• 5

6.3. Структура главного геомагнитного поля

Морфологически главное геомагнитное поле представляет со­бой осредненное квазипостоянное поле, включает мировые об­ширные аномалии (области, соизмеримые с размерами материков), локальные аномалии (области протяженностью в сотни километров и меньше) и имеет вековой ход (медленные, с периодом более года, изменения геомагнитного поля). Источ­ники главного магнитного поля связаны с электромагнитными процессами, протекающими на больших глубинах (3000— 4000 км). Источники локальных аномалий распределены в верх­них слоях земной коры.

Самое большое искажающее влияние на плавное распреде­ление главного геомагнитного поля оказывают мировые анома­лии. Примечательно, что большая часть этих аномалий располо­жена в океанах (табл. 19). Мировые аномалии дрейфуют в западном направлении. При этом скорость их дрейфа в Атлан­тическом и Индийском океанах значительно больше, чем в Ти­хом. Магнитный эффект этих экстремальных областей обуслов­лен системой вихревых электрических токов, протекающих во внешнем ядре и на границе ядро—мантия.

Таблица 19

Мировые аномалии, географические координаты их центров и значения вертикальной составляющей магнитного поля (в эрстедах) (по Б. М. Яновскому^!!])

Мировая аномалия

Эпоха 1885 г.

Эпоха 1950 г.

9"

v

V

нг

Восточно-Сибирская

35

110

+0,139

45

100

+0,175

Северо-Америкаиская

42

268

+0,084

40

270

+0,066

Тихоокеанская

45

182

-0,021

50

190

—0,030

Африканская

0

20

-0,124

0

10

-0,155

Южно-Индийская

50

325

+0,164

60

325

+0,167

Антарктическая

60

33

+0,166

В качестве примера на рис. 55 приведено распределение на­пряженности главного магнитного поля. При общей закономер­ности постепенного увеличения напряженности с широтой (от 0,30 Э на экваторе до 0,65 Э на полюсах ') в областях миро­вых аномалий эта зональность нарушается.

1 Поскольку в геофизике до сих пор используют гауссову систему еди­ниц, значения напряженности магнитного поля приводятся в эрстедах. Од­нако следует помнить, что 1 Э соответствует 79,6 А/м.

Вековой ход главного геомагнитного поля, характеризующий медленные изменения средних годовых значений элементов поля, является совокупным следствием ряда физических процессов. В вековом ходе выделяются следующие компоненты:

1) изменения, охватывающие весь земной шар и обусловлен­ные общим планетарным процессом, связанным с уменьшением магнитного момента Земли на 5% за последние 100 лет;

 

2)         изменения, вызываемые физическими процессами внутри Земли в верхней части ядра на границе с мантией и связанные с вихревыми токами. С изменением интенсивности этих вихрей и их перемещением под поверхностью Земли связаны области особенно больших вековых вариаций, так называемые фокусы векового хода. Часть этих фокусов расположена в океанах. Из­менение элементов геомагнитного поля в этих фокусах, а также положение самих фокусов непрерывно меняются;

3)         изменения, обусловленные физическими процессами, про­текающими в земной коре, и связанные с тектоническим и гео­логическим строением коры. Вековой' ход, обусловленный этими процессами, невелик. Однако в отдельных районах (вулканиче­ских и сейсмоактивных) он может быть существен;

4) изменения, обусловленные физическими процессами в верхних слоях атмосферы и связанные с циклами солнечной активности.

Совокупность перечисленных процессов, влияющих на веко­вой ход главного геомагнитного поля, определяет достаточно широкий диапазон временных и пространственных масштабов вековых вариаций. Как видно из табл. 20, период векового хода изменяется от тысячи лет и более до одиннадцати лет.

