100 великих рекордов стихий - Николай Непомнящий

Но прошло некоторое время, и теория подземной грозы была забыта. Теперь световые вспышки геофизики пытаются объяснить возгоранием вырвавшегося из недр газа. Однако световая вспышка во время мощнейшего тяньшанского землетрясения в 1976 году была видна за сотни километров от эпицентра! В начале 70-х годов гипотезу подземной грозы рискнул реанимировать профессор Томского политехнического института А.А. Воробьев. Собрав группу единомышленников из молодых сотрудников, он приступил к экспериментам в разных районах страны. Воробьев с сотрудниками высказал идею: во время подземной грозы, как и во время обычной, должны генерироваться радиоволны, и если попытаться их зарегистрировать, они смогут стать такими же предвестниками землетрясений, как радиоволны в атмосфере – предвестниками обычных гроз. И исследователям действительно удалось зафиксировать усиление напряженности подземного радиофона непосредственно перед землетрясениями!

Но попытки представить результаты этой важной работы в самый престижный научный журнал «Доклады Академии наук СССР» натолкнулись на сопротивление оппонентов из ведущего института по землетрясениям – Института физики Земли АН СССР. Разгромив в пух и прах идею Воробьева, они сами провели аналогичные эксперименты, и… через пару лет статьи на аналогичные темы стали регулярно появляться в «Докладах».

Тогда Воробьев и его сотрудники проверили другую идею: обычная молния порождает много озона, а значит, и перед подземным землетрясением из-под земли должен выходить свободный озон! Эта идея также подтвердилась практическими экспериментами.

Самый большой магнит

Магнитные бури обычно не считаются грозным явлением природы, таким как землетрясения, цунами, тайфуны. Правда, они срывают радиосвязь в высоких широтах планеты, заставляют плясать стрелки компасов. Сейчас эти помехи уже не страшны. Дальнюю связь все чаще ведут через спутники, с их же помощью штурманы задают курс кораблям и самолетам.

Казалось бы, капризы магнитного поля уже могут никого не беспокоить. Но именно теперь некоторые факты дали почву опасениям, что перемены в магнитном поле Земли способны вызвать катастрофы, перед которыми побледнеют самые грозные силы природы!

Одно из таких изменений поля происходит в наши дни…

С тех пор как немецкий математик и физик Карл Гаусс впервые дал математическое описание магнитного поля, последующие измерения – на протяжении 150 лет до сегодняшних дней – показывают, что магнитное поле Земли неуклонно ослабевает.

В связи с этим кажутся естественными вопросы: не исчезнет ли магнитное поле совсем, и чем это может грозить землянам?

Вспомним, что нашу планету непрерывно бомбардируют космические частицы, особенно интенсивно – протоны и электроны, излучаемые Солнцем, так называемый солнечный ветер. Мимо Земли они проносятся со средней скоростью 400 км/с. Магнитосфера Земли не пропускает заряженные частицы к поверхности планеты. Она направляет их к полюсам, где в верхней атмосфере те рождают фантастические сияния. Но если магнитного поля не будет, если растительный и животный мир окажется под таким непрерывным обстрелом, то можно предположить, что радиационное повреждение организмов самым губительным образом скажется на судьбе всей биосферы.

Чтобы судить о том, насколько реальна такая угроза, надо вспомнить, как возникает магнитное поле Земли и нет ли в этом механизме ненадежных звеньев, способных выйти из строя.

По современным представлениям, ядро нашей планеты состоит из твердой части и жидкой оболочки. Подогреваемое твердым ядром и охлаждаемое расположенной выше мантией, жидкое вещество ядра вовлекается в кругооборот, в конвекцию, распадающуюся на многие отдельные циркулирующие потоки.

Такое же явление знакомо земным океанам, когда источники глубинного тепла оказываются близко ко дну океана, благодаря чему оно нагревается. Тогда в толще воды возникают вертикальные течения. Хорошо исследовано, например, такое течение в Тихом океане неподалеку от берегов Перу. Оно выносит из глубин к поверхности вод огромную массу питательных веществ, благодаря чему этот район океана особенно богат рыбой…

Вещество жидкой части ядра – это расплав с большим содержанием металлов, и потому он обладает хорошей электропроводностью. Из школьного курса мы знаем, что если проводник движется в магнитном поле, пересекая его линии, то в нем возбуждается электродвижущая сила.

