В отличие от гравитационного, магнитное поле Земли (геомагнитное поле) в значительно большей степени зависит от строения и свойств литосферы, поскольку многие источники магнитного поля, вносящие свой вклад в общее геомагнитное поле, располагаются именно в литосфере до глубин 100 км. История формирования литосферы самым тесным образом связана с магнитными свойствами пород, с магнитным полем Земли. Земля представляет собой гигантский магнитный диполь, поле которого проявляется на поверхности планеты и выходит далеко в околоземное пространство, создавая таким образом магнитосферу.
Происхождение магнитного поля Земли пытаются объяснить различными причинами, связанными с внутренним строением Земли. Наиболее достоверной и приемлемой гипотезой, объясняющей магнетизм Земли, является гипотеза вихревых токов в ядре. Она основана на том установленном геофизическим путем факте, что на глубине 2900 км под мантией (оболочкой) Земли находится "жидкое" ядро с высокой электрической
26
проводимостью. Благодаря так называемому гиромагнитному эффекту и вращению Земли могло возникнуть очень слабое магнитное поле. Наличие свободных электронов в ядре и вращение Земли в таком слабом магнитном поле привело к индуцированию в ядре вихревых токов, которые создают (регенерируют) магнитное поле, как это происходит в динамо-машинах. Увеличение магнитного поля Земли приводит к новому увеличению вихревых токов в ядре, которое, в свою очередь, вызывает увеличение магнитного поля. Процесс подобной регенерации продолжается до тех пор, пока рассеяние энергии вследствие вязкости ядра и его электрического сопротивления не скомпенсируется добавочной энергией вихревых токов и другими силами.
Горные породы, слагающие литосферу, обладая разными магнитными свойствами, намагничиваются и приобретают под воздействием доминирующего магнитного поля планеты индуцированный магнетизм. Поэтому наблюдаемое на земной поверхности или вблизи нее магнитное поле обусловлено совокупным влиянием множества источников, располагающихся в объеме литосферы, особенно железорудных тел и горных пород, магнитные свойства которых велики и зависят от содержания и распределения в них ферромагнитных минералов, таких, как магнетит, титаномагнетит, ильменит, пирротин, гематит и др.
Основными параметрами геомагнитного поля являются полный вектор магнитного поля Тн и его составляющие по осям координат: вертикальная (Z) и полная горизонтальная (Н). Значения параметров магнитного поля Земли зависят прежде всего от намагниченности всей Земли как космического тела, близкого по форме к намагниченной сфере (нормальное поле).
На фоне нормального геомагнитного поля выделяются аномалии, обусловленные различными причинами. В одних случаях причиной возникновения аномалий является резкая неоднородность магнитных свойств литосферы или большие скопления в ее верхних частях железных руд. Аномалии подобного рода, называемые материковыми и региональными, могут вдвое превышать нормальное поле. В других случаях аномалии геомагнитного поля возникают как следствие разной интенсивности намагничения геологических объектов, обусловленной различием магнитных свойств пород и напряженности магнитного поля Земли в настоящее время и в прошедшие геологические эпохи (локальные аномальные поля).
Магнитное поле Земли подвержено медленным изменениям, так называемым вековым вариациям. Помимо таких "медленных вариаций" наблюдаются более сжатые во времени (до нескольких
27
часов или двух-трех суток) изменения геомагнитного поля - магнитные бури. Во время прохождения магнитных бурь изменение магнитного поля может составлять несколько процентов от нормального поля.
Измеряемым параметром магнитного поля является полный вектор магнитной индукции (или плотность магнитного потока) Т = μTH, где ТH - напряженность магнитного поля в вакууме, μ - магнитная проницаемость среды, показывающая, во сколько раз магнитное поле в данной среде больше, чем в вакууме. Единица магнитной индукции в системе СИ - тесла (Тл); более мелкие единицы - микротесла (мкТл), равная 10-6 Тл, и нанотесла (нТл), равная 10-9 Тл.
На магнитных полюсах Земли вертикальные составляющие магнитной индукции геомагнитного поля примерно равны ±60 мкТл (горизонтальная равна нулю), на экваторе горизонтальная составляющая приблизительно равна 30 мкТл (вертикальная равна нулю).
Приборы для изучения магнитного поля (магнитометры) измеряют или относительные значения, т.е. приращения названных параметров поля (ΔT, ΔZ, ΔH) по отношению к какому-нибудь опорному пункту, или их абсолютные значения (Т, Z, H) с погрешностями 0,01 - 1 нТл (см. разд. 4.2).
28
