Биогенный магнетит и магниторецепция. Новое о биомагнетизме. Том 1 - Киршвинк Дж.
ISBN 5-03-001274-5
Скачать (прямая ссылка):
Обзор палеомагнитных записей для периодов перехода полярности
Рис, 3.28. Траектория ВГП, построенная по двухметровому разрезу при действительном изменении полярности (I проходит через 0), показанном на рис. 3.27. Крестики-географические полюса (Fuller et al., 1979).
дается в работе Фуллера и др. (Fuller et al., 1979). Здесь же достаточно будет ограничиться общим феноменологическим описанием процесса инверсии на основе современных палеомагнитных данных. На рис. 3.27 и 3.28 показаны полученные по изверженной интрузии палеомагнитные записи инверсии, происходившей в позднетретичное время. Они помогут читателю наглядно представить себе природу процесса инверсии. Поскольку каждая точка на рис. 3.27 соответствует среднему значению, найденному для 1-метрового разреза, здесь мы видим сглаженную картину поведения поля до, во время и после изменения полярности. На рис. 3.28 демонстрируется несглаженная картина 2-метрового разреза" переходной зоны.
Во время инверсии поле не остается дипольным (Hillhouse, Сох, 1976),
но и не уменьшается до нуля1. Очевидно, величина напряженности дипольной компоненты уменьшается и становится меньше напряженности недипольной компоненты, тогда как последняя практически не меняется и определяет геометрию поля в этот переходный период. Хотя множество данных свидетельствует о том, что величина полного вектора поля во время инверсии уменьшается, возможно, до 10% ее нормальной величины (Opdyke et al., 1973; Dodson et al., 1978), есть и доказательства того, что локально или на протяжении коротких промежутков времени величина напряженности может оставаться довольно высокой (Prevot, 1977; Shaw, 1977). Процесс преобразования полярности продолжается примерно 4000-5 000 лет (Harrison, Somayajulu, 1966; Opdyke et al., 1973), и уменьшение величины напряженности может либо совпадать с ним (Opdyke et al., 1973), либо длиться в два-четыре раза дольше (Hillhous, Сох, 1976; Dodson et al., 1978; рис. 3.27).
По мере уменьшения напряженности дипольного поля и возрастающего разупорядочения главного поля направления локального поля характеризуются значительной дисперсией и меняются гораздо быстрее. Во время самой инверсии полярности (в интервале от — 1 до 10 м на рис. 3.27) эти флуктуации резко возрастают по абсолютной величине (рис. 3.28), в результате чего возникает вековая вариация, сходная с вековой вариацией, наблюдаемой в историческое время, но характеризующаяся гораздо более высокой амплитудой (ср. рис. 3.6 и 3.17). Хотя переходное поле чрезвычайно неупорядоченно, назвать его совершенно хаотичным, очевидно, нельзя. Скорее всего его можно охарактеризовать как преимущественно квадрупольное или октупольное (Hoffman, Fuller, 1978).
2.8. Каковы причины инверсий?
При изучении такого глобального явления, как инверсия магнитного поля Земли, кажется естественным связывать причину его возникновения с каким-то экзотическим явлением. И действительно, предполагалось, что две последние инверсии поля были вызваны ударом кометы или метеорита (Glass, Heezen, 1967; Durrani, Kahn, 1971). Однако, даже если какое-либо катастрофическое событие могло нарушить процесс геодинамо в такой степени, чтобы вызвать инверсию, в настоящее время становится все более очевидно, что нет необходимости и, вероятно, даже было бы неправильно искать причины инверсии вне самого механизма динамо.
Мы уже отмечали, что лабораторное динамо Лоуса-Уилкинсона демонстрирует спонтанные изменения направлений поля после периодов
1 Частое использование траекторий ВГП при описании инверсий поля еще не означает, что поле является дипольным в ходе изменения полярности. Это просто позволяет характеризовать изменение направления поля в данной точке и сравнивать записи по разным районам.
стабильности. Результаты изучения солнечных пятен свидетельствуют о том, что через каждые 11 лет происходят инверсии солнечного магнитного поля. Кроме того, аналитически было показано, что токи в системе, состоящей из двух дисковых динамо, где стационарный тороидальный контур каждого из дисков создает магнитное поле другого, подвержены апериодическим инверсиям (Rikitake, 1958; Mathews, Gardner, 1963). Стохастическая инверсионная модель Кокса (Сох, 1968, 1969) основывается лишь на том предположении, что инверсии происходят в результате взаимодействия недипольного поля аномальной напряженности с ди-польным полем низкой напряженности. Теперь уже стало очевидным, что нелинейные физические системы, среди которых геодинамо является лишь одним из примеров, как правило, характеризуются апериодическим хаотическим поведением (Busse, 1983). Отсюда можно сделать вывод о том, что инверсии являются свойством, присущим геодинамо, и их возникновение вовсе не обусловлено какими-то внешними причинами.
С другой стороны, изменения в поведении геомагнитного поля за длительные периоды времени в настоящее время рассматриваются как результат изменений в условиях работы динамо (McElhinny, 1979; Busse,
1983). С качественной точки зрения можно провести аналогию между движениями жидкости в земном ядре и метеорологическими явлениями (см., например, Сох, 1975). Движения, обусловливающие возникновение вековых вариаций геомагнитного поля, соответствуют крупномасштабным метеорологическим явлениям, таким как ураганы и перемещение областей высоких и низких давлений по земному шару, тогда как изменения механизма динамо, происходящие в течение длительного периода времени, соответствуют климатическим изменениям. В результате предполагается, что относительно резкие изменения частоты инверсий, усредненные по длительным периодам времени (10-100 млн. лет), отражают изменения граничных условий режима работы динамо. К ним относятся, например, изменения в поступлении энергии или нарушение геометрии либо физической природы поверхности земного ядра. В частности, заманчивым представляется предположение о связи поведения геодинамо за длительный период времени с конвективными движениями в мантии и, следовательно, с дрейфом континентов. Джекобе (Jacobs, 1981) считает, что существует определенная зависимость между изменениями теплового потока и частотой инверсий, а Фогт (Vogt, 1975) нашел, что изменения частоты инверсий, по-видимому, совпадали с крупными тектоническими событиями около 110-120, 70-80 и 42-45 млн. лет назад (см. рис. 3.24 и 3.26). Совсем недавно Форс (Force, 1984) заметил, что геологическая летопись содержит большое количество данных, свидетельствующих о связи между инверсиями поля, скоростью спрединга дна океана и климатом.
