к нулю. Таков ответ тем, кто считает, будто нынешнее ослабление поля в конце концов откроет поверхность земного шара для обстрела частицами из космоса.

Как уже говорилось, кривая представляет собой сумму накладывающихся друг на друга различных колебаний магнитного поля Земли — всего их выявлено пока около десятка. Хорошо выражены периоды, имеющие длительность 8000, 2700, 1800, 1200, 600 и 360 лет. Менее чётко прослеживаются периоды в 5400, 3600 и 900 лет.

С некоторыми из этих периодов связаны существенные явления в жизни планеты.

Период в 8000 лет имеет несомненно глобальный масштаб в отличие от колебаний, например, в 600 или 360 лет, имеющих региональный, локальный характер.

Интересны взаимосвязи со многими природными явлениями периода в 1800 лет. Географ А. В. Шнитников провёл сопоставление различных природных ритмов Земли и обнаружил их привязанность к астрономическому явлению, названному. Большой сарес, когда Солнце, Земля и Луна оказываются на одной прямой и при этом Земля расположена на наименьшем удалении и от светила, и от спутника. В этом случае достигают наибольшего значения приливные силы. Большой сарес повторяется через 1800 лет (с отклонениями) и сопровождается расширением земного шара в экваториальной полосе — за счёт приливной волны, в которой участвуют Мировой океан и земная кора. Как следствие этого происходит изменение момента инерции планеты, и она замедляет своё вращение. Изменяется также положение границы полярного ледового покрова, происходит подъём уровня океана. Большой сарес отражается на климате Земли — по-иному начинают чередоваться засушливые и влажные периоды. Такие перемены в природе в прошлом отражались и на населении планеты: усиливалась, например, миграция народов…

В Институте физики Земли задались целью выяснить, не существует ли связей между явлениями, вызванными Большим саресом, и поведением магнитного поля. Оказалось, что именно 1800-летний период колебаний поля хорошо согласуется с ритмом явлений, вызванных взаиморасположением Солнца, Земли и Луны. Совпадают начала и концы изменений и их максимумы… Это можно объяснить тем, что в жидкой массе, окружающей ядро планеты, во время Большого сареса приливная волна также достигала наибольшей величины, следовательно, взаимодействие потоков вещества с внутренним полем также менялось.

В последние 10 тысяч лет земная природа не терпела каких-либо бедствий по вине беспокойного магнитного поля. Но что скрывает более глубокое прошлое? Как известно, наиболее драматические события в биосфере Земли лежат далеко за пределами 10 тысяч лет. Может быть, их причиной были какие-либо изменения в магнитном поле?

Здесь мы должны будем заняться фактом, который встревожил некоторых учёных.

Магнитные поля прошлого оказались «вмороженными» ещё и в вулканические лавы, когда те, остывая, проходили точку Кюри. Запечатлены магнитные поля и в донных осадках: опускающиеся на дно частицы, если они содержат ферромагнетики, подобно стрелкам компасов ориентируются по линиям магнитного поля. Оно сохраняется вечно в окаменевших осадках, если только осадки не подвергались сильному нагреву…

Исследованием древних магнитных полей занимаются палеомагнитологи. Им удалось обнаружить поистине грандиозные изменения, которые претерпевало в далёком прошлом магнитное поле. Было открыто явление инверсии — смены магнитных полюсов. Северный перемещался на место южного, южный — на место северного.

Кстати, полюса меняются не так уж быстро — по некоторым оценкам, смена длится 5 или даже 10 тысяч лет.

Последнее такое перемещение произошло 700 тысяч лет назад. Предыдущее — ещё на 96 тысяч лет раньше. В истории планеты таких смен насчитывают сотни. Какой-либо регулярности здесь не обнаружено — известны длительные спокойные периоды, их сменяли времена частых инверсий.

Были открыты также так называемые «экскурсы» — уход магнитных полюсов от географических на большие расстояния, завершавшиеся, однако, возвращением к своему прежнему месту.

Объяснить переполюсовки пытались многие. Американские учёные Р. Мюллер и Д. Моррис, например, считают первопричиной этого удары гигантских метеоритов. «Встряска» планеты заставляла менять характер движения расплавов в её глубине. Авторы этой гипотезы основывались на том, что 65 миллионов лет назад одновременно произошли инверсия и падение на Землю большого космического тела, о чём говорят отложения того времени, богатые космическим иридием. Гипотеза выглядела эффектной, но была малоубедительной хотя бы потому, что временная связь между этими событиями доказана весьма слабо. По другой гипотезе, к инверсиям побуждают глубинные потоки расплава, когда в них попадают гигантские комья ферромагнитного материала. Эти комья, концентрируя в себе линии магнитного поля, как бы «тянут» его за собой.

