9 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Являются ли положения магнитных полюсов земли постоянными

Как Россия украла северное сияние. Почему смещение магнитных полюсов погубит жизнь на Земле

Ученые выяснили, что северный магнитный полюс Земли движется с рекордной скоростью.

Ученые выяснили, что северный магнитный полюс Земли движется с рекордной скоростью.

— почему смещаются магнитные полюса Земли

— когда и почему пропадет магнитное поле нашей планеты

— как Россия украла у Канады северное сияние

И сследователи из Великобритании и США определили, что северный магнитный полюс Земли движется с рекордной скоростью и за последний год он изменил свое положение на 50 км.

Как определить, где находится Северный полюс, если ваши Google карты не работают, а мха на деревьях не видно? Конечно же с помощью компаса.

Но, как оказалось, даже эти надежные устройства вскоре могут нас подвести, поскольку северный магнитный полюс стремительно изменяет свое положение, равно как и стрелка компаса.

Да, магнитные полюса и ранее не совпадали с географическими, но резкое их перемещение может привести к путанице в системах навигации, коммуникации, из-за чего нужно будет изменить некоторые обозначения в авиаиндустрии и мореплавании.

В далеком будущем ученые предсказывают, что северный и южный магнитные полюса и вовсе могут поменяться местами, что станет критическим событием для всего живого на нашей планете ( разумеется, если к тому времени что-то здесь останется).

Тем временем, НВ разбиралось, куда движется северный магнитный полюс, и на что уже повлияло его изменение.

Куда перемещаются магнитные полюса?

Магнитный полюс, который используют для условного обозначения северной и южной частей Земли, — это точка, в которой силовые линии магнитного поля ядра нашей планеты направлены под углом в 90 градусов к ее поверхности.

В отличие от географических полюсов, которые обозначают ось вращения Земли и являются постоянными, магнитные полюса могут смещаться из-за изменений в магнитном поле планеты, и, соответственно, не являются диаметрально противоположными друг другу.

Тем не менее, для определения полюсов люди до сих пор используют магнитные компасы, — эти устройства указывают как раз на расположение магнитных полюсов. Компас достаточно эффективен вдали от Арктики и Антарктики, но если вы вдруг решите воспользоваться им в непосредственной близости к полюсам — стрелка может неправильно указывать на север и юг нашей планеты.

Но это еще полбеды: с середины XVII века до 1990-х северный магнитный полюс был расположен в разных точках канадской Арктики. С того времени полюс начал очень быстро дрейфовать, и менее чем за 30 лет значительно сдвинулся в сторону российской Сибири, все больше приближаясь к географическому полюсу.

Последние изменения заметили эксперты из Британской геологической службы и Национальных центров экологической информации США. Ученые обнаружили, что в этом году северный магнитный полюс сдвинулся на 50 км в сторону Сибири.

Это первый в истории случай, когда магнитный полюс пересек меридиан, и сейчас он расположен на рекордной близости к географическому полюсу, — всего три градуса или около 390 км.

Почему это важно?

Определение точного расположения магнитных полюсов важны для навигации, поскольку на кораблях и других видах транспорта по-прежнему используют магнитные компасы, и они могут остаться единственным инструментом позиционирования, если вдруг спутниковые системы выйдут из строя.

Кроме того, магнитные полюса необходимы для настройки правильного спутникового сигнала и, как следствие, работы многих электронных устройств на Земле. Не говоря уже об использовании моделей магнитного поля в военной навигации.

В частности, картами магнитных полюсов пользуются в NASA, авиационных управлениях и министерствах обороны разных стран и других государственных организациях. Даже для точной работы карт Google нужны актуальные координаты полюсов, поскольку система также основана на правильном функционировании GPS.

Именно поэтому, ученые довольно часто корректируют карту магнитных полюсов Земли и учитывают погрешность в их отклонении от географических полюсов. В последний раз положение северного магнитного полюса уточняли в 2015-м, и после недавних наблюдений британских и американских исследователей мы узнали о рекордной скорости его передвижения за год.

«В связи с асимметричностью магнитного поля Земли ( наличием локальных магнитных аномалий) северный и южный магнитные полюса Земли не являются антиподальными ( диаметрально противоположными) точками. Соответственно, они и смещаются по-разному. И если южный магнитный полюс движется со скоростью около 10 километров в год, то северный магнитный полюс, для которого ранее были характерны такие же скорости, в последние годы резко ускорил свое движение», — объяснял геолог Владислав Стрекопытов.

Действительно, южный магнитный полюс движется гораздо медленнее, и уже почти 60 лет он находится в одном регионе на окраине Антарктиды ( море Дюрвиля). В сравнении со стремительным смещением северного магнитного полюса за последние 20 лет — южный магнитный полюс практически стоит на месте.

Из-за изменений магнитных полюсов в некоторых аэропортах уже корректировали обозначения взлетно-посадочных полос, которые основаны на азимуте по компасу ( от 0 до 360 градусов). «За последние 22 года с момента открытия аэропорта Денвера DIA маркировка полосы изменилась чуть более чем на 2,5 градуса. В следующий раз обозначение полосы нужно будет изменить примерно через 30 лет», — говорит представитель аэропорта Денвера Хит Монтгомери.

Похожая ситуация произошла и в Международном аэропорту Фэрбанкс ( Аляска), где название полосы 1L-19R изменили на 2L-20R из-за смещения северного магнитного полюса.

После недавнего уточнения координат магнитных полюсов, компании Apple и Google должны будут в течении нескольких месяцев изменить программное обеспечение для своих устройств, чтобы карты и фирменные приложения с компасами работали более точно.

Также, движение северного магнитного полюса в сторону России приведет к тому, что с территории Канады будет хуже видно северное сияние, — магнитосфера будет взаимодействовать с частицами солнечного ветра уже ближе к Сибири.

Из-за чего смещаются магнитные полюса?

Определенно, изменения в магнитном поле Земли вызваны движением расплавленного железа в ядре планеты. Но, как заявил представитель Британской геологической службы Кьяран Бегган: «Мы очень мало знаем об изменениях в ядре, которые приводят к движению полюсов».

Известно, что магнитное поле нашей планеты появилось благодаря эффекту магнитного динамо, — теплопередачи в жидких металлах внутреннего ядра на глубине около 2900 км под поверхностью земли.

