VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

Движение полюсов земли (ДПЗ) происходит из-за того, что главная ось инерции Земли не совпадает с мгновенной осью ее вращения. Положение последней в теле Земли непрерывно меняется. Точки пересечения мгновенной оси вращения Земли с ее поверхностью называются мгновенными полюсами Северным и Южным. Каждый из этих полюсов на поверхности Земли описывает неправильную кривую, не удаляясь больше чем на 13 м от своего среднего положения. Д.п.З. непрерывно смещают сетку меридианов и параллелей, следовательно, меняются все широты и долготы и азимуты на земной поверхности. Поэтому в точных Работах по астрометрии, геодезии и картографии приходится учитывать ДПЗ. Для получения координат полюсов Земли в 1898 г. была создана специальная организация - Международная служба широты. (МСШ), которая с момента организации и по настоящее время ведет наблюдение за движением полюсов. ДПЗ происходит в направлении суточного вращения Земли и состоит главным образом из двух периодических движений - годового с периодом 1,2 года (период Чандлера). Годичный период вызывается метеорологическим - образованием и таянием снежного покрова, перемещением водных и воздушных масс. Это движение близко к круговому и является следствием механических свойств земного шара. Принимая тело за абсолютно твердое тело, Л. Эйлер в 1765 г. теоретически получил период свободной нутации Земли, равный 305 суткам ( период Эйлера). Несовпадение длины периода, полученного из наблюдений с теоретическим объясняется упругими свойствами Земного шара. Так , например, советский ученый Лейбензон показал, что достаточно принять наличие в Земле жидкого ядра, чтобы теоретически получить период свободной нутации Земли, равный наблюдаемому. Амплитуда и начальная фаза этого движения сильно изменяются , придавая движению полюсов Земли весьма сложный характер. Так обстоит дело с главным периодическими движениями. Ученые разных стран, исследуя движение северного полюса Земли путем широтных наблюдений, определили приближенные скорости вековых движений Таблица 1.

Таблица 1

Заметим, что материал, на основании которого авторы получили вековое движение северного полюса Земли, весьма ограничен и недостаточен для окончательного суждения. Не исключена возможность, что трактуемое перемещение этого полюса как вековое на самом деле может оказаться долгопериодическим. И. Ф. Карбут [1,2,4].

Немало тревог у ученных вызывает смещение магнитного полюса нашей планеты. Хотя проблема эта не новая, смещение магнитных полюсов регистрируется с 1885 года. Земля меняет полюса с перерывом примерно в миллион лет. За 160 миллионов лет смещение происходило около 100 раз. Считается, что последний подобный катаклизм произошел 780 тысяч лет назад. Поведение магнитного поля Земли объясняют течением жидких металлов - железа и никеля - на границе земного ядра с мантией. Хотя точные причины смены магнитных полюсов все-таки остаются загадкой, геофизики предупреждают, что это явление может нести смерть всему живому на нашей планете. Если, как утверждается в некоторых гипотезах, во время переполюсовки магнитосфера Земли на некоторое время исчезнет - на Землю обрушится поток космических лучей, что может представить реальную опасность для обитателей планеты. Кстати, со смещением полюсов в прошлом связывают Всемирный потоп, исчезновение Атлантиды, гибель динозавров и мамонтов. Магнитное поле играет очень большую роль в жизни планеты: оно, с одной стороны, защищает планету от потока заряженных частиц, летящих от Солнца и из глубин космоса, а с другой - служит своеобразным дорожным указателем для ежегодно мигрирующих живых существ. Точный сценарий того, что случится, если это поле исчезнет, не известен. Можно предположить, что смена полюсов может обернуться авариями на высоковольтных линиях, сбоями в работе спутников, проблемами для астронавтов. Смена полярности приведет к значительному расширению озоновых дыр, а северное сияние будет появляться над экватором. Кроме того, может дать сбой "природный компас" мигрирующих рыб и зверей.

