Книга: Вам, земляне

Динамо-гипотеза и ее конкуренты

Динамо-гипотеза и ее конкуренты

Что же все-таки порождает магнитное поле Земли? Почему мы вправе называть нашу планету исполинским магнитом?

Со времени В. Гильберта и до начала XX века господствовало убеждение, что где-то внутри Земли запрятан огромный естественный постоянный магнит, который и создает геомагнитное поле. Однако эта «гипотеза постоянного магнита» не выдерживает критики. Дело в том, что такие легко намагничиваемые материалы, как железо и никель, теряют свои магнитные свойства уже при температуре около 770 °C, а такую температуру Земля имеет на глубине 200 км. Так что ни о каком сильном постоянном магните, скрытом в Земле, говорить не приходится.

Происхождение геомагнитного поля пытались объяснить и по- другому: электрически заряженные частицы, находящиеся на поверхности Земли, при ее вращении, как и всякий электрический ток, порождают магнитное поле. Однако эта гипотеза явно несостоятельна: для создания наблюдаемого геомагнитного поля нужен круговой ток силой в 1 млрд, ампер. При этом на поверхности Земли существовало бы мощное электростатическое поле, чего в действительности нет.

Были предложены и другие гипотезы, также противоречащие твердо установленным фактам. В конце концов утвердилась так называемая динамо-гипотеза, в которой наша планета сравнивается с гигантской динамо-машиной.

Напомним принцип действия обычной динамо-машины. В простейшем случае между полюсами подковообразного постоянного магнита вращается виток проволоки. При пересечении магнитных силовых линий в витке возбуждается электрический ток, который создает собственное магнитное поле.

Допустим, что в раскаленном жидком металлическом ядре Земли создаются условия, благоприятные для конвекции, т. е. перемешивания вещества. При достаточной разности температур между центром ядра и его периферией конвективные движения могут стать весьма интенсивными. Предположим далее, что Земля первоначально обладала каким-то слабым магнитным полем. Тогда конвекционные перемещения железных масс в жидком земном ядре приведут к тому, что в нем возбудятся электрические токи. По мнению автора динамо-гипотезы, известного советского физика Я. И. Френкеля, впервые предложившего это объяснение в 1947 г., во вращающемся земном ядре конвекционные токи приобретают характер замкнутых вихрей. Магнитное поле этих вихрей и создает, по мнению Я. И. Френкеля, как общее геомагнитное поле, так и отдельные наиболее крупные его аномалии.

Хотя динамо-гипотеза в настоящее время победила всех своих конкурентов и признается наиболее правдоподобной, она не свободна от недостатков. Неизвестно, например, откуда взялось первоначальное магнитное поле, нужное для возбуждения электротоков в ядре. Далеко не очевидно, что земное ядро обладает высокой электропроводностью и имеет железо-никелевый состав (некоторые исследователи полагают, что в земном ядре немало силикатов). Непонятно, чем поддерживается на протяжении многих сотен миллионов лет работа земной динамо-машины. Предполагают, что для этого используется энергия радиоактивного распада тяжелых элементов внутри Земли или энергия, выделяющаяся при гравитационной дифференциации вещества Земли, т. е. при перемещении тяжелых масс к ее центру с «выдавливанием» легких масс наружу. Все это, однако, лишь предположения, пока что мало обоснованные. Таким образом, тайна земного магнетизма остается пока неоткрытой.