Ослабление магнитного поля

Магнитное поле Земли, по сравнению с подобными полями других планет нашей системы, — самое мощное. Исключение составляет Юпитер, который, впрочем, хотя и является планетой, скорее — немного недобравшая массы звезда. Вполне возможно, что через несколько миллиардов лет он немножко подсоберется и вспыхнет. И это тоже станет катастрофой для всего живого на нашей планете.

Впервые люди познакомились с магнитом более 3 тысячелетий назад. В 1110 году до н. э. послы правителя Вьетнама Юе-Чана, принесшие в дар китайскому императору Чеу Куну белых фазанов, заблудились по дороге домой. Они вернулись к властелину Поднебесной и пожаловались на то, что все время сбиваются с пути. Тогда император подарил им пять особых дорожных колесниц: на каждой была подвешена деревянная фигурка, постоянно указывающая рукой на юг. Такому «постоянству» способствовал укрепленный внутри каждой фигурки кусок магнитной железной руды. А в научном трактате удивительные свойства магнита впервые описали греки. На рубеже VI–V веков до н. э. Фалес Милетский, наблюдая за природными минералами, заметил, что некоторые из них притягивают к себе железо. Это открытие, с его точки зрения, доказывало мысль об одушевленности всего сущего в природе. Действительно, если какой-то минерал тянется к железу, значит, он к нему, во-первых, стремится и, во-вторых, в меру сил движется. Чем вам не живой организм, страстно любящий железки?

Однако, несмотря на древние устройства китайцев и трактаты эллинов, европейцы изобретение компаса приписывают итальянцу Флавио Джойя, жителю города Амальфи. По легенде, бедный ювелир Флавио посватался к Анджеле, дочери богатого рыбака Доменико (бедный ювелир и богатый рыбак — такое еще встречалось в раннем Средневековье). Рыбак сказал юноше, что он отдаст за него дочь, если тот ночью переплывет в лодке с одного острова на другой, — у отца была надежда, что бедняк Флавио заблудится в море. Однако юноша оказался не так прост. Он взял магнитный камень, который давно использовал в своей работе (магнитным кольцам и браслетам давно приписывали магические и лечебные свойства), положил его на плавающий в воде кусок дерева, и, ориентируясь по его направлению, выполнил задание рыбака. В результате парень получил невесту, а рыбак — компас.

Ученые, пытавшиеся разобраться в принципах работы этого прибора, пришли к выводу, что где-то на краю земли, далеко за океаном, на севере, стоит гигантская магнитная гора, которая и притягивает к себе стрелки компасов. Но на поиски диковинной горы моряки отправляться не спешили. Напротив, капитаны страшно боялись когда-нибудь случайно на нее наткнуться. Ходили страшные слухи о том, что магнитная сила ее так велика, что из подплывших слишком близко кораблей она вытаскивает гвозди, после чего корабли разваливаются и тонут.

Такие страхи царили вплоть до 1600 года, когда английский врач Уильям Гилберт придумал новую версию работы компаса. Он предположил, что магнитом является вся наша планета. Выточив из магнитного железняка шар, Гилберт приложил к нему компас и убедился в том, что он ведет себя в отношении шара так же, как и в отношении Земли, указывая всегда на одну точку.

В 1831 году шотландский мореплаватель Джеймс Кларк Росс нашел и отметил на карте место на севере, в котором северная стрелка компаса указывала строго вниз. Это место, получившее название Северного магнитного полюса Земли, располагалось на западном берегу полуострова Бутия (Северная Америка). Южный магнитный полюс в 1909 году обнаружил на окраине Антарктиды австралийский геолог Эджворд Дэвид. А почти за 100 лет до этого великий английский физик Майкл Фарадей придумал систему силовых магнитных линий, которые, как он считал, и заставляют стрелку компаса вертеться в нужном направлении. Линии Фарадея шли от северного полюса магнита к южному и отмечали траекторию пути, на которой мощность магнитного поля была постоянной. Помещенная в окружение таких линий магнитная пластина должна была лучше всего «чувствовать себя» в том случае, когда она располагалась вдоль одной из них. Ибо для того чтобы отклониться от нее и попасть в район с другой напряженностью, ей следовало совершить работу, которой она, как и любое нормальное физическое тело, стремящееся к максимальному покою, всячески избегало.

