МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ЗЕМЛИ И ЕГО ЭЛЕМЕНТЫ

Известно, что подвижная магнитная стрелка, удаленная от маг­нитных и железных масс, всегда устанавливается в определенном направлении («На север»). Это явление доказывает, что вокруг земного шара существует магнитное поле. Магнитное поле Земли в любой точке характеризуется вектором напряженности Ят, мо­дуль которого измеряется в эрстедах (Э) и гаммах (у) (1 гамма = = 10~5 Э). Разложим вектор Ят на составляющие в прямоугольной системе координат.’ Одну из осей этой системы (ось X) сориенти­руем по направлению географи­ческого меридиана, вторую ось (ось У) —по направлению парал­лели на восток, а третью ось (ось Z)—вниз по направлению вертикали (рис. 4.7). Поместим начало Координат в точку О, где происходит наблюдение напря­женности магнитного поля Земли.

Тогда вектор Ят, являясь каса­тельной к силовой линии в дан­ной точке, займет по отношению к осям выбранной системы коор­динат вполне определенное поло­жение. ^Проекцию вектора. Ят на ось ОХ принято называть север­ной составляющей X; проекцию на ось OY — восточной состав­ляющей К; проекцию на ось OZ — вертикальной составляющей Z.

Проекция вектора Ят на горизон­тальную плоскость ХО Y называет­ся горизонтальной составляю­щей Я. Вертикальная плоскость, рис 47 Элементы земного магне — в которой лежит вектор Ят, назы — тизма

вается плоскостью магнитного ме­ридиана. Угол между географическим и магнитным меридианом, как указывалось ранее, будет называться магнитным склонением Дм.

Угол между горизонтальной плоскостью и вектором Ят назы­вается магнитным наклонением и обозначается буквой /. Изме­няется магнитное наклонение от 0 до ±90°.

Наклонение считается положительным, если вектор Ят направ­лен вниз от плоскости горизонта. Это имеет место в Северном по­лушарии. В Южном полушарии наклонение отрицательное.

Склонение (Дм) и наклонение (/), горизонтальная (Я), верти­кальная (Z), северная и восточная составляющие (X и У) вектора

напряженности магнитного поля Земли являются элементами зем­ного магнетизма.

Зависимость между величинами #т, Н, Z, У, X, Д„ и / опреде­ляется следующими соотношениями, очевидными из рис. 4.7:

II, = Ун1 + Z2 = VT2 + У2 + Z2;

X — И cos Ам; Y ~И sin Дм; (4.3)

tg^M = x: — Н — H-rcos J Z — H, sinJ.

Полученные соотношения показывают, что для полной характе­ристики магнитного поля Земли в любой точке достаточно знать величину трех его элементов: X, У, Z, или Z, Н, Дм, или Нт, Дм, /.

Работы по измерению элементов земного магнетизма и исследо­ванию магнитного поля Земли получили название магнитных съемок. По результатам магнитных съемок составляются специаль­ные карты, на которых элементы земного магнетизма представ­ляются в виде изолиний, то есть линий с одинаковым значением какого-либо параметра. Такие карты называются магнитными кар­тами.

Изолинии магнитного склонения Дм называют изогонами, магнитного наклонения / — изоклинами, напряженности век­тора’ Ну и его составляющих — из один а ми. Изогоны наносятся на полетные карты.

Результаты систематических наблюдений за магнитным полем Земли показывают, что элементы земного магнетизма в течение су­ток, а также год от года меняются. Эти изменения получили на­звание вариаций.

Исследование суточных изменений показывает, что эти вариа­ции носят периодический характер, а их параметры (период, ам­плитуда, фаза и др.) чрезвычайно разнообразны. Среднегодовые значения элементов земного магнетизма тоже не постоянны. Пе­риод их изменения составляет сотни лет. Поэтому эти вариации получили название вековых.