И эта гипотеза вызывает возражения.

Очевидно, что за миллиарды лет своего существования ядро Земли должно было увеличиваться в размерах. Казалось бы, это не могло не отразиться на магнитном поле Земли. Между тем учёные, располагающие сведениями о том, каким было магнитное поле планеты два миллиарда лет назад, сравнивают эти данные с сегодняшними и не находят даже следов влияния роста ядра на магнитное поле. Может ли отразиться на состоянии поля явление куда более скромных масштабов, какое представляют собой гипотетические «комья»?

Принятая ныне теория гидромагнитного динамо способна объяснить инверсию, но эта теория не говорит о том, что смена полюсов обязательна, она только не противоречит этому явлению.

Причиной инверсий служат всё те же «конструктивные несовершенства» природного гидромагнитного динамо. Но это иные дефекты, нежели те, которые вызывают уже знакомый нам спектр из десяти колебаний магнитного поля, колебаний, однообразно повторяющихся через те или иные отрезки времени. Инверсии не имеют такого регулярного систематического характера.

Можно было бы полагать, что явление инверсии, поиски её причин и её последствий вызовут интерес одних лишь исследователей земного магнетизма. Но нет, это явление привлекло внимание широкого круга учёных и в том числе тех, кто изучает развитие земной биосферы.

В последнее время в нескольких научных статьях было высказано предположение, что при инверсиях магнитное поле Земли исчезает. Таким образом, речь идёт о том, что планета на какое-то время теряет свою невидимую броню. А это, видимо, может повлечь за собой гибель многих видов растений и животных. Вот почему в переменах, которым подвержено магнитное поле, некоторые видят опасность более грозную, чем та, которую несёт разрушительное трио: землетрясения, цунами, тайфуны.

Авторы этого предположения в доказательство своей правоты приводят взаимосвязь между вымиранием динозавров, исчезнувших с лица Земли 65 миллионов лет назад и частыми инверсиями, характерными для того периода.

Гипотезу о таком радикальном влиянии переполюсовок на развитие всей живой природы Земли с особенным удовлетворением встретили эволюционисты, которые в недавнем прошлом моделировали с помощью компьютера историю биосферы нашей планеты, начиная от первичных форм живой материи. В программу были заложены все известные к тому времени факторы, влияющие на мутации и естественный отбор. Результаты исследования оказались неожиданными: эволюция от первой клетки до человека в математической интерпретации шла много медленнее, чем в реальных условиях земной природы.

Очевидно, заключили учёные, в программе не были учтены какие-то энергичные факторы, заставляющие природу одномоментно сменять виды. Теперь, считают они, найден один из таких сильных ускорителей эволюции — это воздействие на органический мир космических излучений в те периоды, когда полюса обменивались местами… Что-то подобное, по меньшей мере, чернобыльской катастрофе.

То ли тревожно, то ли обнадёживающе на этом фоне звучит утверждение американских геофизиков, что ими обнаружены в штате Орегон слои лавы, по которым видно, что «вмороженное» в них поле повернулось на 90 градусов в течение всего двух недель. Иначе говоря, перемены не обязательно требуют тысячелетий, а могут быть почти мгновенными. То есть время губительного воздействия космических излучений невелико, что уменьшает их опасность. Непонятно только, почему поле повернулось не на 180 градусов, а всего на 90.

Однако предположение о том, что при переполюсовках магнитное поле исчезает, всего лишь предположение, а не истина, опирающаяся на достоверные факты. Напротив, некоторые палеомагнитные исследования говорят о том, что поле сохраняется и при инверсиях. Оно, правда, имеет не дипольное строение и много слабее — в 10, и даже в 20 раз. Серьёзные возражения вызвала трактовка резких перемен поля, обнаруженных в лавах из штата Орегон. Упоминавшийся нами профессор Г. Зоффель считает, что открытие американских коллег можно объяснить совсем иначе, например, так: в остывающую лаву «вморозилось» магнитное поле, рождённое ударившей в этот момент молнией.

Но эти возражения не исключают вероятность прямого, может быть, ослабленного воздействия космических частиц на растительный и животный мир. В поиски ответов на вопросы, поставленные этой гипотезой, включились многие учёные.

Заслуживают внимания соображения, высказанные в своё время сотрудником Института физики Земли АН СССР В. П. Щербаковым. Он считал, что при инверсиях магнитное поле планеты, пусть и ослабленное, сохраняет своё строение, в частности, магнитные силовые линии в районе полюсов по-прежнему упираются в поверхность планеты. Над движущимися полюсами в периоды инверсии в магнитосфере существуют постоянно, как и в наши дни, воронки, в которые словно бы ссыпаются космические частицы.

