Глеб Голубьов
Неразгаданите тайни (25)

Колко са магнитите?

Как сега, след толкова много опити и дълголетни наблюдения във всички кътчета на планетата, си представят учените строежа на големия земен магнит?

Преди всичко съществува главно магнитно поле. Неговият източник се намира във вътрешността на планетата. Но то далеч не е единственото. В някои места на планетата напрежението на магнитното поле рязко нараства. Там се крият допълнителни магнити — аномалии. Като източници на магнитните аномалии служат натрупванията на окиси на желязото и другите метални руди. Под въздействието на главното поле рудните залежи са придобили магнитни свойства. Подобни места се оказали толкова много на Земята, че да се наричат аномалии било някак неудобно. Какви са тези отклонения, щом те са така разпространени, че стават обикновени, своего рода норма? И това допълнително поле на магнитните аномалии се натрупва на основното поле.

Изследователите открили и други допълнителни магнити, влияещи върху главното поле. Техните източници се крият над главите ни в горните слоеве на атмосферата. Там, на височина стотици и хиляди километри, заредените частици, които летят с огромни скорости, създават електрически токове. А електрическият ток поражда наоколо магнитно поле. Освен това в атмосферата проникват и микрочастиците — атоми, йони и електрони, летящи към нас от Слънцето. Те предизвикват магнитните бури.

Американският физик Бауер се опитал с помощта на теорията на Гаус математически да отдели основното магнитно поле на Земята от другите, създавани от допълнителните магнити. Той извадил от действително наблюдаваното, реално магнитно поле онова, което то би трябвало да бъде по формулата на Гаус, ако Земята е еднородно намагнитизирано гигантско кълбо. Тази сложна и бавна работа се увенчала с успех. Станало възможно да се сравнят „главното“ и „остатъчното“ магнитни полета на Земята, както сега ги наричат. На картите, съставени от Бауер, те се разделили. А после по пътя на същите сложни изчисления успели да направят и още по-голяма тънкост: да определят величината на онази част от магнитното поле, която се създава от външните източници, от допълнителните магнити, намиращи се извън земната повърхност. Оказало се, че тази величина представлява не повече от една стотна от главното поле.

Всяка съставна част на общото поле има свои особености. Електрическите токове в атмосферата са свързани с дейността на Слънцето. Те се изменят периодически — на денонощия, месеци, години. Има колебания и с много кратки периоди, които могат да се измерят дори с минути и секунди. А микрочастиците, които нахлуват в земната атмосфера, предизвикват резки неравномерни колебания — магнитните бури.

По-постоянно е главното поле на планетата. Но и то изпитва два вида колебания: много бавни, измерващи се с десетки хилядолетия, и по-бързи, вековни вариации, както ги наричат учените.

Налага се не да се ограничават с изчисления по формулите на Гаус, а постоянно да се правят измервания и да се обновяват магнитните карти. Те остаряват приблизително за пет години. Поради това на магнитните карти се означава за кое време се отнасят. И освен това всяка година обсерваториите публикуват поправки с данните за наблюдаваните вариации. Ето колко грижи създава на хората сложният магнит на планетата, съставен от няколко части, при което всяка част проявява силата си по своему.

Магнитните бури изваждат компасите от строя. Нарушава се връзката. През зимата на 1952 година учените успели да наблюдават интересни явления. Тогава на Слънцето изведнъж станало гигантско избухване. Можели да го наблюдават с телескоп. След няколко часа на много места на Земята радиовръзката на къси вълни внезапно се прекъснала. Поради това една английска подводница няколко дни не могла да се свърже с брега. Дори я обявили за загинала и я зачертали от списъците на адмиралтейството.

А в Арктика и Антарктида, близо до магнитните полюси, компасите стават въобще безполезни.

Периодичните колебания и магнитните бури могат да бъдат предсказани от по-рано, като се наблюдава слънчевата активност. А как учените са узнали за бавните промени в главното поле? Нали те се измерват с десетки хилядолетия? А кой може да каже какво е било магнитното поле преди сто века? Тогава хората не са имали компас и дори не са умеели да записват своите наблюдения.

