Происхождение магнитного поля
При вращении Земли вокруг собственной оси жидкий слой внешнего ядра позволяет мантии и твердой коре вращаться быстрее внутреннего ядра. В результате электроны в ядре движутся относительно электронов в мантии и коре. Это движение электронов образует природное динамо. Оно и создает магнитное поле, аналогичное полю катушки индуктивности.
Магнитная ось Земли под углом около 11° наклонена к ее географической оси. Она непрерывно меняет свой угол наклона, но настолько медленно, что на протяжении нескольких десятков тысяч лет почти сохраняет свое относительное положение.
Стрелка на компасе отклоняется несколько в сторону от географических полюсов. Угол между магнитным меридианом и географическим изменяется от одного района к другому. Небольшие отклонения магнитного поля, вероятно, обусловлены локальными вихревыми движениями во внешнем ядре, на стыке ядра и мантии. Аналогичный эффект могут вызывать крупные тела намагниченных пород и руд в земной коре.
Геомагнитное поле подвержено воздействию солнечного ветра – потока электрически заряженных частиц, испускаемых Солнцем. Попадая в наружную атмосферу Земли, эти частицы вызывают небольшие изменения ее магнитного поля вблизи земной поверхности, которые носят систематический (как ночные и дневные) или нерегулярный (как магнитные бури) характер.
Земное магнитное поле в прошлом
Под действием магнитного поля планеты горные породы намагничивались во время формирования, сохраняя эту намагниченность в следующие эпохи. Это явление называется палеомагнетизмом. При нагревании породы, как и постоянный магнит, теряют свою намагниченность. Остывшие породы вновь намагничиваются земным полем. Эта естественная остаточная намагниченность ориентирована параллельно силовым линиям геомагнитного поля, существовавшего во время образования пород. Поэтому в породах навсегда запечатлено направление того поля, которое действовало в момент их застывания, что может быть использовано для изучения геологической истории магнитного поля Земли.
Техника палеомагнитных исследований заключается в измерении естественного остаточного магнетизма в высверленных из массива пород цилиндрических столбиков. Полученные палеомагнитные координаты образцов позволяют определить первоначальное местоположение пород. Палеомагнитные координаты, выраженные в магнитных широтах, подобны географическим широтам (но только по отношению к магнитному полюсу) и относятся к положению магнитного полюса в период намагничивания породы. Данные, полученные в результате такого рода измерений, свидетельствуют о том, что долгое время магнитные полюсы «блуждали», меняя свое положение. Блуждание полюсов на материках фиксируется по-разному. Но для определенного периода геологической истории полярные направления, установленные на разных материках, могут быть совмещены в одну линию, если представить себе эти материки в иных, чем сегодня, положениях. Именно таким путем удалось установить и нанести на карту путь дрейфа материков. Результаты, полученные с помощью этого метода, довольно хорошо согласуются с другими свидетельствами континентального дрейфа – спредингом морского дна и данными, полученными при изучении горных пород и окаменелостей, характеризующими палеоклиматические условия.
Полярность остаточной намагниченности («ископаемого» магнитного поля) горных пород, сформированных в короткие промежутки времени, оказывается обратной. Этот факт объясняется не поворотом материка на 180° (на это понадобилось бы слишком много времени), а изменением полярности геомагнитного поля. Такая перемена направления земного магнитного поля называется обращением или инверсией. Инверсии отмечают границы периодов геологической истории, в течение которых геомагнитное поле сохраняло постоянную полярность. Периоды эти имели различную продолжительность. Возрастное датирование инверсий (путем изучения распада радиоактивных изотопов в горных породах) позволило создать палеомагнитную шкалу геологического времени. Эта шкала может быть использована для определения возраста пород посредством анализа их остаточной намагниченности. Сопоставление палеомагнитной шкалы времени с «магнитными аномалиями» морского дна подтвердило гипотезу спрединга.
Магнито- и электроразведка
Многие рудные тела и породы, богатые магнитными минералами, создают сильное локальное магнитное поле. Это их свойство используется при геофизических поисках и разведке месторождений полезных ископаемых. С помощью чувствительных приборов – магнитометров выявляют промышленно-ценные скопления минералов. Существует также метод, использующий естественные электрические токи, которые возникают между земной поверхностью и рудным телом благодаря просачивающимся грунтовым водам. Взаимодействие таких токов с геомагнитным полем поддается измерению и служит основой для обнаружения месторождений.
