 |
Естественные переменные электромагнитные поля
|
|
|
|
К естественным переменным электромагнитным полям относятся квазигармонические низкочастотные поля космической (их называют магнитотеллурическими) и атмосферной (грозовой) природы ("теллурики" и "атмосферики").
Теллурики
Происхождение этих магнитотеллурических полей объясняется воздействием на ионосферу Земли потока заряженных частиц, посылаемых космосом (в основном, корпускулярным излучением Солнца). В приполярных областях, реже в средних широтах можно непосредственно наблюдать этот процесс в виде полярных сияний (рис. 4).
Рис. 4. Полярное сияние в Карелии.
Вторжение в атмосферу частиц, вызывающих полярные сияния, есть результат сложного взаимодействия солнечного ветра с геомагнитным полем. Под действием солнечного ветра магнитосфера становится асимметричной, вытягиваясь в антисолнечном направлении. Полярные сияния на ночной стороне Земли связаны с процессами в плазменном слое магнитосферы. Во время магнитных бурь внутри магнитосферы на расстоянии 3—5 радиусов Земли образуется кольцевой ток протонов. Магнитное поле этого тока деформирует силовые линии магнитосферы, и полярные сияния наблюдаются значительно ближе к экватору, чем район их обычного существования. На дневной стороне Земли плазма солнечного ветра достигает верхних слоев атмосферы через воронку, образованную расходящимися силовыми линиями (дневной касп) (Рис. 5).
Рис. 5. Структура магнитосферы и овал полярных сияний. Магнитосфера разрезана по меридиану полдень — полночь и в плоскости геомагнитного экватора (толстые линии): 1 — полуденная северная граница овала; 2 — полуденная южная граница овала; 3 — полуночная северная граница плазменного слоя; 4 — полуночная северная граница овала; 5 — полуночная южная граница овала и внутренняя граница плазменного слоя; 6 — дрейфующие во внутренней магнитосфере электроны из плазменного слоя хвоста.
|
|
|
Последовательность форм полярных сияний и их движений находится в тесной связи со специфическими явлениями, происходящими в магнитосфере, — магнитосферными суббурями, во время которых магнитосфера приходит в неустойчивое состояние. Возвращение в состояние с меньшей энергией носит взрывной характер и сопровождается высвобождением за 1 ч энергии ~ 1022 эрг, что вызывает свечение атмосферы — т. н. авроральную суббурю.
При взаимодействии быстрых электронов с атомами и молекулами атмосферы образуются рентгеновские лучи как тормозное излучение электронов. Тормозное излучение гораздо более проникающее, чем частицы, поэтому оно достигает высот 30-40 км (рис.5.). Полярные сияния испускают инфразвуковые волны с периодами от 10 до 100 сек, которые сопровождаются колебаниями атмосферного давления с амплитудой от 1 до 10 дин/см2.
Таким образом, вызываемые разной активностью Солнца и солнечным ветром периодические (11-летние), годовые, суточные вариации магнитного поля Земли и магнитные бури создают возмущения в магнитосфере и ионосфере. Вследствие индукции в Земле и возникают магнитотеллурические поля. В целом эти поля инфранизкой частоты (от 10-5 до 10 Гц). В теории показано, что на таких частотах скин-эффект проявляется слабо, поэтому магнитотеллурические поля проникают в Землю до глубин в десятки и первые сотни километров. Наиболее устойчивыми, постоянно и повсеместно существующими в утренние и дневные часы, особенно летом и в годы повышенной солнечной активности являются короткопериодичные колебания (КПК) с периодом от единиц до ста секунд. Поля иных периодов наблюдаются реже. За счет явления скин-эффекта высокочастотная составляющая МТ-поля быстро затухает с глубиной и несет информацию лишь о приповерхностной области Земли. Изучая поля различной частоты можно получить данные характеризующие электромагнитные свойства земной коры и мантии на различных глубинах.
|
|
|
Например, 1999 году в районе г. Альметьевск были проведены опытно-методические работы методом магнито-теллурического зондирования на 13 пунктах (рис. 6).
Рис. 6. Расположение точек наблюдений методом МТЗ.
Принципиальные результаты получены в средней части земной коры, где на глубинах от 7-8 км до 14-16 км (положение верхней кромки) обнаружен коровый проводящий слой (ρ ≈ 30-50 Ом.м, ориентировочная мощность порядка 6 км) (рис. 7).
Рис.7. Геоэлектрический разрез, построенный по данным одномерной интерпретации данных МТЗ.
Наиболее вероятным природу выявленного корового проводника Л.И.Лобковский, С.Н.Иванов и др. увязывают с флюидонасыщенностью среды. Согласно гидродинамической и реологической модели строения континентальной земной коры, построенной с учетом роли флюидов, поведение выявленного проводящего слоя возможно увязать с так называемым отделителем (detachment fauls), появляющегося вследствие растяжения реологически двухслойной земной коры и разделяющего зону дизъюктивных деформаций от ниже расположенной зоны пликативных деформаций.
Отделитель должен являться пределом распространения вниз зон глубинных разломов и зоны, в которой разряжаются все упругие тектонические напряжения. С.Н.Иванов полагает также, что зона отделителя является верхней границей распространения зеленосланцевой и амфиболитовой фаций регионального метаморфизма. В связи с этим она является наиболее важной границей внутри литосферы.
Атмосферики
Происхождение естественных переменных полей атмосферной природы связано с грозовой активностью. При каждом ударе молнии в Землю (по всей поверхности Земли в среднем ежесекундно число молний равно примерно 100) возбуждается электромагнитный импульс, распространяющийся на большие расстояния (рис. 8).
Рис. 8. Грозовой разряд (Северная Америка).
В целом под воздействием гроз в верхних частях Земли повсеместно и всегда существует слабое грозовое поле, которое называют шумовым. Оно состоит из периодически повторяемых импульсов (цугов), носящих квазисинусоидальный характер с преобладающими частотами от 10 Гц до 10 кГц и напряженностью по электрической составляющей в доли мВ/м.
|
|
|
|
|
|