Когда потоки расплавленного железа и никеля с температурой примерно в 3000 градусов Цельсия изменяются глубоко под землей — создается электрический ток и генерируется магнитное поле. На поверхности мы можем это наблюдать в смещении магнитных полюсов.

Ученым пока сложно прогнозировать, как именно будут перемещаться полюса, поскольку процессы, которые влияют на это, еще не изучены до конца. Если бы у геологов были инструменты, которые позволили бы отслеживать, что происходит на такой глубине, — изменение магнитных полюсов можно было бы спрогнозировать заранее, и вносить соответствующие погрешности в разные модели, карты, навигационные системы

У других планет также есть магнитное поле, но оно не такое сильное, как у Земли, поскольку, например, у Меркурия и Венеры потоки жидких металлов в ядре не такие интенсивные, а у Марса ядро и вовсе затвердело, поэтому Красная планета имеет только остаточное магнитное поле.

Несмотря на это, ученые говорят, что магнитное поле Земли, как и других планет, со временем ослабевает, — в среднем, на 5% за 100 лет. В долгосрочной перспективе это может привести к тому, что магнитные полюса поменяются местами, и такое событие будет куда более серьезной проблемой, чем погрешности в навигации.

Когда магнитные полюса поменяются местами?

Исследователи полагают, что магнитные полюса меняются местами каждые 500 тыс. лет, а последнее изменение произошло почти 800 тыс. лет назад. Но, поскольку это явление очень сложное, и за время наблюдений человека полюса не сильно изменили свое расположение — точно предсказать такое событие почти невозможно.

Принято считать, что за все время существования Земли ( более 4,5 млрд лет) магнитные полюса менялись местами сотни раз. Но когда и при каких условиях это происходило — ученым пока неизвестно.

Перед инверсией магнитных полюсов они должны полностью исчезнуть, что, по всей видимости, и происходит сейчас с магнитным полем Земли. После того, как наши магнитные полюса начнут двигаться еще быстрее, а само магнитное поле окончательно ослабнет — должно пройти от 5000 до 10 тыс. лет для их полного восстановления в противоположном положении.

Такие изменения в магнитосфере Земли могут привести к тому, что наша планета на какое-то время окажется без защитного магнитного слоя, и действия внешних космических сил, включая солнечную радиацию, будут гораздо более разрушительными.

В период инверсии магнитных полей все живое на Земле, вероятно, погибнет, если к тому времени здесь еще хоть что-то останется. Хотя, вполне возможно, что организмы смогут адаптироваться к таким изменениям, ведь это событие не моментальное и будет длиться тысячи, а то и десятки тысяч лет.

«Некоторые данные фактически предполагают, что геомагнитное изменение является геологически неизбежным. Но это не означает, что инверсия магнитных полюсов случится завтра или даже в ближайшее время, и вы можете смело ставить на то, что север еще некоторое время будет находится в Арктике. Хотя никто не знает, когда произойдет следующее изменение полюсов», — пишет журналист National Geographic Надя Дрейк.

Проблему представляет, скорее, не сама инверсия магнитных полюсов, а ослабление магнитного поля в целом: кроме негативного воздействия солнечной радиации на живые организмы на Земле, экосистема планеты может сильно нарушиться, ведь многие животные используют магнитное поле для ориентации в пространстве.

Зато можете не переживать, что изменение магнитных полюсов может повлиять на наклон Земной оси. Согласно современным компьютерным симуляциям, эти события никак не связаны.

Но вот климатические изменения и масштабные таяния ледников вполне могут привести к тому, что географический северный полюс немного изменится, подвергая опасности наводнений многие регионы Земли.

«Переполюсовка»: чем грозит смещение Северного магнитного полюса

Северный магнитный полюс движется к Сибири, причём с довольно большой скоростью, заявляют западные ученые. Они очень давно наблюдают за ним, и если вначале он перемещался по 15 километров в год, то сегодня эта цифра перевалила за 50 километров. Чем грозит быстрый «побег» полюса со своего места, расскажет корреспондент «Вестей ФМ» Андрей Хохлов .

Для начала не стоит путать географические полюсы и магнитные. В отличие от географических, магнитные могут перемещаться. За ними уже в течение 200 лет ведутся наблюдения. Южный полюс, можно сказать, стоит на месте, а вот Северный постоянно передвигается то в одном направлении, то в другом. В последнее время делает он это довольно быстро – если вначале наблюдений скорость его смещения не превышала 15 километров в год, то сейчас эта цифра возросла до 50 километров. Передвигается он дальше на север – от Канады, где сейчас находится, в сторону России.

Об этом говорят ученые из Национального управления океанических и атмосферных исследований США. Они совместно с коллегами из Англии каждые 5 лет обновляют Всемирную магнитную модель Земли – карту с актуальными координатами каждого полюса.

Увеличение скорости движения Северного магнитного полюса в этот раз заставило ученых внести поправки раньше обычного, не дожидаясь наступления 2020 года. Для рядового человека это ровным счетом ничего не значит, а вот для работы техники это важно. По магнитной модели Земли сверяют данные все навигационные системы мира.

Например, функция геолокации на наших смартфонах работает, исходя из точного местонахождения того или иного полюса, от этого зависит, дойдет ли нам очередное обновление операционной системы на компьютер. Особенно влияет это на полеты самолетов и работу аэропортов. Ведь все системы помощи посадки функционируют, полагаясь на магнитные полюсы.

Регулярно для авиации исследовательские центры создают специальное программное обеспечение, которое сотрудники аэропортов устанавливают себе на компьютеры. Благодаря заложенным туда точным координатам каждого полюса машина высчитывает и выдает подлетающим самолетам необходимые данные для посадки.

Из-за чего происходит постоянное перемещение Северного магнитного полюса, ученые не знают. Но существуют догадки. Например, движение могут провоцировать потоки раскаленного железа в недрах земли, рассказывает директор Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Пушкова Владимир Кузнецов.

Читать еще:  Как правильно укладка тротуарной плитки

КУЗНЕЦОВ : Это определяется процессами, которые происходят в недрах земли. Считается, что там находится раскаленное железо – это все вращается, и за счет взаимодействия с этой проводящей средой определяются изменения магнитного поля и движение Северного магнитного полюса.

