Магнитная ось Земли почти параллельна ее оси вращения, поэтому многие
исследователи предполагали, что магнитное поле возникает вследствие вращения
Земли. В физике известны явления, когда при вращении возникает магнитное
поле. Одно из таких явлений — эффект Барнета — Эйнштейна, при котором каждый
атом рассматривается как волчок, обладающий магнитным моментом. При вращении
таких атомов-волчков их оси вращения устанавливаются параллельно, при этом
так же располагаются их магнитные моменты.
Но расчеты показали, что, если бы магнитное поле Земли возникло таким
путем, оно было бы в 10 млрд. раз меньше.
Другая гипотеза связывала возникновение магнитного поля Земли с тем,
что на ее поверхности имеется отрицательный электрический заряд. Вращаясь
вместе с Землей, этот заряд образует круговой электрический ток, а там,
где есть круговой ток, есть и магнитное поле, направленное по оси круга.
Но отрицательный заряд на поверхности Земли слишком мал, чтобы могло возникнуть
поле нужной величины. Обе эти гипотезы не могли объяснить инверсии геомагнитного
поля.
В 1947 г. советский физик Я. И. Френкель совсем иначе объяснил
образование магнитного поля в Земле. Он предположил, что вещество земного
ядра обладает электрической проводимостью и совершает вихреобразные перемещения.
Если имеется какое-то небольшое начальное магнитное поле, то земное ядро
будет представлять собой некое подобие генератора электрического тока:
движение проводника в магнитном поле приведет к возникновению электрического
тока, а электрический ток вызовет магнитное поле, которое будет складываться
с первоначальным и усилит его. Оба предположения, положенные в основу этой
гипотезы, вполне разумны. Часть ядра Земли, в интервале 1,5— 3 тыс. км
от центра Земли, ведет себя как жидкое пластичное тело, и перемещения вещества
в нем возможны. Вызвать вихревые перемещения конвек-тивного характера может
сильный нагрев за счет распада радиоактивных веществ в центральной части
ядра или же изменение вещества в самом жидком слое. Первоначальное поле
может быть обусловлено хотя бы эффектом Барнета — Эйнштейна.
Впоследствии гипотеза Я. И. Френкеля была значительно переработана и
развита другими учеными в стройную теорию происхождения магнитного поля
Земли. Появилось направление в науке, занимающееся связью движущейся проводящей
среды с магнитным полем, — магнитогидродинамика.
Удалось выяснить, что проводящая жидкость, движущаяся в магнитном поле,
искажает его: магнитные силовые линии как бы захватываются и увлекаются
движущейся жидкостью. Жидкая, пластичная часть ядра при вращении увлекает
за собой силовые линии начального магнитного поля. В результате образуются
два круговых соленоида (вспомните опыты с катушками-соленоидами на уроке
физики): две баранки, состоящие из силовых линий магнитного поля, одна
из которых опоясывает ядро по широте в Южном полушарии, а другая — в Северном.
Вещество жидкого ядра совершает, кроме того, конвективные перемещения,
о которых говорилось в гипотезе Френкеля. Взаимодействие этих конвективных
движений с кольцевыми полями внутри ядра и приводит к возникновению того
магнитного поля, которое мы наблюдаем на поверхности Земли.
Ось такого магнитного поля должна быть близка к оси вращения, а возбужденное
таким образом магнитное поле, как показывает теория, будет пульсировать.
С этими пульсациями и связаны, очевидно, вариации магнитного момента. Увеличиваясь
по амплитуде, пульсации в какой-то момент приводят к изменениям знака магнитного
момента — происходит инверсия геомагнитного поля.
Главная