Тогда Фарадей и не знал даже, что открыл принцип, по которому действует главная защита нашей планеты. Как он и предполагал, магнитное поле Земли имеет форму яблока. В своих углублениях (в районе черенка и напротив), которые являются Северным и Южным магнитными полюсами, оно касается Земли, расходясь далее широкими кругами. Силовые линии магнитного поля планеты «выходят» из района Северного магнитного полюса и, проделав гигантский кружной путь, «погружаются» в нее уже на юге. Любые виды космической радиации состоят из заряженных частиц. Натыкаясь на силовые магнитные линии, частицы упираются в магнитное поле, как в воздушный шарик. Для них гораздо проще обогнуть поле, чем лететь через него. Только очень мощный поток может пробить такую защиту и достигнуть Земли. Такое случается в периоды, когда активизировавшееся внезапно Солнце выбрасывает в нашу сторону струи ионизированного газа. Газ порождает в нашем магнитном поле магнитные бури и долетает до поверхности планеты в виде мощных потоков заряженных частиц, причиняющих многим людям страшную головную боль — как в переносном (вырубая электронику и мешая работе радиосвязи), так и в самом прямом смысле. Те частицы, что менее энергичны, пытаясь преодолеть заслон, теряют последнюю энергию и далее плывут по течению, то есть по тем самым линиям магнитного поля. Плывут на север, где, сталкиваясь с атмосферой, заставляют ее светиться полярным сиянием.

Все было бы очень хорошо, если бы это поле было постоянным, однако таковым оно не является.

Установить этот факт помогли вулканы. В извергаемой ими магме всегда есть молекулы и кусочки слабомагнитных материалов. Пока лава жидкая, они свободно в ней перемещаются и, подобно стрелке космоса, располагаются вдоль силовых линий, обращаясь северным полюсом — на север, а южным — на юг. После того как магма застывает, возможность переориентации уже пропадает. В 1906 году, изучая следы древних вулканических извержений, французский физик Бернар Брюнес обнаружил, что в некоторых из них магнитные материалы повернуты в обратную сторону. Северным полюсом — к югу, и наоборот.

Причем такая странная ориентация была характерна для всех пород того же возраста. Это могло быть только при условии, что во времена, когда эти вулканы работали, магнитное поле Земли было ориентировано строго в обратную сторону и ее Северный магнитный полюс располагался на юге.

Если верить специалистам, изучающим магнитное поле, переполюсовки на нашей планете происходили уже не одну сотню раз. Только за последние 76 миллионов лет поле меняло свою ориентацию 171 раз. Причем продолжительность периодов от одной смены до другой была различной — от 3 миллионов до 50 тысяч лет. В среднем на каждый «магнитный» период уходило около 450 тысяч лет. Сейчас мы сильно «перебрали» этот срок: последняя переполюсовка на Земле состоялась 780 тысяч лет назад.

Процедура смены ориентации должна происходить так. Магнитное поле постепенно должно слабеть, потом на какое-то время вообще исчезать, после чего опять появляться, но уже с другими полюсами. Ученые предполагают, что это связано с текущими на глубине примерно 3 тысячи километров потоками магнитного вещества. Время от времени потоки меняют направление на противоположное, а в результате изменяется и ориентация создаваемого ими магнитного поля. Сейчас сила поля постоянно падает, а полюса «гуляют». Северный магнитный полюс находится в тысяче километров от того места, где его нашел в свое время Джеймс Росс, и продолжает двигаться в сторону Сибири, все время ускоряясь. До начала 1970-х годов скорость «хождения» полюсов не превышала 9 километров в год. К 1990 году она увеличилась до 15 километров. Теперь Северный полюс «пробегает» за год 40–50 километров. Геологи связывают это с «геомагнитными толчками» — подобиями землетрясений, потрясающими магнитное поле.

В течение ХХ века эти толчки были зафиксированы в 1901, 1913, 1925, 1960, 1969 (наиболее мощное), 1978, 1991 и (последнее) 1999 годах. Несколько периодов в 12 лет в начале прошлого века и периоды длиной примерно 10 лет в конце. Если такие периоды не случайность, то следующего удара можно ожидать в 2010 году.