В периоды инверсий, при ослабленном поле они могут здесь подлететь к поверхности зелёного шара на самые близкие расстояния, возможно и достигают её.

В поиски включились и палеонтологи. Например, германский профессор Г. Херм, который в сотрудничестве со многими зарубежными лабораториями изучал донные отложения, приуроченные к концу мелового периода. Он нашёл доказательства, что в эти времена произошёл скачок в развитии видов. Однако этот учёный считает тогдашние инверсии всего лишь одним из факторов, подтолкнувших эволюцию. Г. Херм не находит никаких оснований для тревог за будущую жизнь на планете в случае, если в магнитном поле наступят резкие перемены.

Профессор МГУ Б. М. Медников, биолог-эволюционист, также не считает их опасными и поясняет, почему. Основной защитой от солнечного ветра, говорит он, нам служит всё же не магнитное поле, а атмосфера. Протоны и электроны теряют свою энергию в её верхних слоях над полюсами планеты, заставляя светиться, «сиять» молекулы воздуха. Если вдруг магнитного поля не станет, то сияния, вероятно, будут не только над полюсами, куда магнитосфера теперь сгоняет частицы, а на всём небосводе — но на тех же больших высотах. Солнечный ветер по-прежнему останется безопасным для живого.

Б. М. Медников говорит и о том, что эволюция не нуждается в «подхлёстывании» космическими силами. Последние, более совершенные компьютерные модели эволюции убеждают: её реальная скорость вполне объясняется внутренними для организма молекулярными причинами. Когда при зарождении нового организма создаётся его аппарат наследственности, в одном из ста тысяч случаев копирование родительских признаков происходит с ошибкой. Этого вполне достаточно, чтобы виды животных и растений поспевали за изменениями в окружающей среде. Не стоит забывать и о механизме массового распространения генных мутаций посредством вирусов.

По мнению магнитологов, возражения Б. М. Медникова не могут зачеркнуть проблему. Если маловероятно прямое влияние перемен в магнитном поле на биосферу, то есть ещё и косвенное. Есть, например, несомненные взаимосвязи магнитного поля планеты и её климата…

Как видите, в проблеме взаимосвязи магнитного поля с биосферой немало серьёзных противоречий. Противоречия, как всегда, побуждают исследователей к поиску.

| |
Самые мощные грозы — внутри земли? Самые непредсказуемые процессы

Отсутствие земного магнитного поля может привести к психическим нарушениям у космонавтов во время межпланетных полетов, в частности, в экспедиции к Марсу. Об этом свидетельствуют результаты экспериментов, проведенных российскими учеными. Исследователи из НИИ биологии и биофизики Томского госуниверситета и Института медико-биологических проблем РАН (ИМБП) провели серию экспериментов, в которых крыс изолировали от магнитного поля Земли в специальной установке. Результаты показывают, что подопытные животные утрачивали навыки социального поведения, испытывали проблемы с памятью, у них также наблюдались изменения во внутренних органах.

Руководители исследования, директор НИИ биофизики Наталья Кривова и ведущий научный сотрудник ИМБП Кирилл Труханов в интервью РИА "Новости" отметили, что магнитное поле Земли влияет на все живые организмы.

"Более того, в истории существования биосферы поле менялось и в какие-то моменты становилось нулевым. Есть предположение, что некоторые катастрофы в биоте, скажем, вымирание динозавров, связаны именно с исчезновением магнитного поля в какой-то момент", - сказал Труханов.

Чтобы исследовать, как отсутствие магнитного поля влияет на живые организмы, ученые создали специальную установку, в которой электромагнитная система компенсировала земное магнитное поле так, что внутри нее поле становилось очень слабым - в 700-1000 раз слабее обычного.

В эту "безмагнитную камеру" на 25 суток и потом еще на десять суток были помещены 12 белых крыс-самцов, еще 12 крыс были контрольной группой. Обе группы находились под круглосуточным видеонаблюдением (ночью запись велась в инфракрасном свете).

"Первое, что бросилось в глаза, - крысы в безмагнитных условиях постоянно дерутся. Агрессивность была бешеная. Крысы дерутся, потом в изнеможении спят, они даже не поднимались, когда их начинали кормить. При этом у контрольных крыс - все спокойно. Они иногда просыпались от драк, от криков, которые были в экспериментальной камере", - сказала Кривова.

Она пояснила, что драки у крыс - средство установления иерархии. Как только иерархия в группе установлена, драки прекращаются. По мнению ученого, грызуны, лишенные земного магнитного поля, "забыли", как устанавливается иерархия, потеряли социальные навыки.

