Все мы живем внутри невидимого поля, которое пронизывает каждую клетку нашего тела и влияет на глобальные процессы на Земле. Магия здесь ни при чем. Речь лишь о магнитном поле нашей планеты и опасностях, мифических и настоящих, которые оно может причинить.
Стрелка компаса
«Магнитное поле Земли ослабевает! Магнитные полюса смещаются! Приближается инверсия полюсов! Человечеству угрожает опасность!». Слышали когда-нибудь такое? Почти наверняка, что даже в этом году уже успели услышать.
Магнитного поля нашей планеты мы не видим, однако оно пронизывает все вокруг нас и играет чрезвычайно важную роль в существовании жизни на Земле. Поэтому любой намек на то, что с его стороны может быть какая-то опасность, легко приведет к панике.
А лучшее средство от паники — это понимать, как устроена потенциально опасная вещь. С магнитным полем нашей планеты это нелегко, но есть отличная стартовая точка. Стрелка компаса. Этим устройством люди пользуются уже не одну сотню лет и знают, что он всегда показывает на север.
При этом компас отнюдь не является магическим артефактом. Чтобы его создать, можно взять обычную металлическую иглу, намагнитить ее, например, потереть разные концы разными сторонами магнита и подвесить на нитке. Она всегда будет указывать на полюс, если, конечно, рядом нет другого магнита или большого куска железа.
В принципе, если вы представите себе магнитное поле Земли как огромное количество намагниченных игл, подвешенных в разных местах, то ошибетесь не так уж и сильно. Но как оно возникает?
Динамо внутри Земли
Главный принцип, который надо усвоить для понимания магнитного поля, следующий: движение электрических зарядов порождает магнитное поле, а магнитное поле заставляет заряженные частицы двигаться. Вместе это явление называется электромагнетизмом. Он имеет невероятно большое количество проявлений, но для начала стоит запомнить, что для того, чтобы такое мощное магнитное поле, как Земное, возникло, надо, чтобы заряженные частицы двигались относительно проводников.
В случае нашей планеты это движение происходит во внутреннем ядре, которое находится в самом центре нашей планеты, внешнем ядре, которое его окружает, и частично в мантии, которой окружены первые два.
Внутреннее ядро содержит большое количество железа и никеля и является твердым, несмотря на то, что его температура составляет около 5400°С. Его диаметр составляет почти 2440 км. Оно окружено внешним ядром, которое начинается на глубине 2890 км под поверхностью нашей планеты.
Во внешнем ядре также много железа и никеля, хотя там хватает и кислорода с серой. И этот слой находится уже не в твердом состоянии, а является вязкой жидкостью. Его можно сравнить со сметаной. Только надо помнить, что существует она при температуре около 4400°C и бешеном давлении.
Материал внешнего ядра является токопроводящим. При этом скорость вращения внутреннего ядра немного отличается от остальной части планеты. В результате этого во внешнем ядре возникают конвективные потоки, которые, по сути, и являются движением зарядов. Процесс этот на самом деле достаточно сложный, поскольку в нем также участвуют такие силы, как трение на границе внутреннего и внешнего ядер, возникновение в них электрических токов, тепломассопередача во внешние слои и многие другие факторы. Эта модель называется геодинамо, поскольку механизм ее действия подобен одному из простейших генераторов электрического тока — динамомашине.
Проявления магнитного поля Земли
В конце концов результат всего этого процесса однозначен — образуется гигантский магнитный диполь. Его можно представить с помощью уже упомянутых подвешенных на нитке игл. Если представить огромное их количество, то они будут образовывать замкнутые дуги, выходящие из одного магнитного полюса и входящие в другой. Они называются силовыми линиями магнитного поля и на самом деле являются достаточно воображаемыми. Это просто визуализация направления, в котором действуют вызванные электромагнетизмом силы. Именно они и разворачивают иглу компаса в определенном направлении.