Во взаимодействие с потоками расплава могло первоначально вступить слабое межпланетное магнитное поле. Порожденный этим ток, в свою очередь, создал мощное магнитное поле, которое кольцами окружило ядро планеты.

В недрах Земли в принципе все происходит так, как в динамомашине с самовозбуждением, схематическую модель которой имеет обычно каждый школьный кабинет физики. Отличие в том, что вместо проводов в недрах действуют потоки жидкого электропроводящего материала. И, по-видимому, вполне правомерна аналогия между секциями ротора динамо и конвекционными потоками расплава в недрах. Механизм, создающий магнитное поле Земли, назвали поэтому гидромагнитное динамо.

Но картина, конечно, сложнее: кольцевые, иначе их называют тороидальные, поля не выходят на поверхность планеты. Взаимодействуя с той же электропроводной подвижной жидкой массой, они порождают другое, внешнее поле, с которым мы на поверхности Земли и имеем дело.

Нашу планету с ее внешним магнитным полем схематически обычно изображают как симметрично намагниченный шар с двумя полюсами. В действительности внешнее поле не столь идеально по форме. Симметрию нарушает множество магнитных аномалий.

Некоторые из них очень значительны и получили название континентальных. Одна такая аномалия находится в Восточной Сибири, другая – в Южной Америке. Подобные аномалии возникают потому, что гидромагнитное динамо в недрах Земли «сконструировано» не столь симметрично, как электрические машины, построенные на заводе, где обеспечивают соосность ротора и статора и на специальных станках тщательно балансируют роторы, добиваясь совпадения их центров масс (точнее, главной центральной оси инерции) с осью вращения. И мощность потоков вещества, и температурные условия, от которых зависит скорость их движения, далеко не одинаковы в различных зонах земных недр, где действует природное динамо. Скорее всего, глубинное динамо можно сравнить с машиной, у которой секции в обмотке ротора разной толщины и зазор между ротором и статором меняется.

Аномалии меньших масштабов – региональные и локальные – объясняются особенностями состава земной коры – как, например, Курская магнитная аномалия, возникшая благодаря гигантским залежам железной руды.

Словом, механизм, порождающий магнитное поле Земли, устойчив, надежен, и в нем нет, кажется, деталей, которые способны внезапно выйти из строя. Более того, по мнению профессора мюнхенского университета Г. Зоффеля, электропроводность жидкого материала в недрах так велика, что если по какой-либо причине гидромагнитное динамо вдруг «выключится», магнитные силы на поверхности планеты просигналят нам об этом только через многие тысячелетия.

Но одно дело «поломка» природного механизма, другое – постепенное затухание его действия, подобное похолоданиям, породившим оледенения планеты.

Чтобы проанализировать это обстоятельство, нам понадобится более детальное знакомство с поведением магнитного поля: как и почему изменяется оно во времени.

Любая горная порода, любое вещество, содержащее железо или другой ферромагнитный элемент, всегда находится под воздействием магнитного поля Земли. Элементарные магнитики в этом материале стремятся ориентироваться подобно стрелке компаса вдоль силовых линий поля.

Однако если материал нагревать, то наступит момент, когда тепловое движение частиц станет столь энергичным, что оно разрушит магнитную упорядоченность. Затем, когда наш материал будет остывать, начиная с определенной температуры (ее называют точкой Кюри) магнитное поле одержит верх над силами хаотического движения. Элементарные магнитики снова выстроятся так, как велит им поле, и останутся в этом положении, если тело не будет снова нагрето. Поле оказывается как бы «замороженным» в материале.

Это явление позволяет уверенно судить о прошлом земного магнитного поля. Ученым удается проникать в такие дали времен, когда на юной планете остывала твердая кора. Минералы, сохранившиеся с той поры, рассказывают о том, каким было магнитное поле два миллиарда лет назад.

Когда же дело касается исследований периодов, значительно более близких к нам по времени – в пределах последних 10 тысяч лет, – ученые предпочитают брать для анализа материалы искусственного происхождения, а не природные лавы или осадки. Это обожженная человеком глина – посуда, кирпичи, ритуальные фигурки и т. п., которые появились с первыми шагами цивилизации. Преимущество искусственных поделок из глины в том, что археологи могут их достаточно точно датировать.