.Так как элементы земного магнетизма изменяются во времени, то составление магнитных карт приурочивают к какому-нибудь определенному моменту времени. Обычно для этого принимается середина года. Этот момент называют эпохой. Так, например, если карта составлена для эпохи 1970 г., то на ней все элементы земного магнетизма даны для 1 июля 1970 года на 00 часов 00 ми­нут гринвичского времени.

Магнитные карты строятся для данной области, для целой страны и, наконец, для всего земного шара. В последнем случае они называются — мировыми магнитными картами (рис. 4.8).

Анализ этих карт приводит к выводу о том, что магнитное, поле Земли неоднородно. Оно является суммой нескольких магнитных полей, основными из которых будут:

— поле однородного намагничивания земного шара;

— материковое поле, связанное с неоднородностью строения внутренних слоев земного шара;

OS I.051

Рис. 4.8. Мировая карта магнитных склонений (сплошная линия — положительное, а’ пунктирная линия — отрицательное склонение)

— аномальное поле, обусловленное намагниченностью верхних слоев земной коры;

— внешнее поле, связанное с электрическими токами в верхних слоях атмосферы.

Сумму трех полей — поля однородного намагничивания земного шара, материкового и внешнего полей — иногда называют нор­мальным полем. На магнитных картах показывают элементы зем­ного магнетизма нормального поля. Аномальное поле в свою оче­редь принято делить на местные (локальные) и региональные (за­нимающие большие районы) магнитные аномалии.

Причиной местных магнитных аномалий являются горные по­роды, которые залегают в верхних слоях земной коры на глубинах не более 10—12 км. Находясь в магнитном поле других источни­ков, эти горные породы, обладая ферромагнитными свойствами, намагничиваются и создают собственное магнитное поле, которое и вызывает магнитную аномалию. Региональные аномалии вызы­ваются более глубокими слоями земной коры. Наиболее характер­ными локальными аномалиями являются Курская и Соколовско- Сарбанская. Действие локальных аномалий сильно сказывается на работе магнитных курсовых приборов на малых и особенно пре­дельно малых высотах. Однако с увеличением высоты их влияние быстро падает. Например, в районе Курской магнитной аномалии магнитное склонение со 100°, измеренное на высоте 200 м, умень­шается до 10° на высоте 3000 м. В отличие от локальных регио­нальные магнитные аномалии е высотой затухают очень медленно, и их влияние на работу магнитных курсовых приборов одинаково во всем диапазоне высот полетов самолетов.

На полетных картах проводятся изогоны нормального поля и дополнительно выделяются районы магнитных аномалий, в кото­рых указываются величина и диапазон изменения магнитного скло­нения.

Точки, в которых горизонтальная составляющая Н равна нулю, а наклонение / равно 90°, называют магнитными полюсами. При этом полюс, расположенный вблизи северного географического по­люса, называется северным, а вблизи южного географического — южным.

Вертикальная составляющая вблизи магнитных полюсов имеет максимальное значение, равное 0,6 Э.

^ Как показывают наблюдения, положение магнитных полюсов на земном шаре непостоянно, а от года к году непрерывно меняется. Так, для эпохи 1950 г. географические координаты магнитных по­люсов были: северного — широта 72° с. ш., долгота 96° з. д., юж­ного— широта 70° ю. ш., долгота 150° в. д. Для эпохи же 1965 г. координаты северного магнитного полюса были: широта 70° с. ш., долгота 95° з. д., южного — широта 72° ю. ш., долгота 154° в. д.

Изоклина с наклонением, равным нулю, называется магнит­ным экватором. Он огибает земной шар, проходя вблизи гео­графического экватора.

Рассматривая мировую карту изогон, можно видеть, что они сходятся в четырех точках земного шара: в географических и маг­нитных полюсах. Причиной этого схождения изогон является то обстоятельство, что вблизи географического полюса истинные ме­ридианы меняют направление от 0 до 360°, а направление магнит­ного меридиана остается постоянным.

Подобная картина будет и на магнитных полюсах, где направ­ление географического меридиана постоянно, а направление маг­нитного меридиана меняется.

Рассмотрим использование магнитного поля Земли для измере­ния курса самолета.