Вопрос 48. Главное и переменное мп Земли. Вариации мп и их природа. Магнитные бури.

Геомагнитное поле делят по степени изменчивости и характеру динамики на главное (постоянное) и переменное магнитные поля. В первом случае магнитное поле свободно от всех типов вариаций с периодом до года, т.е. имеет вариации вековые, связанные с внутренними причинами. Эти вариации невелики. Они представляют собой изменения средних годовых значений геомагнитного поля за период в несколько десятилетий и столетий. Главное поле со средней напряженностью примерно 40 А/м существует около 3.10⁹ лет, что ненамного отличается от возраста Земли.

Переменное внешнее поле имеет внешнее происхождение и изменяется с различными периодами внутри года (от долей секунды до месяцев). Одни из этих изменений происходят плавно, подчиняясь определенной закономерности, и носят название спокойных (невозмущенных) изменений (вариаций), другие имеют беспорядочный характер, параметры геомагнитного поля (периоды, амплитуды, фазы) резко и непрерывно меняют свое значение. В таких случаях вариации геомагнитного поля называются возмущенными.

В спектре изменений МПЗ выделяются также колебания с периодами Т100 лет, Т = 80 и Т = 11 лет. Последний период, т.е Т =11 лет, связан с циклом солнечной активности.

В зависимости от причин и периода невозмущенные вариации классифицируются как солнечно-суточные, лунно-суточные и годовые.

Солнечно-суточные вариации - изменения элементов земного магнетизма с периодом, равным продолжительности солнечных суток, и представляют собой результат влияния магнитного поля Солнца на МПЗ (посредством ионизации верхних слоев атмосферы УФ-излучением Солнца), рис.29.

Рис. 29. Солнечно-суточные вариации элементов земного магнетизма.

Из рисунка (кривая вариаций магнитного склонения D) видно, что в течение суток магнитная стрелка ритмично движется то в одну, то в другую сторону: оставаясь в ночное время спокойной, утром магнитная стрелка достигает наибольшего отклонения к востоку около 8 ч местного времени, затем возвращается обратно и к 14 ч достигает максимального отклонения к западу. Такие колебания стрелки с амплитудой 15-20 угловых минут происходят изо дня в день и имеют период, равный солнечным суткам.

Другие элементы земного магнетизма также в течение суток ритмично изменяются. Солнечно-суточные вариации зависят от географической широты и времени года, поскольку они определяются интенсивностью УФ-лучей, т.е. положением Солнца. Поэтому амплитуды колебаний элементов земного магнетизма изменяются от одного дня к другому. В пределах одной географической широты суточный ход элементов земного магнетизма почти одинаков. Для точек, расположенных на одном меридиане суточный ход их подчиняется иной, но вполне определённой закономерности.

Вследствие суточных вариаций и магнитных возмущений магнитные полюсы Земли в течение суток смещаются относительно среднего положения примерно на 100 км. Поэтому на магнитных картах их отмечают кружком, а не точкой.

Лунно-солнечные вариации элементов земного магнетизма обусловлены воздействием силы тяжести Луны на земную атмосферу. Период вариаций равен лунным полусуткам (12 ч 25 мин 14 с), т.е. промежутку времени между двумя последовательными прохождениями Луны через меридиан места. Отличительной особенностью этих вариаций является их полусуточный характер, т.е. кривые изменения всех элементов земного магнетизма в течение лунных суток имеют два максимума и два минимума, моменты наступления которых меняются ежедневно в течение лунного месяца.

Имеются и другие виды вариаций периодического характера с амплитудой Н и Z всего лишь в несколько мА/м. Периоды таких возмущений находятся в пределах от сотых долей секунды до нескольких минут. Такие изменения МПЗ носят название короткопериодических колебаний (КПК) или магнитных пульсаций. Причин КПК много.

Таким образом, МПЗ обнаруживает чрезвычайную изменчивость, которая, менее свойственна другим геофизическим полям и является чувствительным показателем физических процессов как внутри Земли, так и в космическом пространстве, окружающем её.

Магнитные бури. В процессе возрастания и спада солнечной активности наблюдаются солнечные вспышки, обусловленные аномальными магнитными полями. Образуются они в местах максимального перепада магнитных полей. В этих местах под действием магнитных полей возникают электрические токи в сотни миллиардов ампер. Взаимодействуя, в свою очередь, с магнитными полями, они создают силы, приводящие в движение плазму, которая выталкивается с поверхности Солнца. Считается, что так возникают солнечные вспышки, которые затрагивают все слои солнечной атмосферы и наиболее интенсивно – хромосферу. Поэтому их часто называют хромосферными.

Хромосферные вспышки выглядят так. Часть солнечной атмосферы площадью около 25 млрд. км², т.е. примерно равная площади большого солнечного пятна, внезапно вспыхивает. Яркость свечения в свете водородной линии увеличивается в десятки раз. Большие вспышки состоят из сложных переплетений «раскаленных добела» волокон, которые достигают наибольшей интенсивности через 5-10 мин после своего возникновения. Затем эти волокна медленно меркнут в течение последующих 1-2 часов. Хромосферные вспышки делятся на классы в зависимости от их интенсивности – от 1 (наименее интенсивные) до 3 (наиболее интенсивные). Введена еще более высокая категория вспышек, класса 3⁺, к которой относятся хромосферные вспышки исключительно большой площади и интенсивности.

Хромосферные вспышки всегда связаны с солнечными пятнами. Чаще всего они происходят в центральных областях групп солнечных пятен, реже – вдали от них. Когда вспышка происходит вблизи края солнечного диска, она напоминает фонтан, выбрасывающий струи вещества на высоту в полмиллиона километров и более.

Путем многолетних наблюдений установлено, что имеется определенный тип солнечных пятен, в которых хромосферные вспышки происходят с наибольшей вероятностью. Такие солнечные пятна способны породить за время одного прохождения по полусфере Солнца 30–40 хромосферных вспышек. Пятно другого типа, хотя и той площади, может излучать только одну хромосферную вспышку или не дать даже ни одной.

При вспышках выделяется энергия около 10²⁵ Дж (в виде электромагнитного излучения и частиц высоких энергий). Эта энергия эквивалентна энергии атомного взрыва мощностью 1 млрд. Мт ТНТ. Выбрасываемые частицы в виде мощных облаков плазмы, состоящей из электронов и ионов (водорода, гелия, магния, которых больше всего в солнечной хромосфере) примерно в равных количествах, достигают Земли за одни-двое суток (их скорость 500 – 1600 км/с) и вызывают различные геофизические явления: геомагнитные бури, изменения геоэлектрических полей, колебания концентрации радона в приземной атмосфере, инфразвуковые колебания и т.д.