Перемещение магнитного полюса может быть следствием процесса колебаний, и в конечном итоге полюс будет смещаться обратно, по направлению к Канаде. Такова одна из точек зрения. Ранее проведенные исследования показали: за последние 150 лет сила магнитного поля Земли уменьшилась на 10 процентов. За этот период северный магнитный полюс переместился на 685 миль в Арктике. За последнее столетие скорость перемещения магнитных полюсов увеличилась по сравнению с предыдущими четырьмя столетиями.

Северный магнитный полюс впервые был открыт в 1831 году. В 1904 году, когда ученые вторично провели измерения, обнаружилось, что полюс переместился на 31 милю. Он долго "блуждал" по арктической Канаде, но с 70-х годов прошлого века его движение обрело четкое направление. С растущей скоростью, достигающей сейчас 46 км в год, полюс практически по прямой устремился в Российскую Арктику. По прогнозу Канадской геомагнитной службы, к 2050 году он будет находиться в районе архипелага Северная Земля. Стрелка компаса указывает на магнитный полюс, а не на географический. Аляска в ближайшие 50 лет может лишиться Северного сияния. В то же время появится возможность увидеть Северное сияние в некоторых районах Европы. Впрочем, всего этого может и не случиться. Северный магнитный полюс может в любой момент изменить направление движения или остановиться, и предвидеть этого нельзя. А для Южного полюса и вовсе нет прогноза на 2050 год. До 1986 года он двигался весьма бодро, но потом его скорость упала.

Исходя из этих данных, сотрудники Института динамики геосфер смоделировали глобальную перестройку структуры и динамики верхней атмосферы Земли. Физикам удалось установить очень важный факт - движение Северного магнитного полюса влияет на состояние атмосферы Земли. Смещение полюса может вызвать серьезные последствия. Это подтверждает и сопоставление расчетных данных с данными наблюдений за последние 100 лет.

В след за нейтральной атмосферой Земли на высоте от 100 до 1000 километров простирается ионосфера, наполненная заряженными частицами. Заряженные частицы движутся горизонтально по всей сфере, пронизывая ее токами. Но интенсивность токов не одинакова. Из слоев, лежащих выше ионосферы - а именно из плазмосферы и магнитосферы - происходит постоянное высыпание (как говорят физики) заряженных частиц. Происходит это неравномерно, а на участке верхней границы ионосферы, по форме напоминающем овал. Этих овалов два, они накрывают Северный и Южный магнитные полюса Земли. И именно здесь, где концентрация заряженных частиц особенно велика, протекают самые сильные токи в ионосфере, измеряемые сотнями килоампер.

Вместе с перемещением магнитного полюса перемещается и этот овал. Расчеты физиков показали, что при сместившемся северном магнитном полюсе самые мощные токи будут течь над Восточной Сибирью. А во время магнитных бурь они будут смещаться почти до 40-го градуса северной широты. По вечерам концентрация электронов над югом Восточной Сибири будет на порядок выше нынешней.

Из школьного курса физики мы знаем, что электрический ток нагревает проводник, по которому течет. В данном случае движение зарядов будет нагревать ионосферу. Частицы будут проникать в нейтральную атмосферу, это повлияет на систему ветров на высоте 200-400 км, а значит - и на климат в целом. Смещение магнитного полюса повлияет и на работу техники. Например, в средних широтах в летние месяцы невозможно будет пользоваться коротковолновой радиосвязью. Нарушится и работа спутниковых навигационных систем, поскольку они используют модели ионосферы, которые в новых условиях будут неприменимы. Геофизики также предостерегают, что при приближении северного магнитного полюса вырастут наведенные индуцированные токи в российских линиях электропередач и энергосетях.