С направлением – куда двинется в следующий раз магнитный полюс – тоже все неоднозначно. Сегодня он выдвинулся с материковой части Канады и пошел в сторону Сибири. Окажется ли он там когда-нибудь, совершенно непонятно. Считается, куда течет магма под землей – туда следует и полюс. Например, относительно недавно он направлялся абсолютно в другую сторону, продолжает эксперт.

КУЗНЕЦОВ : Некое время назад Северный полюс двигался на юг. А в последнее столетие он начал двигаться на север. И с очень большой скоростью – до 30 – 50 километров в год. И сейчас он продвинулся довольно далеко. Если такая скорость сохранится, то через какое-то время он пересечет географический полюс и окажется на нашей территории. Но это недостоверно. Он довольно часто блуждает.

Выделить какие-то закономерности движения магмы пока ученым не под силу. Остается только наблюдать и вовремя обновлять Всемирную магнитную модель нашей планеты.

То, что происходит сейчас, предполагают специалисты, может быть, всего лишь небольшой, еле заметный признак будущей так называемой переполюсовки. Это когда северный магнитный полюс постепенно меняется местами с южным. Последний раз это произошло на Земле примерно 780 000 лет тому назад. Как скоро это случится снова, предсказывать никто не решается.

Несмотря на то, что сейчас специалисты из США уверяют, что в этом нет ничего страшного, в научном мире есть теории о грядущем апокалипсисе из-за резких изменений в магнитном поле Земли. Например, группа западных ученых недавно предположила, что сотни тысяч лет назад на Марсе была атмосфера. Но там произошла резкая смена магнитных полюсов, та самая «переполюсовка», и последствия были катастрофическими. Атмосфера исчезла, планета оказалась беззащитной перед смертоносной радиацией из космоса.

Случись подобное на Земле, одним только излучением не обойдется. Произойдут мощные климатические изменения. Льды Гренландии и Антарктиды растают, на экваторе выпадет снег, Африку и Австралию накроет ледяная шапка. А вот Аляска и сибирская тайга, наоборот, превратятся в плодородные земли с тропическим климатом. Тут же начнутся бесконечные землетрясения и извержения вулканов. Человечеству, если удастся выжить, придется несладко.

Хотя многие ученые, в частности отечественные, данную теорию считают пока не очень правдоподобной. Говорят, что ядро нашей планеты сегодня остается достаточно мощным, чтобы в случае «переполюсовки» быстро восстановить правильный ход вещей.

Мой компас земной

Ускорившийся дрейф северного магнитного полюса заставляет пересмотреть навигационные модели

Ученые наблюдают все ускоряющийся сдвиг северного магнитного полюса Земли. А ведь именно на него указывает стрелка любого компаса. В связи с этим требуется все более частое обновление карт магнитного поля, являющихся основой для всех навигационных систем. Кстати, ученые уже давно говорят о том, что магнитные полюса могут и вовсе поменяться местами, как это не раз происходило в истории планеты. N + 1 обратился за разъяснениями к геологу Владиславу Стрекопытову.

Трудно представить себе современную жизнь без навигационных систем самого различного уровня — от систем управления движением кораблей в океанах до карт Google в бытовых смартфонах. Это может показаться странным, но и сегодня, в эпоху GPS, как и прежде, когда люди полагались лишь на компас, основой для ориентирования на местности остается магнитное поле Земли, а именно — конфигурация его силовых линий, расходящихся от магнитных полюсов.

Именно относительно магнитных полюсов, один из которых расположен в Северном полушарии, а другой в Южном, определяется положение точек и объектов на поверхности Земли. Местоположение магнитных полюсов не совпадает в точности с географическими Северным и Южным полюсами, поэтому синяя стрелка компаса указывает на север не точно, а лишь приблизительно, отличаясь на величину магнитного склонения.

Карта изолиний магнитного склонения, построенная на основе модели WMM 2015. Звездочкой обозначено положение северного магнитного полюса

British Geological Survey

Это не было бы проблемой, если бы магнитные полюса находились всегда на одном и том же расстоянии от географических. Тогда введенная поправка легко устраняла бы это расхождение. Проблема заключается в том, что магнитные полюса Земли имеют свойство постоянно смещаться. Есть суточные циклические блуждания магнитных полюсов и их долгосрочный дрейф, который хорошо заметен на промежутках в месяцы и годы (эти смещения измеряются десятками километров).

Долгосрочные смещения магнитных полюсов, скорее всего, являются отражением изменений, происходящих на уровне глубинных процессов в ядре Земли. Внутренняя часть металлического ядра (внутреннее ядро) является твердой, а внешняя (внешнее ядро) состоит из жидких металлов. Согласно существующим воззрениям, именно внешнее ядро — вернее, динамо-механизм (эффект магнитного динамо), связанный с вихревыми токами, вызванными конвекцией жидких металлов в этой зоне, — отвечает за возникновение у нашей планеты магнитного поля. Поток жидкого железа в ядре Земли создает электрический ток, который, в свою очередь, создает магнитное поле.

Именно присутствие в составе планеты жидкого ядра является необходимым условием генерации магнитного поля, а сила этого поля определяется интенсивностью конвективных потоков в нем. У таких планет земной группы, как Меркурий и Венера, магнитное поле хоть и присутствует, но оно далеко не такое сильное, как у Земли. Скорее всего, этого связано с низкой интенсивностью конвективных потоков в жидких ядрах этих планет. Для Марса же зафиксирован лишь остаточный магнетизм — по-видимому, раньше у него было жидкое ядро, но впоследствии оно затвердело.

Перемещение северного магнитного полюса (яркие точки) относительно географического Северного полюса (туская точка справа внизу)

Положение магнитных полюсов Земли с учетом их дрейфа вычисляется в рамках глобальных моделей магнитного поля, создаваемых различными международными геофизическими организациями. Модели являются основой для профессиональных и военных морских и топографических карт и реально служат для навигации, их используют военные ведомства всех стран, в том числе министерства обороны США и стран НАТО. Самые известные из этих моделей — Международное геомагнитное аналитическое поле (International Geomagnetic Reference Field, IGRF) и Всемирная магнитная модель (World Magnetic Model, WMM). Каждые пять лет эти модели корректируются.

Последняя корректировка была в 2015 году, и модели должны были действовать до 2020 года. Однако резкое увеличение скорости смещения северного магнитного полюса, наблюдающееся в последние годы, заставляет специалистов пересмотреть модели досрочно. В частности, геофизические службы США и Великобритании собираются обновить Всемирную магнитную модель WMM2015 в самое ближайшее время.