Таблица 20

Временные и пространственные масштабы векового хода (по В. П. Головкову [2])

Период, лет

Масштаб, тыс. км

>103

6

(6-*-10)-10»

2

6-10

0,5-0,7

20

6

11

6

На рис. 56 представлен вековой ход модуля вектора напря­женности для эпохи 1965—1970 гг. Его характерной особенно­стью является то, что изменение напряженности в южном по­лушарии значительно больше, чем в северном. Выделяется фо­кус векового хода у Антарктиды с прилегающими районами Атлантического и Индийского океанов, где уменьшение магнит­ной напряженности достигает 1,0—1,2 мЭ/год.

В Тихом океане уменьшение напряженности магнитного поля составляет всего 0,1—0,3 мЭ/год. Ярко выражен и другой фокус векового хода, расположенный в северной части Атлантического океана, где уменьшение напряженности поля составляет 1,2 мЭ/год.

В отличие от мировых, локальные аномалии образуют высо­кочастотную часть главного геомагнитного поля и имеют слож­ную знакопеременную структуру. Напряженность поля локаль­ных аномалий меняется от 1,0 до 13,0 мЭ, пространственные их размеры составляют 5—100 км.

Основным источником локальных магнитных аномалий явля­ется существование в земной коре магнитно-активных слоев, мощность которых тесно связана с тектоническим строением коры. В геосинклинальных областях она составляет 15—25 км, а на платформах 30—50 км. Существует тесная связь между аномальным магнитным полем и основными структурами океа­нического дна (рис. 57). Подводные горы (Срединно-Атлантиче- ский и Индийский хребты) обладают повышенной магнитной

активностью, связанной с неоднородностью строения нижней части коры в этих районах. Среднеквадратичное отклонение на-

 

Рис. 56. Карта векового хода модуля магнитной напряженности эпохи 1965—1970 гг. [1]. Значения изопар —в мЭ/год.

пряженности поля здесь достигает 17,0—18,0 мЭ. В глубоковод­ных впадинах всех океанов вследствие увеличения мощности

 

Срединно- Склоны океанические поднятий хребты

Глубоководные котловины

Прибрежные районы

Рис. 57. Зависимость сред­неквадратичного отклоне­ния напряженности ано­мального магнитного поля от основных структур океа­нического дна [3].

слоя осадочных пород, которые не обладают повышенной намаг­ниченностью, среднеквадратичное отклонение уменьшается по­чти до 1,0 мЭ. Склоны хребтов по аномальности магнитного поля занимают промежуточное положение.

Аналитически главное геомагнитное поле, представляющее собой низкочастотную часть суммарного магнитного поля, мо­жет быть представлено сферическим гармоническим рядом Га­усса, точнее, его первыми 20—35 гармониками. В предположе­нии потенциальности поля магнитный потенциал Uu от источни­ков, лежащих ниже поверхности на произвольном расстоянии г от центра Земли, выражается рядом сферических гармониче­ских функций:

00 л

Oh=R 2 2 (g"coswX + A^sm/TiX)^)""1"1 A.(cosQ). (6.25)

л=1 m=0         V '

Аналогичными рядами представляются компоненты магнит­ного поля по сферическим координатам 9, К, г:

00 л

            2(gZcosmk+hZslnm\)x

л = 1 111=0 «в л

Я»       2 2 (g?cosmi-tfsta/7rt)X

х          <cos 8>;

00 л

иг         2 2 (g?cosmX+A?sinmX)X

л=1я1 = 0

х(4-)л+2 (п+1)Рп (COS0),    (6.26)

где R — радиус Земли; Р™ (cos 9) — присоединенные функции Лежандра; А™— сферические гармонические коэффициенты; Не, Нт — составляющие вектора магнитной напряженности Н по осям 9, Я, г соответственно.

Каждый из членов ряда Гаусса имеет вполне определенный физический смысл. Первый член разложения представляет со­бой потенциал, создаваемый однородно намагниченным шаром. Остальные члены ряда соответствуют потенциалам полей, яв­ляющимся различными комбинациями из двух, трех диполей и т. д. (мультиполи).

Авторы: 1379 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я

Книги: 1908 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я