Активность полюсов говорит о том, что с ними что-то происходит. Точнее, не с ними, а с теми самыми потоками, что и создают, и поддерживают магнитное поле нашей планеты. Они тормозят, причем весьма активно, следовательно, и мощность (напряженность) поля падает. В первый раз она была замерена в 1670 году. Сейчас, если верить группе исследователей из Международного университета во Флориде, руководимой доктором Брэдом Клементом, она уменьшилась более чем на 20 %, причем за первые 150 лет (с 1670 по 1820 год) — на 5 %, за следующие 150 лет (с 1820 по 1970 год) — на 10 %, а за последние три десятилетия — еще на 5 %. Если так пойдет и дальше, то через два-три столетия от магнитного поля вообще ничего не останется. Но его ослабление уже немало влияет на нашу жизнь, достаточно вспомнить аварийные отключения электроэнергии в разных частях планеты.

Как это ни странно, мы, люди, становясь все более сильными, становимся все более слабыми. Мы научились лечить тяжелейшие недуги, мы перемещаемся по планете со скоростями, о которых и мечтать не могли наши предки, мы общаемся с другими людьми, находящимися в тысячах километрах от нас, мы способны превратить самую темную ночь в светлый день, мы можем уничтожить любого, даже самого сильного зверя. Но отними у нас антибиотики, машины, телефоны, электричество, оружие, и — что тогда будет? Легко представить.

Если напряженность магнитного поля упадет еще на 30 %, а это вполне может произойти уже до конца этого века (или раньше, все зависит от новых «магнитотрясений»), то ни энергосистемы, ни линии связи, ни какие-либо электроприборы, компьютеры, телевизоры, телефоны работать уже не смогут. Даже если нам удастся решить проблему с их защитой, защититься самим от многократно выросшего потока солнечного излучения, жесткой космической радиации практически нереально. Резко упадет процент рождения здоровых детей, а генетические болезни станут нормой. Не случайно же все периоды массового вымирания животных на Земле совпадают с периодами переполюсовок.

Мнение эксперта

Владимир Нухимович Обридко — доктор физико-математических наук, заведующий гелиофизической лабораторией Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн РАН, ИЗМИРАН (Троицк).

Достаточно известен основной возможный механизм генерации земного магнитного поля. Он близок тому, что происходит на Солнце. Для Солнца это дифференциальное вращение, на Земле близкие процессы происходят в жидком ядре.

Северный магнитный полюс постепенно смещается в сторону Сибири. Несет ли это какую-то опасность для сибиряков? Не больше, чем сегодня для канадцев. Разумеется, как и в Канаде, возможны аварии на линиях электропередачи, трубопроводах, нарушения сигналов на железных дорогах, увеличение случаев ухудшения здоровья людей в период магнитных бурь. Впрочем, будет это еще не скоро, не ранее чем лет через 50, даже если сохранится нынешний очень высокий дрейф. Прогнозировать длинный период по начальному короткому отрезку всегда ненадежно. За эти годы человечество вполне может подготовиться к решению не очень страшной проблемы.

Переполюсовка происходит за короткий в геологическом смысле срок, но этот срок совсем не мал для жизни биологического объекта. Поэтому очень важно знать: в процессе переполюсовки уменьшается поле до нуля или есть только поворот вектора магнитного поля. Именно так происходит на Солнце, где поле никогда полностью не исчезает, а просто поворачивается. При этом в какие-то моменты оно может ослабиться в несколько раз, но никогда не исчезает совсем. Насколько я понимаю, палеомагнитологи пока не могут окончательно выбрать одно из этих решений, но, поскольку не обнаружено, чтобы периоды переполюсовок сопровождались какими-нибудь катастрофами для флоры и фауны, более вероятно второе решение. Тем более что палеомагнито-логи наблюдали неоднократно так называемые экскурсы — периоды, когда магнитный полюс опускался почти до экватора и затем возвращался назад. Кстати, нужно еще иметь в виду, что публика обычно отождествляет поле Земли с полем магнита, то есть полем диполя. На севере один полюс, на юге — второй. На самом деле магнитное поле Земли устроено гораздо сложнее, как комбинация нескольких мультиполей, которые опираются на разные системы токов.

Ослабление поля, во-первых, не очень сильно, во-вторых, не совсем достоверно (у нас нет данных за большой промежуток времени), в-третьих, по палеомагнитным данным можно полагать, что такие ослабления встречались и в прошлом. Конечно, если поле исчезнет на длительный срок, это погубит современную цивилизацию. Прямое и длительное поступление солнечных и галактических космических лучей должно уничтожить за какое-то время все живое. Одна только вспышка в августе 1972 года дала такой поток протонов, что человек без защитного действия магнитосферы получил бы летальную дозу. К этому надо добавить, что многие (если не все) механизмы ритмики и регуляции живых существ рассчитаны на существование магнитного поля.