Кроме того, у крыс наблюдались нарушения памяти. Перед экспериментами их всех на короткое время помещали в специальную камеру, чтобы определить, преобладает ли у них возбуждение или торможение.

"Тест проводился дважды - до эксперимента и после эксперимента. Контрольные крысы пришли на эту площадку, они уже здесь были, они спокойно сидят в центре клетки, у них резкое снижение двигательной активности. А опытные - как будто они тут впервые, они снова побежали смотреть, где тут что. Они уже здесь были, и они забыли об этом", - сказала собеседница агентства.

Кроме того, у подопытных крыс наблюдались и физиологические изменения.

Кривова отметила, что японские ученые ранее изучали, как отсутствие магнитного поля влияет на развитие тритонов. Результаты показали, что у их потомства неправильно формировались позвоночник и глаза, появлялись двухголовые особи.

Напряженность магнитного поля Земли составляет 50 микротесла, что в тысячи раз сильнее, чем магнитное поле других планет земной группы - Марса, Меркурия. Именно мощное магнитное поле защищает земную поверхность и все живое на ней от мощного потока заряженных частиц, исходящих от Солнца.

Труханов отметил, что существующие пилотируемые космические корабли и станции летают на относительно небольших высотах, где магнитное поле меньше земного лишь на 20%, однако в межпланетных экспедициях космонавтам придется столкнуться с отсутствием магнитного поля.

"Если корабль летит на межпланетные расстояния, то там магнитного поля уже нет, есть межпланетное магнитное поле, которое обусловлено тем, что идут "куски" магнитного поля, "вмороженные" в солнечный ветер, в плазму, которое солнце выбрасывает. Межпланетное поле слабее земного в тысячу, десять тысяч раз, это зависит от условий", - сказал ученый.

Как показывают опыты с крысами, отсутствие магнитного поля оказывает сильное воздействие на психику живых существ.

"Тяжелые последствия могут быть (при отсутствии магнитного поля). Крысы - модель, которая используется для изучения возможного воздействия различных препаратов на человека. Можно сказать, что они очень близки к нам", - считает Кривова.

Ее коллега отметил, что при полете американского "Аполлона-11" на Луну, когда корабль выходил из магнитного поля Земли лишь на несколько дней, после возвращения возникла конфликтная ситуация.

"После приземления между Нилом Армстронгом и вторым астронавтом - Эдвином Олдрином, пилотом лунного модуля, возникло очень бурное объяснение. И Олдрину диагностировали нервный срыв", - отметил Труханов.

По мнению исследователей, необходимо искать средства, которые позволят человеку адаптироваться к низкому магнитному полю. В частности, по словам Труханова, на корабле можно генерировать искусственное магнитное поле.

Земля окружена магнитным полем. Именно оно заставляет стрелку компаса указывать на север и защищает нашу атмосферу от постоянной бомбардировки заряженных частиц из космоса, таких как протоны. Без магнитного поля наша атмосфера будет медленно исчезать под воздействием вредного излучения, а жизнь почти наверняка не сможет существовать в том виде, который мы наблюдаем сегодня.

Вы можете думать, что магнитное поле является бесконечным, постоянным аспектом жизни на Земле, и в какой-то степени будете правы. Но магнитное поле Земли на самом деле изменяется. Примерно раз в нескольких сотен тысяч лет или около того оно переворачивается. Северный полюс меняется местами с южным. И когда это происходит, магнитное поле также имеет тенденцию становиться очень слабыми.

Аномалия южной Атлантики

В настоящее время геофизиков тревожит осознание того, что сила магнитного поля Земли сокращается в течение последних 160 лет с угрожающей скоростью. Этот коллапс сосредоточен в огромном пространстве южного полушария и простирается от Зимбабве к Чили. Он известен как аномалия южной Атлантики. Сила магнитного поля в этом месте настолько слаба, что это даже создает опасность для спутников, которые находятся на орбите Земли над этой областью. Магнитное поле больше не защищает их от излучения, которое создает помехи для электроники спутников.

Последствия разворота магнитного поля

Но это еще не все. Сила магнитного поля продолжает слабеть, потенциально предвещая еще более драматические события, в том числе глобальный разворот магнитных полюсов. Такое существенное изменение повлияет на наши навигационные системы, а также передачу электроэнергии. Северное сияние можно будет увидеть на разных широтах. Кроме того, при очень низких значениях силы поля во время глобального разворота поверхности Земли достигнет больше радиации, что также может повлиять на показатели заболеваемости раком.

Ученые до сих пор не до конца понимают, какой степени достигнут эти эффекты, поэтому их исследования являются особенно актуальными. Они используют некоторые, возможно, неожиданные источники данных, в том числе 700-летние африканские археологические записи, чтобы изучить этот вопрос.

