Биогенный магнетит и магниторецепция. Новое о биомагнетизме. Том 1 - Киршвинк Дж.
ISBN 5-03-001274-5
Скачать (прямая ссылка):
Хотя двухцилиндровое динамо удовлетворяет топологическому условию простого соединения, оно не создает дипольного поля и геометрия его никаким очевидным образом не соответствует геометрии ядра. Но и не обладая особым воображением, можно представить себе аналогичную ситуацию, когда крупномасштабные вихри внутри ядра генерируются индуктивным взаимодействием полей друг друга с образованием самовозбуждающегося динамо. Однако аналогия эта является в лучшем случае эвристической, и истинная природа происхождения геомагнитного поля остается одной из нерешенных физических проблем.
Качественно геодинамо можно рассматривать как упорядоченный механизм, создающий высокоупорядоченное дипольное поле, а недипольное поле, коэффициенты Гаусса которого составляют приблизительно 10% от дипольных коэффициентов, обусловлено возмущениями этого упорядоченного механизма, вызываемыми, возможно, крупномасштабными вихрями внутри ядра. Таким образом, вековые вариации могут быть результатом поступательного движения этих вихрей (вспомните западный дрейф), изменений интенсивности движений внутри вихрей или возникновения новых вихрей и разрушения существующих.
Однако это идеализированное представление может быть ошибоч-
ным. Хотя дипольный член, безусловно, преобладает в уравнении (9), магнитное поле в ядре, несомненно, менее упорядочено, чем поле на поверхности Земли. Так, изменения напряженности дипольного и не-дипольного полей пропорциональны соответственно 1 /г3 и по крайней мере 1/г4. Следовательно, при радиусе RfJ2, соответствующем внешней части ядра, отношение недипольных членов к дипольным увеличивается в 2 раза для членов с п = 2, в 4 раза для п = 3 и т.д. Таким образом, дипольная конфигурация поля на поверхности Земли частично связана с геометрическим затуханием недипольного поля. Весьма вероятно, что геодинамо может быть результатом весьма неупорядоченного процесса, возможно турбулентного, но обладающего некоторой глобальной упорядоченностью, связанной с инерциальными силами вращения Земли. Какой бы ни была природа динамо, процесс этот неустойчив. Как следует из табл. 3.1, в настоящее время напряженность поля геоцентрического диполя уменьшается со скоростью, которая может привести к его исчезновению приблизительно через 2000 лет.
При исследовании процессов, происходящих в любом варианте геомагнитного динамо, неизбежно возникает вопрос о том, что послужило источником первоначального поля, которое привело в действие механизм динамо. Ответ на этот вопрос, вероятно, никогда не будет получен. Достаточно сказать, что им могло быть любое случайное поле, а их, несомненно, было множество. Наиболее реальными с этой точки зрения представляются поля, индуцированные солнечным ветром или образованные термоэлектрическими токами, возникшими из-за присутствия внутри Земли тепловых и химических неоднородностей.
Более важным вопросом является возраст геомагнитного поля. Если природа поля действительно связана с динамо, то естественно предположить, что его возраст соответствует возрасту жидкого ядра Земли, но только при условии существования адекватного источника энергии. Эльзассер (Elsasser, 1963) предположил, что формирование ядра закончилось не ранее 3 млрд. лет назад, но по современным представлениям ядро было сформировано около 4,5 млрд. лет назад (Ring-wood, 1979; Stevenson, 1981). Например, «ископаемая» намагниченность некоторых древнейших пород служит прямым доказательством того, что возраст поля составляет по крайней мере 3,5 млрд. лет (McElhinny, Senanayke, 1980). Потенциальное значение этих данных для понимания органической эволюции очевидно. Вполне вероятно, что в период возникновения и развития жизни геомагнитное поле уже существовало, и оно, несомненно, появилось раньше предполагаемого времени возникновения эукариот, которое оценивается в 1,4 ± 0,1 млрд. лет назад (Schopf, Oehler, 1976).
2.4. Характер поля в геологическом прошлом
Принимая во внимание теоретические соображения, согласно которым возраст геомагнитного поля сравним с возрастом Земли, рассмотрим
теперь экспериментальные результаты, свидетельствующие о существовании определенной конфигурации и поведении поля в геологическом прошлом,-палеомагнитные данные. Подобно тому как о главных особенностях и некоторых деталях органической эволюции можно судить, анализируя окаменелые органические остатки, историю геомагнитного поля можно воссоздать благодаря «ископаемому магнетизму».
Большинство горных пород в процессе формирования приобретают естественную остаточную намагниченность (NRM)-слабую намагниченность, направление которой, как правило, совпадает с направлением вектора геомагнитного поля, соответствовавшего данному месту во время образования породы. Обычно NRM-намагниченность вполне «жесткая», т.е. стабильная и постоянная, и ее измерения позволяют определять геомагнитное поле, существовавшее в прошлом. Напряженность и направление древнего поля можно найти, измеряя NRM пород, ориентация которых во время их образования может быть установлена.
NRM создается магнитными минералами, главным образом оксидами железа и титана, которые в небольших количествах почти всегда содержатся в любой породе. Поскольку события, происходившие после формирования породы, такие как удары молнией или химические реакции, могут изменять или разрушать первичную NRM, для палеомагнит-ных исследований пригодны далеко не все породы, обладающие NRM. Методика экспериментов, проводимых с целью выделения и в некоторых случая устранения искажающих вторичных компонент намагниченности, разработана достаточно хорошо (вторичная NRM часто бывает довольно «мягкой» и легко разрушается термической или магнитной чисткой). Поэтому в настоящее время палеомагнетизм составляет одно из главных направлений геофизики.