Исследования ученных, касающиеся вопроса магнитных инверсий в истории нашей планеты, опираются на изучения зерен ферромагнитных материалов, сохраняющих намагниченность в течение миллионов лет, начиная с того момента, когда горная порода перестала быть огненной лавой. Ведь магнитное поле - единственное известное в физике поле, обладающее памятью: в тот момент, когда порода остыла ниже точки Кюри - температуры обретения магнитного порядка, она намагнитилась под действием поля Земли и навсегда запечатлела его конфигурацию на тот момент. Ученные пришли к выводу, что горные породы способны сохранять память о магнитных эманациях (истечениях), сопровождающих любое событие в жизни планеты. Подобный элементарный, по существу, подход позволяет сделать очень важный для земной цивилизации вывод о последствиях ожидаемой инверсии геомагнитного поля. Исследования полеомагнитологов позволили проследить историю изменений поля Земли за 3,5 млрд. лет и построить своеобразный календарь инверсий. Из него видно, что они происходят достаточно регулярно, по 3-8 раз за миллион лет. Вы наверное думаете что это всего лишь ни чем не аргументированная гипотеза? Но как не заметить скоротечной инверсии магнитного поля Земли? Подсолнечная сторона магнитосферы, которую сдерживают канаты силовых линий магнитного поля, вмороженного в протонно-электронную околоземную плазму, утратит свою былую упругость, и на Землю рванет поток смертоносной солнечной и галактической радиации. Уж этого-то никак нельзя будет не заметить.

Обратимся к фактам. А факты говорят о том, что на протяжении истории Земли геомагнитное поле неоднократно меняло свою полярность. Существовали периоды, когда инверсии происходили по нескольку раз за миллион лет, и случались периоды длительного затишья, когда десятки миллионов лет магнитное поле сохраняло свою полярность.

По результатам исследований ученных, частота инверсий в юрский период и в среднем кембрии составляла одну инверсию за 200-250 тыс. лет. Однако последняя инверсия имела место на планете 780 тыс. лет назад. Отсюда можно сделать осторожный вывод о том, что в ближайшее время должна произойти очередная инверсия. К такому выводу подталкивают несколько соображений. Данные палеомагнетизма свидетельствуют, что время, за которое магнитные полюса Земли в процессе инверсии меняются местами, не очень велико. Нижняя оценка - сто лет, верхняя - восемь тысяч лет. Обязательным признаком начала инверсии служит уменьшение напряженности геомагнитного поля, которая снижается в десятки раз по сравнению с нормой. Более того, его напряженность может упасть до нуля, и это состояние способно продержаться довольно долго, десятки лет, если не больше. Другой признак инверсии - изменение конфигурации геомагнитного поля, которое становится резко отличным от дипольного. Имеются ли сейчас эти признаки? Похоже, что да. О поведении магнитного поля Земли в относительно недавнее время помогают судить данные археомагнитных исследований. Их предмет - остаточная намагниченность черепков древних керамических сосудов: частицы магнетита в обожженной глине фиксируют магнитное поле на момент охлаждения керамики. Эти данные свидетельствуют: последние 2,5 тыс. лет напряженность геомагнитного поля убывает. В то же время и наблюдения геомагнитного поля на мировой сети обсерваторий указывают на ускорение падения его напряженности в последние десятилетия.

Еще один интересный факт - изменение скорости перемещения магнитного полюса Земли. Его движение отражает процессы во внешнем ядре планеты и в околоземном космическом пространстве. Однако если магнитные бури в магнитосфере и ионосфере Земли обусловливают лишь относительно небольшие скачки в положении полюса, то глубинные факторы ответственны за медленное, но постоянное его смещение. Резкое увеличение скорости перемещения магнитного полюса отражает перестройку системы токовых течений во внешнем ядре, создающих, как полагают, геомагнитное поле.

Как известно, чтобы доказать научное положение, нужны тысячи фактов, а чтобы опровергнуть, достаточно и одного. Изложенные выше аргументы в пользу инверсии лишь наталкивали на мысль о возможности грядущего светопреставления. Наиболее весомое указание на то, что инверсия уже началась, - результаты недавних наблюдений со спутников "Эрстед" и "Магсат" Европейского космического агентства. Их интерпретация показала, что магнитные силовые линии на внешнем ядре Земли в районе Южной Атлантики расположены в направлении, обратном тому, какое должно быть при нормальном состоянии поля. Но самое интересное, что аномалии силовых линий очень похожи на данные компьютерного моделирования процесса геомагнитной инверсии, выполненного калифорнийскими учеными Гарри Глатцмайером и Полом Робертсом, которые создали наиболее популярную сегодня модель земного магнетизма. Итак, вот четыре факта, которые указывают на приближающуюся или уже начавшуюся инверсию геомагнитного поля:

1. Уменьшение на протяжении последних 2,5 тыс. лет напряженности геомагнитного поля;

2. Ускорение падения напряженности поля в последние десятилетия;

3. Резкое ускорение смещения магнитного полюса;

4. Особенности распределения магнитных силовых линий, которое становится похожим на картину, соответствующую стадии подготовки инверсии.