Происхождение магнитного поля Земли

Магнитное поле Земли создается благодаря наличию железа в жидком внешнем ядре нашей планеты. Благодаря данным обсерваторий и спутников, которые изучают магнитное поле в последнее время, ученые могут с точностью смоделировать то, как оно будет выглядеть, как если бы мы поместили компас непосредственно над закрученным жидким ядром Земли.

Пятно обратной полярности

Эти анализы показывают поразительную особенность: ниже южной части Африки существует пятно обратной полярности на границе ядра и мантии, где жидкое железо внешнего ядра встречается с жесткой частью недр Земли. В этой области полярность поля противоположна среднему глобальному магнитному полю. Если бы мы смогли установить компас глубоко под южной частью Африки, то увидели бы, что в этой необычной области стрелки, определяющие север, на самом деле указывают на юг.

Это пятно является главным виновником аномалии в южной Атлантике. При численном моделировании необычные пятна, похожие на это, появлялись непосредственно перед геомагнитными инверсиями.

За всю историю планеты магнитные полюса менялись довольно часто, но последний разворот произошел в далеком прошлом, примерно 780 тысяч лет назад. С учетом быстрого снижения силы магнитного поля в последние 160 лет возникает вопрос о том, что происходило до этого.

Изучение археомагнетизма

Во время археомагнетических исследований геофизики и археологи пытаются узнать о прошлом магнитного поля. Например, глина, которая использовалась для изготовления керамических изделий, содержит небольшое количество магнитных минералов, таких как магнетит. Когда глина нагревалась в процессе создания керамики, ее магнитные минералы теряли магнетизм, который они, возможно, имели. При охлаждении они фиксировали направление и интенсивность магнитного поля в то время. Если можно определить возраст керамики (с помощью радиоуглеродного датирования, например), то также появляется шанс восстановить археомагнетическую историю.

Благодаря использованию такого рода данных ученые имеют частичную историю археомагнетизма для Северного полушария. В противоположность этому, в Южном полушарии эти записи очень скудны. В частности, не существует практически никаких данных из Южной Африки, а ведь этот регион, наряду с Южной Америкой, мог бы обеспечить лучшее понимание истории появления современной аномалии.

Археомагнетическая история южной Африки

Но предки современных южных африканцев, металлурги и фермеры, которые начали мигрировать в этот регион примерно 2000-1500 лет назад, случайно оставили нам некоторые подсказки. Эти люди железного века жили в хижинах, построенных из глины, и хранили зерно в укрепленных глиняных бункерах. Как первые агрономы железного века в южной части Африки, они полагались на количество осадков.

Эти общины часто реагировали на время засухи ритуалами очищения, которые влекли за собой обжигание зернохранилищ. Эти несколько трагические события для древних людей оказались в конечном счете благом для изучения археомагнетизма. Так же как и в случае с обжиганием и охлаждением керамических изделий, глина в зернохранилищах записала магнитное поле Земли, когда она охлаждалась. Поскольку эти древние хижины и бункеры для зерна иногда находят нетронутыми, ученые могут с их помощью получить данные о направлении и силе магнитного поля в то время.

Ученые сосредоточили свое внимание на отборе проб из стоянок железного века, которые усеивают долину реки Лимпопо.

Поток магнитного поля

Отбор проб в длине реки Лимпопо предоставил первые данные о магнитном поле южной части Африки между 1000 и 1600 годами нашей эры. Ученые обнаружили, что около 1300 года сила магнитного поля в этой области сокращалась так же быстро, как сегодня. Затем его интенсивность возросла, хотя и более медленными темпами.

Появление двух интервалов быстрого распада поля – около 700 лет назад и современного – предполагает обратное явление. Возможно, в Южной Африке регулярно появлялась подобная аномалия, и она старше, чем показали данные? Если да, то почему это повторяется в одном и том же месте?

За последнее десятилетие исследователи накопили данные анализов сейсмических волн землетрясений. Поскольку сейсмические волны перемещаются через слои Земли, скорость, с которой они путешествуют, является показателем плотности слоя. Теперь ученые знают, что большая площадь медленных сейсмических волн характеризует основную границу мантии под южной частью Африки.

Этот конкретный регион, скорее всего, имеет возраст в десятки миллионов лет, и его границы являются четкими. Интересно отметить, что пятно обратной полярности практически совпадает с его восточным краем.

Ученые считают, что необычная африканская мантия изменяет поток железа в активной зоне снизу, которое, в свою очередь, изменяет поведение магнитного поля на краю сейсмической области и пятна обратной полярности.

