Геомагнитное поле

ГЕОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ (а. geomagnetic field; н. Geomagnetfeld, erdmagnetisches Feld; ф. champ geomagnetique; и. campo geomagnetiсо) — магнитное поле Земли, создаваемое в основном действием источников, расположенных внутри Земли, а также в магнитосфере и ионосфере.

Геомагнитное поле в каждой точке характеризуется вектором напряжённости, направление и величина которого определяются тремя ортогональными компонентами (северной, восточной и вертикальной) и модулем полного вектора, склонением (угол между горизонтальной компонентой и географическим меридианом) и наклонением (угол между полным вектором и горизонтом). Величина вектора напряжённости магнитного поля Земли измеряется в нанотеслах (нТл) и меняется от 6,8•10⁵ нТл на полюсах до 3•10⁵ нТл на экваторе. Геомагнитное поле в первом приближении можно представить полем однородно намагниченного шара, магнитный момент которого направлен под углом 11,5° к оси вращения Земли, или полем диполя. Полюсы геомагнитные (однородно намагниченного шара) и полюсы магнитные (реальные полюсы Земли) задают систему геомагнитных координат (широта геомагнитная, меридиан геомагнитный) и магнитных координат (широта магнитная, меридиан магнитный). Отклонения геомагнитного поля от поля диполя (шара) называют аномалиями (см. геофизическая аномалия).

Геомагнитное поле характеризуется неоднородной пространственной структурой и широким спектром вариаций. Это объясняется тем, что оно создаётся за счёт источников различной природы. Возникновение основных компонентов (96-99%) поля, согласно наиболее распространённой гипотезе, объясняется движением электропроводящего вещества в жидкой части ядра, которое приводит к самовозбуждению главного магнитного поля (ГМП). Изменения ГМП состоят из глобальных, к которым относятся уменьшение магнитного момента со скоростью 25 нТл в год, смещение к западу ("западный дрейф") со скоростью 0,2° в год и изменения (вековые вариации) с амплитудами 150-180 нТл в год, охватывающие крупные регионы. Характерное время вариаций ГМП от 20 до 2,4•10³ лет определяется из прямых наблюдений и археомагнитных данных; палеомагнитные наблюдения позволили выявить также смену полярности, т.н. инверсии, которые происходят через интервалы времени от 5•10⁵ до 5•10⁷ лет.

Взаимодействие потока заряженных частиц (солнечного ветра) с ГМП приводит к образованию в пространстве, окружающем Землю, магнитосферы, в пределах которой возникают сложные токовые системы, создающие внешнее магнитное поле (ВМП). Эта часть поля наиболее динамична, его изменения имеют период от долей секунд до 11 лет и связаны с изменением солнечной активности.

Для изучения магнитного поля проводят магнитные съёмки (в основном магнитометрами) на суше, в океанах (на немагнитных судах или с датчиками, буксируемыми за судном), в воздушном пространстве (аэромагнитная съёмка), с 1964 — глобальные съёмки с искусственных спутников Земли. Результаты съёмок представляются в виде карт различных масштабов, на которых точки с равными значениями склонения, наклонения и напряжённости соединяются линиями равных значений (соответственно изогонами, изоклинами и изодинамами). Карты составляются для определенного момента времени (эпохи); на картах элементов указывается величина годовых изменений геомагнитного поля. Наряду с картами составляются аналитические модели. В 1968 в качестве стандарта при глобальных исследованиях была принята международная модель магнитного поля Земли. Координация исследований геомагнитного поля в глобальном масштабе осуществляется Международной ассоциацией по геомагнетизму и аэрономии.

Практическое применение явлений геомагнитного поля. Под действием геомагнитного поля магнитная стрелка располагается вдоль магнитного меридиана. Это явление с древнейших времён используется для ориентирования на местности, в геодезической и маркшейдерской практике и т.д. горные породы, содержащие ферромагнитные минералы, намагничиваются в геомагнитном поле, создавая аномалии, на основе изучения которых проводят поиски и разведку месторождений, геологическое картирование территорий (см. магнитная разведка, магнитный каротаж). На основе определения остаточной намагниченности горных пород восстанавливают историю геомагнитного поля (палеомагнитные реконструкции). По изменению остаточной намагниченности, обусловленной инверсией геомагнитного поля, расчленяют толщи осадочных или вулканических пород, уточняют датировку их возраста и последовательность геологических событий. Вариации ВМП используются для разведки полезных ископаемых и изучения внутреннего строения Земли (см. магнитотеллурические методы разведки). Изучение внешней (индуцирующей) и внутренней (индуцированной) частей поля позволяет судить о распределении проводимости внутри Земли.