По результатам ежегодной проверки модели WMM2015 в начале 2018 года исследователи из Национального управления океанических и атмосферных исследований США (National Oceanic and Atmospheric Administration, NOAA) и Британской геологической службы в Эдинбурге сделали заключение о том, что уровень ошибок в фиксации вариаций магнитного поля Земли, выдаваемых моделью, скоро превысит допустимый для навигационных систем предел.

Геометрия магнитного поля Земли увеличивает погрешности модели в местах, где поле меняется наиболее быстро, например в районе Северного полюса. Об этом сообщает журнал Nature.

В каждой точке поверхности Земли магнитное поле имеет вертикальную и горизонтальную составляющие, и стрелка компаса, поворачиваясь вокруг своей оси, выстраивается именно вдоль горизонтальной составляющей. Таким образом, стрелка всегда параллельна направлению силовых линий магнитного поля.

Угол, на который отклоняется стрелка под действием магнитного поля Земли в вертикальной плоскости, называется магнитным наклонением. На магнитном полюсе Земли силовые магнитные линии перпендикулярны поверхности, а магнитное наклонение равно 90 градусов. Из-за этого вблизи от магнитных полюсов Земли магнитный компас бесполезен для определения направления.

Общая схема силовых линий геомагнитного поля

Peter Reid, The University of Edinburgh

Магнитный полюс Северного полушария Земли был обнаружен в 1831 году английским полярным исследователем Джеймсом Россом в Канадском архипелаге (70 градусов 05 минут 00 секунд северной широты, 96 градусов 47 минут 00 секунд западной долготы). Магнитное наклонение в данной точке было равно 89 градусов 59 минут.

В 1841 году Джеймс Росс определил местоположение магнитного полюса Южного полушария Земли (75 градусов 05 минут 00 секунд южной широты, 154 градуса 08 минут 00 секунд восточной долготы), находящегося в Антарктиде. С тех пор положение магнитных полюсов относительно географических координат четко отслеживается.

В связи с несимметричностью магнитного поля Земли (наличием локальных магнитных аномалий) северный и южный магнитные полюса Земли не являются антиподальными (диаметрально противоположными) точками. Соответственно, они и смещаются по-разному. И если южный магнитный полюс движется со скоростью около 10 километров в год, то северный магнитный полюс, для которого ранее были характерны такие же скорости, в последние годы резко ускорил свое движение.

Сейчас северный магнитный полюс уже дрейфует со скоростью около 65 километров в год, и эта скорость только нарастает. В настоящее время он уже вышел за пределы 200-мильной зоны Канады, пересек Линию перемены дат и уверенно движется в сторону российского арктического побережья. При сохранении такой скорости северный магнитный полюс через 50 лет достигнет архипелага Северная Земля.

Если скорость смещения северного магнитного полюса сохранится, то новая Всемирная магнитная модель, которая будет готова к концу января, тоже прослужит не более двух лет.

Тем временем ученые работают над тем, чтобы понять причину столь резких изменений в картине геомагнитного поля и предсказать, как будут развиваться события дальше. Спутники миссии Swarm Европейского космического агентства (ESA) регулярно отслеживают из космоса пространственные изменения магнитосферы Земли.

Наблюдения показывают, что магнитное поле сейчас в среднем по планете ослабевает со скоростью около 20 нанотесла в год, то есть на 5 процентов в столетие. Это изменение, конечно, неравномерное — где-то поле и растет. Но в целом за прошлые 150 лет снижение составило 10 процентов.

Изменение геомагнитного поля за первое полугодие 2014 года по данным спутниковой группы Swarm

Такое ослабление магнитного поля Земли вместе с резким ускорением дрейфа магнитных полюсов может свидетельствовать и о приближении такого события, как инверсия магнитного поля Земли, когда произойдет так называемая переполюсовка — северный и южный магнитные полюса поменяются местами.

В ближайший к нам период геологической истории инверсии магнитного поля (переполюсовки) происходили в среднем четыре раза за миллион лет. Последний раз это случилось около 780 тысяч лет назад. А сто миллионов лет назад был период, когда поле оставалось в одной полярности почти 40 миллионов лет. За всю историю планеты произошло, по крайней мере, несколько сотен инверсий магнитного поля.

До сих пор в периодичности смены полюсов ученые не могли обнаружить никакой закономерности.

Информация об изменениях полярности — инверсиях магнитного поля — зафиксирована в горных породах и рудах, содержащих ферромагнитные минералы (магнетит, гематит, титаномагнетит), сохраняющие остаточную намагниченность, которая содержит информацию о состоянии магнитного поля Земли на момент формирования этих пород. Изучение остаточной намагниченности в разновозрастных породах является основанием для составления временной шкалы инверсий магнитного поля.

Существует мнение, что в момент смены полярности напряженность магнитного поля резко падает, из-за чего исчезает магнитная защита нашей планеты от потока ионизированных частиц, идущих от Солнца, — солнечного ветра. После смены полярности прежняя напряженность магнитного поля восстанавливается, по геологическим меркам, очень быстро — за первые десятки тысяч лет. Но этого времени вполне достаточно, чтобы на Земле погибло все живое. Некоторыми учеными инверсии магнитного поля рассматриваются в качестве одной из вероятных причин эпизодов массовых вымираний.

В любом случае, когда мы говорим о большой вероятности того, что полюса скоро поменяются местами, мы рассуждаем в масштабах геологического времени, где понятие «скоро» означает десятки тысяч лет. Да и сама смена полюсов — событие, происходящее не за одну минуту и даже не за сто лет. Во время переполюсовки общая картина геомагнитного поля нарушается, возникают несколько полюсов полярности, которые перемещаются, как бы «вытесняя» друг друга. На схеме ниже приведена построенная по результатам моделирования схема изменения магнитной полярности Земли в период инверсии магнитного поля.