Предполагается, что эта область быстро растет, а затем медленно возвращается в норму. Время от времени одно пятно обратной полярности может достичь достаточно больших размеров, чтобы доминировать в магнитном поле южного полушария.

Как происходит инверсия

Традиционная идея инверсии заключается в том, что она может начаться в любом месте ядра. Однако новая концептуальная модель предполагает, что могут быть особые места на границе ядра и мантии, которые способствуют этим разворотам магнитного поля. Пока что неизвестно, начнет ли современное магнитное поле уменьшаться в ближайшие несколько тысяч лет, или оно просто продолжит ослабевать в течение следующих двух столетий.

Но доказательства, предоставленные предками современных южноафриканцев, несомненно, помогут ученым дальше изучать предлагаемый ими механизм инверсии. Если эта идея верна, разворот полюсов может начаться в Африке.

Среди всевозможных сценариев «конца света» часто фигурирует и такой, как смена направлений силовых линий магнитного поля Земли. Проще говоря, когда северный магнитный полюс окажется в южном полушарии, и наоборот. Рассмотрим, почему это возможно, и какие опасности для нас могут из этого проистекать.

Зачем нам магнитное поле Земли

Магнитное поле Земли – уникальное явление. Ни у одной планеты земной группы нет ничего близкого. Даже магнитные поля Сатурна, Урана и Нептуна слабее. Только у Юпитера оно мощнее, но на то он и гигант. До сих пор наука не знает, ни откуда у Земли магнитное поле, ни почему оно такое сильное. Предполагают, что это как-то связано с Луной – ведь ни у какой другой планеты, кроме Земли, нет столь относительно крупного спутника, чья масса всего в 80 раз меньше массы планеты. Но каким образом Луна генерирует такое магнитное поле у Земли – и это толком пока неясно.

Одно мы знаем точно. Без магнитного поля не было бы и жизни на Земле. Потоки заряженных космических частиц, попадающих в окрестности Земли из космического пространства, захватываются силовыми линиями магнитного поля нашей планеты – её магнитосферой – и не достигают её поверхности. Они остаются на высоте от 500 до 70 000 км над Землёй, образуя радиационные пояса, в которых невозможно долгое пребывание космонавтов.

Если бы магнитное поле Земли (геомагнитное поле) внезапно исчезло навсегда, то через какое-то время жёсткая космическая радиация привела бы к исчезновению всей высшей жизни на её поверхности. Жизнь осталась бы только в воде на глубине более десяти метров и в глубоких пещерах на суше.

Инверсии геомагнитного поля

С детства мы привыкли, что стрелка компаса должна указывать на север. Правда, бывают магнитные бури и аномалии, при которых компас, как выражаются, сходит с ума, но потом всё снова встаёт на свои места. Однако компас был изобретён всего несколько столетий назад, а Земля существует уже миллиарды лет. И вот оказалось, что нынешнее положение магнитных полюсов у Земли – не единственно возможное. Были длительные периоды в истории нашей планеты, когда стрелка компаса, очутившись мы там, показывала бы на юг!

Это было открыто по явлению остаточной намагниченности осадочных пород в разных местах Земли, особенно на дне океанов. Определив разными методами время образования этих пород, учёные составили шкалу изменений полярности геомагнитного поля.

Выяснилось, что своё нынешнее положение по сторонам света магнитные полюса заняли приблизительно 780 тысяч лет назад. Этот последний период называется эпохой Брюнес. А до этого примерно один миллион и 800 тысяч лет продолжалась эпоха обратной намагниченности Матуяма. Впрочем, она не была однородной. Внутри неё насчитывают не менее пяти эпизодов меньшей продолжительности – от нескольких тысяч до 220 тысяч лет, – когда направление магнитной стрелки совпадало бы с современным.

Строго говоря, это нынешняя эпоха должна считаться эпохой обратной намагниченности. Ведь силовые линии геомагнитного поля сейчас выходят из полюса, расположенного в Южном полушарии, поэтому именно этот полюс является Северным магнитным, а расположенный в Северном полушарии – Южным магнитным. Но в данном случае физика уступила место привычной географии, чтобы не создавать у людей путаницы.

Почему это происходит

Причины смены направления силовых линий геомагнитного поля остаются совершенно неизвестными. Наука не знает пока, можно ли предсказать эту смену по каким-то другим геофизическим параметрам. Например, по изменению напряжённости геомагнитного поля или по движению полюсов. Ведь положение магнитных полюсов на земной поверхности не остаётся неизменным. Они движутся. Причём, согласно измерениям, в последние десятилетия они движутся всё быстрее и быстрее.