Да определят какви са били магнитното отклонение и наклонение преди хиляда, милион или милиард години помогнал на учените новият остроумен метод на палеомагнитизма, разработен през последните години. Това прилича на чудо. Но всъщност методът съвсем не е сложен. Той е основан на това, че железните, никеловите и други руди запазват магнитните си свойства само при нагряване до определена температура. Тази критична „точка на Кюри“ е различна за всеки вид феромагнитни руди.

Оказва се възможно по пътя на твърде сложни и фини измервания да се установи какво направление е имало магнитното поле на Земята в онзи момент, когато желязната руда или съдържащата я скала са се нагрели до критичната точка. Променливата магнитна сила в тях като че ли застива завинаги. И не е важно къде се е нагряла рудата: в кратера на вулкана или в пещта на древния грънчар, примесена със сурова глина.

Използувайки метода на палеомагнетизма, учените в различните страни анализирали вулканични лави, спечена от огъня сгурия от пещите на първобитните ковачи и късове от счупени съдове, намерени при разкопките. Резултатите били толкова странни и необикновени, че мнозина изследователи отначало не искали да повярват сами на себе си.

Физиците отдавна знаели, че магнитното отклонение в едно и също място се изменя. Но точните измервания се провеждат едва от две-три столетия. И изглежда, че тези колебания са незначителни, но, макар и в такава степен, още не са съвсем обяснени. А палеомагнитизмът за пръв път е дал възможност да се сравнят величините на отклонението и наклонението за далечни една от друга епохи. И резултатите се оказали поразителни.

Анализът на парчета от грънчарските пещи на древния Картаген показал, че в 146 година преди нашата ера в тази точка на брега на Африка отклонението е било равно на 30, а наклонението — на 58°. Сега същите величини са съвсем други: отклонението е 3°, а наклонението — 51°45’.

И колебанията стават очевидно доста бързо. Други късове от домашни съдове, с век и половина по-древни от първите, дали такива резултати: отклонение 1°15 и наклонение 51°. Нима магнитното поле на Земята така забележимо се премества по повърхността на планетата?

Когато съставили диаграма на промените на отклонението и наклонението за района на Париж от времето на Римската империя до наши дни, се получила странна фигура, не приличаща нито на неправилен кръг, нито на спирала. Оказва се за две хиляди години отклонението в тази точка се е превърнало от източно в западно, а наклонението ту намалявало, ту отново започвало да нараства, сякаш северният магнитен полюс се е приближавал понякога малко към Париж…

Има и друг начин за изследване на магнитното поле на Земята в нейното далечно минало. В училищата физиците показват на учениците следния прост опит. Покриват някакъв магнит с бял лист хартия и върху него изсипват железни стърготини. Последните се наместват не как да е, а по дължината на силовите линии, като образуват сложна фигура от снопове. Така магнитното поле става видимо с просто око.

Оказва се, че точно по същия начин можем да видим и части от магнитното поле на Земята, каквото е било например преди десет хиляди години. През пролетта, когато се топят ледовете в реките и езерата, във водата попадат немалко пясък и кал. Мътилката се отлага, образувайки на дъното тънък слой глина. Всеки слой съответствува на определена пролет. По тези ивици от глина, както вече се разказа в „Биография на климата“, може да се определи „възрастта“ на отлаганията много точно: в години.

А заедно с песъчинките нерядко попадат в глината частички от руда, имащи магнитни свойства. Когато водата е спокойна, те падат на дъното не как да е. Частиците руда се наместват по дължината на силовите линии на магнитното поле на Земята, също като стърготините при училищния опит. Върху тях се натрупват други породи, които запазват за нас рисунката на древното магнитно поле.

Като се проверявали взаимно с тези два метода, учените се опитали по данните за отклоненията и наклоненията на миналите епохи да съставят някаква, макар и приблизителна, картина на измененията в земното магнитно поле.