Результаты численного моделирования магнитного поля Земли: слева — обычное состояние, справа — состояние магнитосферы Земли в период инверсии

Читать еще:  Какой контур у теплых полов

Северный магнитный полюс наш! Ну, почти наш

Карты устарели

Северный магнитный полюс Земли движется в Сибирь . Рано или поздно он там окажется. Нашим станет. Никакого секрета тут нет — это ожидаемое и даже предсказуемое событие. Как и смещение само по себе. Неожиданной стала его скорость. Она вдруг возросла примерно до 55 километров в год — почти в четыре раза вопреки всем прогнозам. О внезапном ускорении объявили Национальные центры экологической информации США (NOAA’s National Centres for Environmental Information — NCEI) и Британская геологическая служба (British Geological Survey), которые следят за движением магнитных полюсов.

Северный магнитны полюс сдвинулся на более чем 2000 километров. Разогнался до 55 километров в год, но сейчас притормозил до 40 километров в год.

Экологи и геологи заверяют, что с 1831 года — со времени определения точного положения северного магнитного полюса — он сместился на 2250 километров. Не стоял на месте и южный — покинул Антарктиду и вышел в Индийский океан. Но скорость его дрейфа оставалась постоянной.

Нынешние стремительные изменения положения северного магнитного полюса привели к тому, что пришла в негодность – устарела — прежняя Всемирная магнитная модель (WMM) – эдакая карта, которая показывает текущие и грядущие положения полюсов. На ней отмечены районы, где работа компасов становится ненадежной – то есть, они начинают врать, осложняя навигацию.

Дело дошло до того, — сообщает портал ScienceAlert, что американцам и британцам пришлось спешно составить новую Всемирную магнитную модель – на год раньше запланированного срока. Данные для нее предоставили десятки спутников и сотни наземных обсерваторий.

Всемирная магнитная модель в развернутом виде.

Почему магнитные полюса дрейфуют? Да еще как-то не синхронно: южный — на одно расстояние, северный — на другое. Никто толком не знает. Имеются лишь предположения, что это как-то связано с движением железного ядра планеты и раскаленных потоков магмы в ее недрах.

ТРЕВОЖНЫЙ ВОПРОС

А если северный магнитный полюс двинется еще дальше?

Некоторые ученые считают ускоренный дрейф северного магнитного полюса нехорошим симптомом. Видят в нем признаки надвигающейся инверсии магнитного поля Земли. Проще говоря, пугают тем, что магнитные полюса нашей планеты поменяются местами. В прямом смысле слова: северный станет южным. И наоборот.

Ученые объясняют: совсем не страшит то, что на Север, в итоге, начнет указывать не синий кончик стрелки компаса, а красный. Ведь опасна не сама инверсия, а ее процесс. Отнюдь вроде бы не мгновенный. По некоторым оценкам, он может затянуться на сотни, а то и на тысячи лет.

А по мере развития инверсии, есть угроза того, что напряженность геомагнитного поля снизится примерно в десять раз. На какое-то время Земля ощетинится десятками магнитных полюсов. Это — в лучшем случае. В худшем — поле и вовсе исчезнет. Что тут же лишит нашу планету магнитосферы — природного барьера, сдерживающего солнечный ветер и космическое излучение. Жизнь без такой защиты долго не протянет. Не говоря уже о цивилизации, электрические сети которой «спалят» даже скромные солнечный вспышки.

Инверсия может привести к тому, что магнитные полюса размножатся.

Отсюда и тревога: если магнитное поле и в самом деле выключится, то включится ли снова? Сколько точно продлится «перезагрузка»? Ясных и однозначных ответов на эти жизненно важные вопросы нет. Равно как и универсальной «магнитно-хронологической шкалы». Одни обещают инверсию «хоть завтра», другие — чрез 2 тысячи лет, третьи через 200 тысяч.

По самому благоприятном прогнозу: до следующей инверсии — более 25 миллионов лет.

И наконец, есть ученые, которые вообще не верят, что инверсии бывают.

СПРАВКА «КОМСОМОЛКИ»

Динамомашина в недрах

Считается, что геомагнитное поле генерирует жидкое железное яро Земли. Его внутренняя часть вращается быстрее наружней. Она — «ротор» гигантского электрического генератора. Внешняя часть — «статор» . Вместе они — земное динамо. Или геодинамо, которое вырабатывает электрический ток. Он и создает магнитное поле.

Ток в недрах Земли вырабатывает геодинамо.

Ученые верящие в инверсию грешат на «турбулентные флуктуации течений электропроводящего железа внутри жидкого ядра», которые и смещают геомагнитные полюса со своих устойчивых мест. Далее, полагают теоретики, события могут развиваться по двум сценария. Либо полюса возвращаются в исходное положение и инверсия отменяется. Либо они продолжают двигаться, пока не окажутся в противоположных точках равновесия.

Из-за рекордно быстрого смещения магнитных полюсов Земли выпущено внеплановое обновление Всемирной магнитной модели WMM

Исследователи зафиксировали аномально быстрое смещение северного магнитного полюса Земли по сравнению с предыдущими годами: он движется со скоростью около 55 километров в год вместо обычных 10—15 км от побережья Канады в сторону Евразийского материка. Из-за этого в декабре 2019 года пришлось выпустить внеплановое обновление Всемирной магнитной модели (WMM), описывающей магнитное поле Земли с большой точностью и используемой для навигации.

Всемирная магнитная модель (WMM, World Magnetic Model) разрабатывается совместно Национальным геофизическим центром данных США (National Geophysical Data Center, NGDC) и Британской геологической службой (British Geological Survey,BGS). Она представляет магнитное поле Земли в виде стандартного разложения в ряд магнитного потенциала поля, учитывая как состояние поля на момент создания, так и его вариации во времени, что позволяет экстраполировать изменение поля со временем на следующие несколько лет. Обновлённая магнитная модель выпускается каждые пять лет. Предыдущая версия модели была выпущена в 2015 г., и следующее плановое издание модели запланировано на 2020 год. Из-за аномально высокой скорости дрейфа магнитного полюса в начале 2019 года было принято решение о внеплановом обновлении модели, об этом мы уже писали. Наконец 10 декабря было официально объявлено о выходе новой версии. Об этом сообщается на сайте Национального управления океанических и атмосферных исследований (National Oceanic and Atmospheric Administration, NOAA).