Так, если Северный (назовём его по привычке так) магнитный полюс в 1970-е годы дрейфовал со скоростью 10 км в год, то в начале XXI века – уже 50-60 км в год. В первые годы нынешнего столетия он покинул острова Канадской Арктики и направляется в сторону России. В этом году он пересечёт 180-й меридиан и окажется ближе к Евразии, чем к Северной Америке.

Напряжённость геомагнитного поля Земли, судя по той же остаточной намагниченности – в данном случае, керамических изделий – неуклонно ослабевает на протяжении последних нескольких столетий. Может ли это свидетельствовать о грядущей переполюсовке? Иными словами, мы пока не знаем, что конкретно может предвещать смену магнитных полюсов у Земли, какие у этого явления бывают предзнаменования.

Опасность для технически развитого человечества

Если геомагнитное поле возбуждается, как то утверждает одна из гипотез, потоками вещества в мантии – теми же самыми, которые ответственны за движение тектонических плит и процессы горообразования – тогда смена магнитных полюсов может сопровождаться катастрофическими землетрясениями и вулканическими извержениями. Но самая главная опасность это, как уже говорилось, временное исчезновение геомагнитного поля при переполюсовке. Согласно существующим теоретическим моделям, прежде, чем поменяться местами, магнитные полюса Земли пропадут. И никто не знает, как надолго.

Впрочем, есть поводы и для оптимизма. Ведь инверсии геомагнитного поля случались на Земле многократно, в том числе несколько десятков раз за последние пять миллионов лет. Никаких крупных вымираний живых существ в эти периоды не происходило. Поэтому есть основания считать, что такие эпизоды были очень кратковременными. Правда, есть и другое объяснение: из животных, включая предков человека, в этих эпизодах выжили только те, которые привыкли находить убежище в пещерах. Вот почему останки первобытных людей находят преимущественно там.

Инверсия геомагнитного поля, какой бы кратковременной она ни была, грозит опасностями для современного человечества в силу его фатальной зависимости от высоких технологий. Магнитная переполюсовка, которая скажется также на состоянии земной ионосферы, неизбежно приведёт к серьёзным сбоям всех спутниковых систем коммуникаций, к невозможности дальней радиосвязи и навигации для самолётов и кораблей. Наша цивилизация тогда в мгновение ока может скатиться на технический уровень средневековья, что грозит непредсказуемыми социальными последствиями.

Проще говоря, главная опасность для человечества, в случае смены магнитных полюсов, это, как и при других природных катастрофах, сам человек, стихийное и непредсказуемое поведение его масс, охваченных массовой паникой и становящихся предметом манипуляций.

А само наше неведение относительно того, когда и как это может наступить, показывает, как же мало современная наука, заглянувшая вглубь Вселенной на десятки миллиардов световых лет, знает пока о том, что творится на глубине всего шести тысяч километров под нашими ногами.

В последние дни на научных информационных сайтах появилось большое количество новостей, посвященных магнитному полю Земли. Например, новость о том, что в последнее время оно существенно изменяется, или о том, что магнитное поле способствует утечке кислорода из земной атмосферы и даже про то, что вдоль линий магнитного поля ориентируются коровы на пастбищах. Что представляет собой магнитное поле и насколько важны все перечисленные новости?

Магнитное поле Земли – это область вокруг нашей планеты, где действуют магнитные силы. Вопрос о происхождении магнитного поля до сих пор окончательно не решен. Однако большинство исследователей сходятся в том, что наличием магнитного поля Земля хотя бы отчасти обязана своему ядру. Земное ядро состоит из твердой внутренней и жидкой наружной частей. Вращение Земли создает в жидком ядре постоянные течения. Как читатель может помнить из уроков физики, движение электрических зарядов приводит к появлению вокруг них магнитного поля.

Одна из самых распространенных теорий, объясняющих природу поля, - теория динамо-эффекта - предполагает, что конвективные или турбулентные движения проводящей жидкости в ядре способствуют самовозбуждению и поддержанию поля в стационарном состоянии.

Землю можно рассматривать как магнитный диполь. Его южный полюс находится на географическом Северном полюсе, а северный, соответственно, на Южном. На самом деле, географический и магнитный полюса Земли не совпадают не только по "направлению". Ось магнитного поля наклонена по отношению к оси вращения Земли на 11,6 градуса. Из-за того что разница не очень существенная, мы можем пользоваться компасом. Его стрелка точно указывает на южный магнитный полюс Земли и почти точно на Северный географический. Если бы компас был изобретен 720 тысяч лет назад, то он бы указывал и на географический и на магнитный северный полюс. Но об этом чуть ниже.