При этом еще много веков назад люди заметили, что стрелка компаса указывает не точно на географический полюс Земли, который хорошо вычисляется по движению небесных светил, а куда-то немного в сторону от него. Это означает, что ориентация диполя внутри Земли не совсем совпадает с осью нашей планеты, и в этом нет ничего удивительного, если вспомнить, что возникает он в динамично движущемся слое жидкости.
Стоит отметить, что силовые линии магнитного поля Земли не заканчиваются над ее поверхностью. Они тянутся на многие тысячи километров вокруг поверхности, и именно эта их часть является на самом деле важнейшей для жизни на нашей планете. Ведь именно там они останавливают заряженные частицы, летящие к нам от Солнца и других звезд.
Частично их способна поглощать атмосфера планеты или, если говорить о той жизни, что скрывается в глубинах океанов, толща воды. Но без магнитных полей справиться с этой задачей им было бы сложно.
О мощности магнитного поля Земли ярко свидетельствуют полярные сияния. Энергию им снабжают заряженные частицы, которые были пойманы линиями магнитного поля и направлены ими в полярные зоны, где входят в атмосферу. Там они взаимодействуют с молекулами газов, которые тормозят их и превращают опасную энергию в видимый свет. Интенсивность полярного сияния показывает, какое количество потенциально вредной для жизни энергии перехватывает и нейтрализует взаимодействие магнитного поля и атмосферы.
Магнитные аномалии и движение полюсов
Все вышесказанное — это лишь упрощенная схема функционирования магнитного поля Земли. На самом деле с ним все еще сложнее из-за наличия магнитных аномалий. Это зоны на Земле, которые генерируют собственные магнитные поля. Например, они образуются в районах срединных океанических хребтов, где рождается новая кора. Там они имеют вид полос, параллельных к самим разломам.
Другая большая группа аномалий — те, что связаны с подземными магматическими потоками. Как уже было указано, во внешнем ядре Земли происходит сложное перераспределение массы и энергии, и часть ее переходит в мантию — слой, который находится между ядром и корой нашей планеты. Он тоже горячий, жидкий, вязкий и до определенного предела электропроводящий.
В мантии Земли могут возникать мощные потоки длиной в тысячи километров. И если там присутствует движение зарядов, то они генерируют собственные магнитные поля, которые имеют размер меньше общепланетного, но все равно могут растягиваться чуть ли не на целый континент.
Наконец, могут быть локальные магнитные аномалии, размер которых не превышает нескольких десятков километров. Они связаны с наличием под землей на значительно меньшей глубине каких-то минералов (чаще всего это железные руды), которые тоже могут проводить ток и намагничиваться.
Все эти аномалии накладываются на глобальное магнитное поле и могут приводить к его искажению. Например, хорошо известно, что если под землей есть руда, то в том месте компас может начать крутиться как бешеный.
Больше всего на магнитное поле нашей планеты влияют аномалии, связанные с мантийными потоками. Из-за них магнитные полюса Земли могут отличаться от географических даже сильнее, чем это обусловлено ориентацией диполя, связанного с ядром Земли. Собственно, северный и южный полюса нашей планеты расположены так, что ось, проведенная через них, не проходит через геометрический центр Земли.
Кроме того, магнитные полюса нашей планеты движутся. Связано это все с теми же мантийными потоками, которые хоть и медленно, но все время меняют направление своего движения. Лучше всего это видно по северному магнитному полюсу, который в XIX–ХХ веках путешествовал по канадскому архипелагу, а в последние десятилетия достаточно быстро движется через Северный Ледовитый океан к берегам Евразии.
Есть ли в этом процессе что-то опасное, или хотя бы необычное? Ответ на первый вопрос — почти наверняка, нет. Ведь общая мощность большого диполя магнитного поля от этого не меняется, а значит, и его защитные свойства не меняются.