Со времени формального открытия северного магнитного полюса Земли в 1831 году установлено, что его положение непостоянно во времени. Полюса испытывают регулярное смещение, называемое дрейфом полюсов. Так, за время наблюдения северный магнитный полюс сместился на 2250 километров. Данные исторических наблюдений позволяют реконструировать положение полюсов и в ранние эпохи — начиная с 1600-х годов в связи с интенсивным развитием мореплавания. Положение магнитных полюсов до времени прямых измерений реконструируется по направлению магнитного склонения в разных точках мира, измеренному, в том числе с кораблей. Южный магнитный полюс при этом ведёт себя более спокойно, но также подвержен смещению. Раньше плановые выпуски WMM удовлетворительно отслеживали эти движения, закладывая в модели соответствующие поправки для экстраполяции данных, точности которой хватало на последующие пять лет.

Дрейф северного и южного магнитного полюса. Эпоха инструментальных наблюдений — с 1831 г. (северный полюс) и с 1903 г. (южный) — жёлтые кружки. Экстраполированные исторические данные с 1590 года обозначены цветами от синего к жёлтому. С сайта NOAA.

Фрагмент военной топографической карты (квадрат M-34-119) с информацией об ориентации и смещении магнитного поля.

Происхождение магнитного поля Земли и других планет остаётся пока непрояснённым. Правдоподобной теорией сегодня является модель геомагнитного динамо: поле возникает за счёт вращения внешнего металлического ядра Земли, находящегося в жидком состоянии (на глубинах от 2900 до 5000 км). Модель достаточно сложна и включает в себя как необходимые элементы проводящую жидкость (расплавленный металл внешнего ядра), высокую температуру ядра, обеспечивающую конвекцию, а также вращение магнитной среды за счёт вращения небесного тела. Эта модель объясняет наличие долгоживущего магнитного поля у планет и звёзд: магнитное поле в проводящей среде, раз возникнув по любым причинам, быстро по космическим меркам затухает, поэтому для его поддерживания в течение миллиардов лет необходимы дополнительные механизмы.

Упрощённая модель магнитосферы Земли и механизм геодинамо генерации магнитного поля.

Более интересным является также то, что модель динамо допускает как смещение магнитных полюсов, так и их инверсию. Про частичную инверсию магнитного поля в недавнем (40 000 лет назад) геологическом прошлом в связи с возможностью её исследования на годичных кольцах обнаруженного ископаемого дерева мы писали недавно. Математически модель магнитного геодинамо представляет собой типичную хаотическую систему, в которой инверсия полюсов выступает как неизбежное время от времени явление, но происходит практически непредсказуемо и через нерегулярные промежутки времени. Такая непредсказуемость траектории в сложной нелинейной системе называется динамическим хаосом и является математическим следствием чувствительности траектории к начальным условиям и параметрам. Здесь ситуация сродни проблеме предсказания погоды: внутренняя сложность и неустойчивость системы приводит к невозможности предсказания поведения системы за пределами некоторого временнóго горизонта (для погоды это несколько дней или недель). Система магнитного динамо является, таким образом, хаотической и бистабильной: периодически она перескакивает из одной области пространства состояний в другую, и нынешний Северный магнитный полюс находится то в северном, то в южном полушарии. Последняя полная инверсия полюсов предположительно имела место около 800 тысяч лет назад, то есть до возникновения человека как вида, поэтому о последствиях такой инверсии в будущем мы можем только высказывать предположения. Многое зависит от того, будет ли инверсия происходить путём быстрого движения магнитных полюсов из одного полушария в другое, или же (катастрофический сценарий) магнитное поле в период инверсии уменьшится до критических значений и не сможет защищать Землю от космического излучения.

Линии магнитного поля в «спокойную» эпоху и во время инверсии полюсов.

Аномальное ускорение смещения полюсов предположительно связывается с «геомагнитными рывками» (geomagnetic jerks), открытыми в 1978 году. Теория геомагнитного динамо в принципе их допускает. Такие рывки, по-видимому, возникают из-за поверхностных эффектов, которые испытывают магнитогидродинамические волны, достигая границы ядро-мантия. В апреле 2019 года в статье в Nature Geoscience были описаны результаты компьютерного моделирования процессов в магнитосфере Земли на основе представлений о механизме магнитодинамо. Авторам удалось построить правдоподобное объяснение механизма образования таких рывков и связать аномально высокую скорость дрейфа с рывком, происшедшим в 2016 году. Численное моделирование такой системы требует множества тысяч часов на современных суперкомпьютерах, а сложность магнитогидродинамических расчётов можно оценить по открывающей картинке.

Всемирная магнитная модель WMM-2020. Карта магнитных склонений.

Однако, по убеждению геофизиков, такая высокая скорость смещения полюса ещё не указывает на близкую инверсию. В любом случае «опрокидывание» полюса будет происходить в течение пары тысяч лет. Хаотическая система магнитосферы Земли в это время будет пребывать в неустойчивом состоянии, что как минимум сильно усложнит её конфигурацию.

В режиме обновления: что означает «миграция» полюса в сторону Сибири

Российские ученые — о «блуждании» магнитного полюса и его влиянии на навигацию, работе магнитных обсерваторий и наблюдениях в Арктике.

В середине января ученые заявили, что необычно большая скорость, с которой смещается северный магнитный полюс Земли, привела к досрочному обновлению Всемирной модели магнитного поля — необходимой в том числе для нормального функционирования навигационных систем (а еще для работы карт в наших мобильных телефонах).

Используется модель по всему миру, в том числе и в России, а отечественные магнитные обсерватории также предоставляют данные, необходимые для ее создания. «Известия» попросили российских ученых объяснить, что значат эти новости, может ли обновление модели привести к серьезным последствиям, что вообще происходит с магнитным полюсом и кто занимается такими исследованиями в России.

«Что-то странное происходит на вершине мира. Северный магнитный полюс Земли удаляется от Канады и движется в сторону Сибири, движимый расплавленным металлом, скрытым внутри планеты. Полюс движется так быстро, что ученым-геологам пришлось пойти на неожиданный шаг» — так начинается статья Александры Витце, опубликованная на сайте авторитетного научного журнала Nature 9 января 2019 года.

Модель магнитного поля Земли.

В ней, в частности, говорится о том, что высокая скорость, с которой северный магнитный полюс планеты меняет свое местоположение, вынудила ученых досрочно обновить так называемую Всемирную модель магнитного поля (World Magnetic Model или WMM), которая в том числе лежит в основе всех навигационных систем: от приборов военных и гражданских кораблей и самолетов до карт, доступных пользователям смартфонов.