Магнитное поле защищает жителей Земли и искусственные спутники от губительного воздействия космических частиц. К таким частицам относятся, например, ионизированные (заряженные) частицы солнечного ветра. Магнитное поле изменяет траекторию их движения, направляя частицы вдоль линий поля. Необходимость наличия магнитного поля для существования жизни сужает круг потенциально обитаемых планет (если мы исходим из предположения, что гипотетически возможные формы жизни похожи на земных обитателей).

Ученые не исключают, что часть планет земного типа не имеют металлического ядра и, соответственно, лишены магнитного поля. До сих пор считалось, что планеты, состоящие из твердых скальных пород, как и Земля, содержат три основных слоя: твердую кору, вязкую мантию и твердое или расплавленное железное ядро. В недавней работе ученые из Массачусетского технологического института предложили образования "скалистых" планет без ядра. Если теоретические выкладки исследователей подтвердятся наблюдениями, то для расчета вероятности встретить во Вселенной гуманоидов или хотя бы что-то, напоминающее иллюстрации из учебника биологии, придется переписать.

Земляне тоже могут лишиться своей магнитной защиты. Правда, точно сказать, когда это произойдет, геофизики пока не могут. Дело в том, что магнитные полюса Земли непостоянны. Периодически они меняются местами. Не так давно исследователи установили, что Земля "помнит" о смене полюсов. Анализ таких "воспоминаний" показал, что за последние 160 миллионов лет магнитные север и юг менялись местами около 100 раз. Последний раз это событие произошло около 720 тысяч лет назад.

Смена полюсов сопровождается изменением конфигурации магнитного поля. Во время "переходного периода" на Землю проникает существенно больше космических частиц, опасных для живых организмов. Одна из гипотез, объясняющих исчезновение динозавров, утверждает, что гигантские рептилии вымерли именно во время очередной смены полюсов.

Кроме "следов" плановых мероприятий по смене полюсов исследователи заметили в магнитном поле Земли опасные подвижки. Анализ данных о его состоянии за несколько лет показал, что в последние месяцы в нем начали происходить . Настолько резких "движений" поля ученые не регистрировали уже очень давно. Вызывающая беспокойства исследователей зона находится в южной части Атлантического океана. "Толщина" магнитного поля в этом районе не превышает трети от "нормальной". Исследователи давно обратили внимание на эту "прореху" в магнитном поле Земли. Собранные за 150 лет данные показывают, что за этот период поле здесь ослабло на десять процентов.

На данный момент трудно сказать, чем это грозит человечеству. Одним из последствий ослабления напряженности поля может стать увеличение (пусть и незначительное) содержания кислорода в земной атмосфере. Связь между магнитным полем Земли и этим газом была установлена с помощью системы спутников Cluster – проекта Европейского космического агентства. Ученые выяснили, что магнитное поле ускоряет ионы кислорода и "выбрасывает" их в космическое пространство.

Несмотря на то, что магнитное поле нельзя увидеть, обитатели Земли хорошо его чувствуют. Перелетные птицы, например, отыскивают дорогу, ориентируясь именно на него. Существует несколько гипотез, объясняющих, как именно они ощущают поле. Одна из последних предполагает, что птицы воспринимают магнитное поле . Особые белки – криптохромы – в глазах перелетных птиц способны менять свое положение под воздействием магнитного поля. Авторы теории считают, что криптохромы могут выполнять роль компаса.

Кроме птиц магнитное поле Земли вместо GPS используют морские черепахи. И, как показал анализ спутниковых фотографий, представленных в рамках проекта Google Earth, коровы. Изучив фотографии 8510 коров в 308 районах мира, ученые заключили, что эти животные предпочтительно (или с юга на север). Причем "реперными точками" для коров служат не географические, а именно магнитные полюса Земли. Механизм восприятия коровами магнитного поля и причины именно такой реакции на него остаются неясными.

Кроме перечисленных замечательных свойств магнитное поле способствует . Они возникают в результате резких изменений поля, происходящих в удаленных регионах поля.

Магнитное поле не обошли своим вниманием сторонники одной из "теорий заговора" – теории о лунной мистификации. Как уже упоминалось выше, магнитное поле защищает нас от космических частиц. "Собранные" частицы скапливаются в определенных частях поля – так называемых радиационных поясах Ван Алена. Скептики, не верящие в реальность высадок на Луну, считают, что во время пролета сквозь радиационные пояса астронавты получили бы смертельную дозу радиации.

Магнитное поле Земли - удивительное следствие законов физики, защитный щит, ориентир и создатель полярных сияний. Если бы не оно, жизнь на Земле, возможно, выглядела бы совсем иначе. В общем, если бы магнитного поля не было - его необходимо было бы придумать.