В.П. Щербаков рассказал о работах по изучению магнитного поля Земли

28.04.2021

_{Валерий Прохорович Щербаков (фото: ИА "Научная Россия")}

Магнитное поле Земли, по современным представлением, защищает нас от солнечного ветра и космического излучения, обеспечивая тем самым целостность атмосферы и пригодность нашей планеты для жизни. Профессор Валерий Прохорович Щербаков, доктор физико-математических наук, заведующий лабораторией палеомагнетизма и исследования вещества горных пород Геофизической обсерватории «Борок» ИФЗ РАН, рассказал в интервью ИА "Научная Россия" об исследованиях геомагнитного поля, его инверсий и эволюции в целом.

История лаборатории:

Лаборатория была основана 60 лет тому назад Александром Сергеевичем Большаковым, который приехал в Борок вскоре после того, как наш поселок организовался как научный центр. Со дня своего создания лаборатория занимается двумя темами: изучением поведения геомагнитного поля в геологическом прошлом и исследованием вещества горных пород с помощью электронной микроскопии, рентгеноструктурного анализа и других аналитических методов.

_{Образцы горных пород, хранящие магнитную запись о состоянии геомагнитного поля в геологическом прошлом, подготовленные для исследований}

_{(фото: ИА "Научная Россия")}

Создание приборов:

Специфика изучения палеомагнетизма и магнетизма горных пород не позволяет применять стандартные физические приборы, используемые в физике магнетизма. Мы изучаем породы с очень слабой намагниченностью и со слабыми полями, индуцирующими эту намагниченность. Физики обычно имеют дело с сильными материалами и сильными магнитными полями, и, как правило, их приборы просто не подходили. Сначала мы приглашали в лабораторию хороших инженеров, которые строили самодельные приборы, учитывая иностранный опыт. Даже в советское время у нас были достаточно сильные связи по разным каналам, в том числе, и по приборостроению. Тогда нами были построены самодельные астатические магнитометры, а позже так называемый рок-генератор, который делали уже в массовом порядке в Баку. Этот прибор был страшно тяжелый, переносить его можно было только вдвоем, но, тем не менее, свою функцию он выполнял.

"Для наших целей также необходимо измерять намагниченность образцов при нагреве при высоких температурах, одновременно прикладывая к образцам магнитное поле. Для того чтобы совместить нагрев и измерения, Константин Бураков из Института физики Земли изобрёл термомагнитометр с вибрирующим образцом (внутри печки в пермаллоевом немагнитном экране вибрировал вертикально расположенный образец). Этот прибор довольно долго и успешно работал в московской лаборатории нашего института. В это же время в Борке появился талантливый инженер Юрий Виноградов, который повторил и модернизировал прибор Буракова. В новом варианте термомагнитометр теперь «умеет» измерять полный вектор намагниченности во время нагрева и охлаждения образца. Сейчас наш прибор модернизирован и целиком управляется компьютером", - рассказал Валерий Прохорович.

_{Пульт управления вибрационным магнитометром Вибрационный магнитометр}

_{(фото: ИА "Научная Россия")}

Исследование инверсий магнитного поля Земли:

Исследование инверсий - очень интересная и плодотворная область научных изысканий. В настоящее время в нашем распоряжении имеется стандартная геологическая стратиграфическая шкала, а также магнитостратиграфическая шкала, у истоков которой стоял выдающийся палеомагнитолог Алексей Никитич Храмов (Санкт-Петербург). Согласно этой шкале, в течение последних полмиллиарда лет инверсии магнитного поля Земли происходили не менее тысячи раз. При этом последние 160 миллионов лет изучены достаточно подробно, и с высокой степенью надёжности можно сказать, что за это время в среднем каждые 200 тысяч лет происходила инверсия, когда полюса менялись местами.

Сам по себе процесс инверсии занимает примерно 10000 лет, в течение этого периода положение магнитных полюсов постепенно смещается от полярных областей в сторону средних и экваториальных широт, параллельно этому напряжённость поля убывает до значений, раз в 10 меньше её современной величины.

Через несколько тысяч лет поле начинает восстанавливаться по величине и стабилизироваться по направлению, но только с обратным расположением геомагнитных полюсов. Таким образом, в самый разгар инверсии геомагнитный диполь как бы «исчезает», остаются только мультипольные составляющие геомагнитного поля с достаточно сложной геометрией.

Если сейчас (в нормальный период), благодаря дипольному характеру поля, имеются хорошо выраженные северный и южный магнитные полюса, то во время инверсии, при слабой дипольной компоненте, их может быть, например, четыре. К тому же, они быстро перемещаются по земной поверхности в силу высокой нестабильности поля.

Что же касается геологических эпох, то напряжённость поля и в стабильные периоды по ходу эволюции Земли как планеты может существенно изменяться. Скажем, часть мезозоя, в интервале от 130 до 250 миллионов лет тому назад, характеризуется напряжённостью примерно в три раза меньше, чем в настоящее время. Если же уходить вглубь времён на миллиарды лет, то возникает другой интересный вопрос: когда вообще возникло геомагнитное поле? Согласно современным данным, это случилось достаточно рано. Если самой Земле как планете примерно 4 миллиарда 500 миллионов лет, то геомагнитное поле уже точно генерировалось 4 миллиарда лет тому назад. На самом деле, это экзистенциальное событие: солнечный ветер, особенно на ранних стадиях зарождения Земли, снес бы всю атмосферу, если бы не магнитное поле – тот самый пресловутый защитный экран.

"В обозримом будущем очередная инверсия геомагнитного поля маловероятна, но этого нельзя исключить полностью. Как показывают расчёты, статистическая вероятность того, что она произойдет в ближайшие 30 тысяч лет – примерно 5 процентов. Не так уж и мало. К тому же, как известно из инструментальных наблюдений, в последние 400 лет напряжённость магнитного поля Земли падает примерно на 5 % за столетие. Остановится ли это падение в последующие несколько столетий – большой вопрос. Иначе говоря, человечеству нужно быть готовым к тому, что в ближайшие 200-300 лет поле может сильно измениться", - поделился В.П. Щербаков.