И се оказало, като че ли северният магнитен полюс в миналото се е местил по повърхността на планетата, описвайки сложна крива. В началото на архайската ера той се намирал някъде в района на днешната долина на Колорадо в Америка, след това се е придвижил към Маркизките острови. През мезозойската ера полюсът е пресякъл целия Тихи океан и се озовал при южното крайбрежие на сегашна Япония. После през остров Сахалин и покрай източните брегове на Азия той се придвижил в Арктика, за да заеме накрая своето сегашно положение…

От тези изследвания, ако са правилни, могат да се направят няколко изводи. И всички те са потресаещи.

Само магнитните полюси ли са се премествали? А може би заедно с тях са се движели и географските? Тогава земната ос на въртене наистина силно е изменяла своя наклон и нашата планета — както предполагат някои палеоклиматолози, чиито хипотези са упоменати в „Биография на климата“ — понякога буквално заставала с „дъното нагоре“.

А може би не полюсите са блуждаели, а материците са се премествали по отношение силовите линии на магнитното поле? Тогава Вегенер е прав: материците са способни да плават като кораби.

Колкото и да са поразителни данните за магнитното поле на Земята в миналото, новите измервания доказват правилността на метода на палеомагнетизма.

Във всеки случай преместването на магнитните полюси сега е установено с други измервания. За шест години — от 1948 до 1954 година — северният магнитен полюс се е изместил на север по дължината на стотния западен меридиан с един градус и четвърт и се е приближил към географския полюс почти със сто и петдесет километра. При такава „пъргавина“ напълно е възможно за милиони години полюсът да обходи цялото земно кълбо.

Едва когато разбрали от какви части е съставен общият магнит на планетата, учените са се приближили до решението на главната проблема.

Сравнително по-леко се оказало да разгадаят тайната за произхода на добавъчните магнити. Както показаха изследванията през време на Международната геофизическа година, магнитните аномалии, макар и не всички още, са отчетени и са нанесени по картите. Единственият в света немагнитен съветски кораб „Заря“, изминавайки повече от 47 хиляди морски мили по океана, открил няколко нови аномалии. На изследователите на „Заря“ се удало също така да установят, че магнитният екватор бил не съвсем правилно нанесен на картите.

Пускането на ракети в горните слоеве на атмосферата позволило още по-добре да се изучи променливото магнитно поле, свързано с електрическите токове на големите височини.

Но тук остават неизяснени още немалко явления.

Особено място в програмата на геомагнитните изследвания през време на МГГ било отделено за изучаване на електрическите токове в земната кора.

Понякога „виновник“ за възникването на електрически ток в земята бива самият човек. В почвата около големите електростанции, кабелите, електрифицираните железопътни линии уредите показват наличието на ток. Местни електрически токове се появяват и независимо от човека, вследствие на разлика в температурата на отделните слоеве от почвата, при падането на дъждове и накрая в резултат на химически реакции в земната кора.

Но в земята съществуват и други токове. Те обхващат огромни пространства от сушата. Уредите ги отчитат едновременно в Ленинград и във Владивосток, в Америка и в Африка. По време на МГГ е имало случаи, когато такива токове едновременно се наблюдавали и в Арктика, и в Антарктида. Изменяйки се по сила и направление, те непрекъснато текат в недрата на земната кора. Наричат ги телурически или земни токове.

Източникът на земните токове очевидно се намира извън нашата планета. Те се изменят под въздействието на магнитните бури. По всичко личи, че те се възбуждат от потока на заредените частици, излъчвани от Слънцето и другите звезди.

До неотдавна се смяташе, че такива електрически токове има само на сушата. Но ги открили и в морето. Колко необичайно е станало това, трябва да се разкаже по-подробно. Тази история служи като добър пример за това, как понякога по сложните и объркани пътища се извършват открития. Тя също така напомня за съвсем неочакваните връзки в природата.