О возможных последствиях смены геомагнитных полюсов идет широкая дискуссия. Есть разнообразные точки зрения - от вполне оптимистичных до крайне тревожных. Оптимисты ссылаются на тот факт, что в геологической истории Земли произошли сотни инверсий, однако не удалось установить связь массовых вымираний и природных катастроф с этими событиями. Кроме того, биосфера обладает значительными способностями к адаптации, а процесс инверсии может длиться довольно долго, так что времени, чтобы подготовиться к переменам, более чем достаточно.

Противоположная точка зрения не исключает того, что инверсия может произойти при жизни ближайших поколений и окажется катастрофой для человеческой цивилизации. Надо сказать, что эта точка зрения в значительной степени скомпрометирована большим числом ненаучных и просто антинаучных высказываний. В качестве примера можно привести мнение, согласно которому во время инверсии человеческие мозги испытают перезагрузку, подобно тому, как это происходит с компьютерами, при этом произойдет полное стирание содержащейся в них информации. Несмотря на такие высказывания оптимистическая точка зрения весьма поверхностна. Современный мир - далеко не тот, что был сотни тысяч лет назад: человек породил множество проблем, которые сделали этот мир хрупким, легко ранимым и крайне неустойчивым. Есть основания полагать, что последствия инверсии действительно будут поистине катастрофичны для мировой цивилизации. И полная потеря работоспособности Всемирной паутины из-за разрушения систем радиосвязи (а оно обязательно наступит в момент утраты радиационных поясов) - лишь один из примеров глобальной катастрофы. По сути дела, при грядущей инверсии геомагнитного поля мы должны пережить переход в новое пространство.

Интересный аспект воздействия геомагнитной инверсии на нашу планету, связанный с изменением конфигурации магнитосферы, рассматривает в своих недавних работах профессор В.П.Щербаков из Геофизической обсерватории Борок. В обычном состоянии благодаря тому, что ось геомагнитного диполя ориентирована приблизительно вдоль оси вращения Земли, магнитосфера служит эффективным экраном для высокоэнергетических потоков заряженных частиц движущихся от Солнца. При инверсии вполне вероятна ситуация, когда во фронтальной подсолнечной части магнитосферы в области низких широт образуется воронка, через которую солнечная плазма сможет достигать поверхности Земли. Из-за вращения Земли в каждом конкретном месте низких и отчасти умеренных широт такая ситуация будет повторяться ежесуточно по несколько часов. То есть значительная часть поверхности планеты каждые 24 часа будет испытывать сильный радиационный удар [2,3].

На картинке зелёными точками показан прогноз движения Северного полюса на 750 дней вперед. Каждые 30 дней отмечены квадратиком. "Официальный" Северный полюс, используемый для определения географических координат, отмечен красным кружком. Истинное положение оси вращения Земли в настоящий момент показано звёздочкой [3,6,5].

Прогноз движения Северного полюса

Список используемой литературы:

1.http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_geolog/9217/%D0%94%D0%92%D0%98%D0%96%D0%95%D0%9D%D0%98%D0%95

2. http://www.edgarcaysi.narod.ru/smeshenie_polusov.html

3. http://eqworld.ipmnet.ru/ru/info/sci-edu/Earth_orientation_rus.html

4. Теория фигуры Земли/ Николай Пантелеймонович Грушевский - М.: "Наука", 1976 г.

5. Кононович Э.В., Мороз В.И. Общий курс астрономии: Учебное пособие / под ред. В.В. Иванова. – М.: Едиториал УРСС, 2001;

6. Геодезическая астрономия применительно к решению инженерно-геодезических задач / И.С. Пандул. – СПб.: Политехника, 2010;

Код для цитирования: Скопировать