Ответ же на второй вопрос дать гораздо сложнее. Ученые наблюдают за северным магнитным полюсом лишь несколько столетий. Практически все это время он двигался, причем достаточно хаотично и с изменяющейся скоростью, так что и в современном движении нет ничего удивительного.
Однако никто не может на 100% исключить, что до этого он пару тысяч лет не стоял на месте. Из той достаточно ограниченной информации, которую мы имеем о мантийных потоках, практически каждое развитие событий можно считать естественным. Утверждать, что они являются признаком надвигающейся катастрофы, не сможет никто.
Инверсии магнитного поля Земли
Наконец, стоит упомянуть о том, что больше всего вызывает страх среди людей. Инверсии магнитного поля. Это такие ситуации, когда оно меняет свою полярность, и северный магнитный полюс становится южным, и наоборот.
Звучит страшно, но само по себе никаких больших последствий это явление не имеет. Географические полюса остаются на местах. Земля не переворачивается и никто никуда с нее не падает. Просто меняется направление силовых линий, и стрелка компаса начинает указывать на юг. Необычно, но прямой угрозы человечеству нет.
Однако во время этого события, особенно на начальном и конечном этапах, напряженность поля может снижаться до нуля. И если бы только на Земле. То же самое происходит и с теми магнитными полями, что протянулись в космосе. А значит, их способность задерживать высокоэнергетические частицы резко снижается, и те начинают чаще попадать в клетки живых организмов.
Это может длиться сотнями, тысячами и десятками тысяч лет, из-за чего живые организмы теоретически могут умереть от радиационного поражения. И именно этого на самом деле боятся ученые, когда речь заходит о том, что магнитное поле Земли может исчезнуть.
Чем именно вызваны инверсии магнитного поля Земли — сказать трудно. Скорее всего, ответ кроется где-то в непредсказуемых потоках вещества во внешнем ядре нашей планеты.
Однако впадать в панику не стоит. Дело в том, что изменения полярности магнитного поля хорошо отслеживаются по тем самым поперечным магнитным аномалиям вблизи океанических хребтов. И они подсказывают ученым, что такие события только за последние несколько сотен миллионов лет случались десятки раз.
Если бы они действительно приводили к массовым вымираниям, то палеонтологи точно это заметили бы. Но ничего подобного не наблюдалось. Например, в последний раз магнитное поле Земли меняло полярность около 42 тыс. лет назад. Это так называемое событие Лашамп. Оно считается очень коротким, однако во время него в течение нескольких веков напряженность поля составляла лишь 25 % от нынешней, а в начале и в конце вообще падала до 5 %, то есть в 20 раз.
Человечество в это время уже существовало и должно было бы испытать какие-то проблемы, но палеонтологи ничего подобного не видят. Существуют гипотезы, что событие Лашамп могло повлечь за собой вымирание австралийской мегафауны или неандертальцев, но пока они кажутся маловероятными и недостаточно обоснованными.
А до того было еще событие Брюнес — Матуяма, которое началось 781 тыс. лет назад и продолжалось целых 22 тыс. лет. Никаких особых вымираний, особенно среди предков людей, не наблюдалось. Но при этом следы радиоактивного углерода и других элементов, свидетельствующих об усилении радиационного фона в образцах, в том числе и биологических, присутствуют.
Окончательной разгадки у всего этого нет. Скорее всего, мы просто переоцениваем возможное влияние усиления солнечной радиации на живых существ при исчезновении магнитного поля. В современном цивилизованном мире с его сплошным медицинским контролем, мы, вероятно, зафиксировали бы всплеск онкологических заболеваний. Но во время каменного века смертность от радиации оставалась относительно незаметной на фоне других причин.
Сейчас много говорят о медленном снижении напряженности магнитного поля Земли. Скорее всего, это естественный процесс, который не является чем-то уникальным. Однако учитывая все, что известно об этом процессе в прошлом, и то, как он влиял на живых существ, каких-то катастрофических последствий ожидать не стоит.