Об этом же сообщили и на сайте Британской геологической службы (British Geological Survey) — одной из организаций, которая отвечает за выпуск обновленной версии модели. Ее сотрудник Чиаран Бегган объяснил, что в последние несколько десятилетий полюс, который обычно находится где-то между российскими и канадскими владениями на Севере, всё быстрее смещался в сторону Сибири. «Полюс двигается со скоростью примерно 50 км в год. При этом он почти не двигался с 1900-х по 1980-е, но заметно ускорился в последние 40 лет», — отметил он.

Читать еще:  Cмеяться полезно для организма

Спустя несколько дней об этом написали большинство англоязычных СМИ, а вслед за ними — и российские. При этом в сообщениях отмечалось, что неточности в существующей модели могут привести в том числе к трудностям в навигации. В первую очередь в Арктике, то есть на территории, расположенной в непосредственной близости от северного магнитного (не путать с географическим) полюса.

Схема перемещения северного магнитного полюса Земли.

Представить обновленную версию должны были уже 15 января, однако в итоге эту дату перенесли на 30 января из-за шатдауна в США, где не работает большая часть служб, связанных с правительством. Сотрудники Национального управления океанических и атмосферных исследований США (NOAA) также принимали участие в обновлении модели. Один из них, Арно Чуллиа, пояснил изданию Nature, что ошибка «увеличивается постоянно».

«Вообще-то магнитные полюса земли «блуждают» постоянно, при этом смещение северного магнитного полюса в последние годы действительно ускорилось.»

При этом само по себе увеличение скорости его движения — уже не новость, пояснил «Известиям» Владимир Павленко, ведущий научный сотрудник ИГЕМ РАН, советник ректора по международному сотрудничеству в Арктике Северного арктического федерального университета, вице-президент Международного арктического научного комитета.

— В Российской академии наук есть собственный геофизический центр, который на протяжении длительного времени осуществляет мониторинг изменения координат и направления движения северного магнитного полюса Земли, — отмечает ученый.

В частности, специалист этого центра, по словам ученого, подтвердил сообщения об ускорении движения северного магнитного полюса в 2018 году на одной из арктических конференций. Николай Семаков, кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник Института нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН, который работает на одной из российских магнитных обсерваторий, рассказал «Известиям», что о подобном сценарии они предупреждали еще несколько десятилетий назад.

— Тридцать лет назад мы опубликовали прогноз, согласно которому «истинный магнитный полюс через 200−250 лет окажется в Восточном полушарии». Об этом в том числе говорилось в монографии «Физика Земли. Новый взгляд на некоторые проблемы», изданной новосибирским издательством «Наука» в 1989 году. Сейчас такой прогноз представляется «замедленным», — говорит ученый.

«Путешествие с компасом, под которым лежит топор».

Всемирная модель магнитного поля — одна из двух моделей, которые используются для определения местоположения магнитных полюсов Земли.

— Положение северного магнитного полюса Земли в настоящее время не определяется непосредственно из полевых наблюдений, а вычисляется, исходя из Мировой магнитной модели или близкой к ней модели IGRF (International Geomagnetic Reference Field). Обе эти модели строятся на основе обобщения спутниковых и наземных данных о магнитном поле Земли, — рассказывает Андрей Костеров, доцент кафедры физики Земли СПбГУ НИИФ (Научно-исследовательского института физики им. А. В. Фока).

И согласно обеим этим моделям, добавляет он, получается, что северный магнитный полюс «довольно резко ускорил свое движение» примерно с 2000 года.

Данные, которые ложатся в основу Всемирной модели магнитного поля, предоставляют магнитные обсерватории, которые работают по всей планете, пояснил «Известиям» заместитель директора Института физики Земли им. О. Ю. Шмидта РАН, доктор геолого-минералогических наук, профессор РАН, профессор МГУ, и доступ к ним имеют ученые со всего мира.

— WMM — модель глобальная, она не может быть чьей-то, поскольку для ее корректного функционирования необходима информация о состоянии и изменениях магнитного поля Земли от как можно большего количества обсерваторий со всей планеты, — объясняет Роман Веселовский.

Сама по себе WMM — это математическая модель, которая позволяет вычислять числовые характеристики магнитного поля Земли в любой точке на ее поверхности (а также над и под земной поверхностью). В том числе — напряженность или силу магнитного поля, его склонение и наклонение. Склонение означает угол между направлением на северный географический полюс и направлением на северный магнитный полюс, на который, собственно, и указывает стрелка компаса.

Карта магнитных отклонений WMM 2010

— Она «зашита» во все устройства, оснащенные компасом (смартфоны, GPS-навигаторы и т. п.). Если неправильно учесть магнитное склонение в данном месте, можно улететь/уплыть/заехать не туда. Магнитные полюса (северный и южный) находятся в постоянном движении — миграции. Соответственно, в каждой точке на поверхности Земли меняется и магнитное склонение, — продолжает ученый.

Именно поэтому ее обновляют регулярно — раз в пять лет. Однако в этот раз это сделали досрочно: предыдущая версия появилась в конце 2014 года, следующая должна была появиться в конце 2019-го и действовать до 2025 года. По словам Романа Веселовского, именно тот факт, что ученые были вынуждены досрочно обновить World Magnetic Model (Всемирная модель магнитного поля), говорит о значимости изменений.

— Если модели магнитного поля (WMM, IGRF) вовремя не обновить, то ошибки с навигацией возникнут на всей Земле, но эти ошибки будут тем больше, чем ближе мы приближаемся к полярным областям. Результат несвоевременного обновления модели магнитного поля будет примерно таким же, как путешествие с компасом, под которым лежит топор (вспомним Жюля Верна).

Все магнитные обсерватории, действующие в мире, объединены в общую международную сеть Intermagnet — именно благодаря ей полученные на них данные становятся доступными ученым из разных стран. На сайте организации можно посмотреть их полный список и расположение на карте.

Всего обсерваторий больше ста, десять из них расположены на территории России. В том числе станции действуют в Новосибирской и Иркутской областях, на Камчатке, недалеко от села Паратунка, в Магадане, Хабаровске и в Якутии — недалеко от Якутска и от поселка Тикси. Действуют обсерватории также в Петербурге и Ярославской области (собственно магнитных обсерваторий в стране больше, однако не все включены в международную сеть и занимаются соответствующими измерениями).

Чем ближе обсерватории сети Intermagnet расположены друг к другу, тем точнее будут полученные с их помощью данные, объясняет Роман Веселовский. Поэтому идеальным, по его словам, был бы вариант, при котором их сеть равномерно покрывала бы весь земной шар. Но этот вариант очень дорогой и крайне трудный в реализации. Пока же изучать магнитное поле Земли помогают в том числе ее искусственные спутники, с которых ведутся дополнительные измерения.

Значимость данных, полученных на той или иной обсерватории, помимо прочего, определяется продолжительностью времени, в течение которого на ней велись непрерывные наблюдения, объясняет Николай Семаков. Сам он работает в расположенной в Новосибирске обсерватории, которая относится к Институту нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН. При этом иногда даже после многолетних наблюдений от использования станции приходится отказываться из-за возникшего «магнитного засорения» прилегающей территории.

Специалисты, которые работают собственно в обсерваториях, ведут постоянное наблюдение за состоянием магнитного поля — различные параметры земного магнетизма там фиксируют ежесекундно, говорит ученый, чтобы на основе этих данных вывести минутные, часовые или среднегодовые значения. Последние в том числе используются и при создании Всемирной модели магнитного поля.

Кроме того, такие обсерватории выполняют дополнительные задачи — например, туда приходят запросы от Гидромета, связанные с конкретными магнитными бурями, — а также «по мере возможности», объясняет Николай Семаков, занимаются собственными исследованиями. В случае с сотрудниками новосибирской обсерватории речь идет как раз об изучении особенностей движения расчетных и истинных магнитных полюсов.

Ранее, по его словам, получать более точные данные о состоянии магнитного поля помогали так называемые пункты векового хода — в СССР действовала целая сеть таких пунктов, расположенных в том числе в труднодоступных районах. В 1990-е, отмечает ученый, большинство из них были заброшены.

— Это особенно печально в связи с устремленностью истинного магнитного полюса к «пустынным» в отношении обеспеченности магнитными обсерваториями и ПВХ сибирским берегам, — говорит Николай Семаков.

Долгое время ближайшими к северному магнитному полюсу обсерваториями были канадская магнитная обсерватория «Резолют-Бей» и российская «Мыс Челюскин» (наблюдения на ней прекратились в 2011 году). При этом наблюдения показывали, что северный магнитный полюс постепенно смещается от канадской станции к российской. Среди других отечественных обсерваторий, которые на протяжении предыдущих десятилетий находились ближе всего к месту «блуждания» полюса, Николай Семаков называет в том числе станции на острове Хейса, мысе Желания, Диксоне и в районе поселка Тикси.

Кроме того, чтобы собрать необходимые данные, ученые периодически проводят дополнительные наблюдения, в том числе на дрейфующих льдах.

— Здесь уместно вспомнить академика Евгения Константиновича Федорова, который в начале 1977 года не позволил прекратить магнитные наблюдения на станции «Северный полюс — 22». Станция на уникальной льдине проработала до 1982 года и провела магнитные наблюдения в непосредственной близости к магнитному полюсу. А в 1934 году он же вместе с Иваном Дмитриевичем Папаниным тоже «нестандартно» организовал магнитную обсерваторию на мысе Челюскин, — рассказывает ученый.

Правда, по его словам, сейчас организовывать дополнительные наблюдения «оказывается гораздо более сложным делом, чем в 1980-е годы».

В статье, которую группа ученых, в том числе Николай Семаков, опубликовала в журнале «Наука из первых рук» в 2016 году, отмечалась необходимость развития новых магнитных обсерваторий в арктической зоне России, а также создания своеобразного организационного центра, который мог бы координировать их работу. Сейчас, по словам геомагнитолога, была достигнута предварительная договоренность о создании магнитной обсерватории на острове Самойловском в устье реки Лены. Других организационных изменений, по словам Николая Семакова, «пока не наблюдается».

Увеличение числа обсерваторий, считает Роман Веселовский, позволит повысить точность наблюдений, однако поскольку модель аналитического магнитного поля «уверенно работает», можно сказать, что и сейчас действующих станций достаточно.

Все специалисты, с которыми связывались «Известия», говорят, что такая скорость смещения магнитного полюса зафиксирована впервые в истории научных наблюдений, однако вряд ли это происходит впервые в истории планеты.

— Насколько мне известно, за историю геомагнитных наблюдений (с середины XIX века) подобное увеличение скорости миграции полюсов не наблюдалось. В геологическом прошлом такие быстрые перемещения полюса неоднократно случались, — объясняет Роман Веселовский.

Внутренняя структура Земли

Само по себе смещение полюса связано с внутренними процессами, которые происходят в жидком ядре планеты, расположенном на глубине от 2,9 тыс. до 5,1 тыс. км — именно оно генерирует магнитное поле планеты и приводит к перемещению полюса. Однако, как отмечается в том числе и в статье, опубликованной в журнале Nature, точно объяснить, почему полюс начал так активно «двигаться» именно сейчас, нельзя.

Роман Веселовский называет это «нормальной жизнью» магнитного поля, которое, напоминает ученый, «живет» в несколько ином масштабе времени, нежели мы. При этом для большинства жителей Земли досрочное обновление Всемирной модели магнитного поля, по его словам, не повлечет никаких последствий.

— В досрочном обновлении WMM для обычного человека нет ничего страшного; изменения магнитного поля необходимо своевременно учитывать, что и было сделано, — говорит ученый.

С этой точкой зрения согласен и Владимир Павленко. Правда, по его словам, «активность» магнитного полюса действительно приводит к определенным трудностям в Арктике.

— Что касается вопросов, связанных с локализацией определенных объектов в северном полярном полушарии и в арктической шапке, то, конечно, есть определенные сложности. Потому что интерпретация получаемых данных от центров не только России, но и Канады и США занимает определенное время и не всегда удается успевать за внесением соответствующих изменений в навигационные карты, — объясняет он, добавляя при этом, что происходит это, несмотря на все изменения, в плановом режиме.

Именно своевременное внесение обновлений, судя по всему, — главное, на чем стоит сосредоточиться человечеству. Прогнозировать поведение поля, по словам Романа Веселовского, люди по-прежнему не умеют, но даже если просто вовремя реагировать на его изменения и обновлять модели, «ничего страшного не случится».

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector