O ZVLÁŠTNOSTECH MAGNETICKÉ STRUKTURY ZEMĚ

Domnívám se, že je nutné vysvětlit zdánlivě nelogickou konstrukci následujícího materiálu. Zdálo by se, že pokud jde konkrétně o sluneční soustavu, měla by začínat Sluncem a informacemi o soustavě jako celku a poté podrobně popsat materiál týkající se přímo Země. Ale... jde o to, že je pro mě velmi důležité usnadnit čtenářům pochopení výkladu velmi složitých otázek, týkajících se nejen struktury nám známého trojrozměrného Vesmíru, ale také obsáhnout bezbřehé - propojit jeho trojrozměrné a vícerozměrné úrovně. Proto se budu řídit vlastní vyšlapanou cestou, tj. cestou, kterou jsem k takovému poznání sám dospěl. Její struktura bude trochu nelogická, ale o to srozumitelnější - od jednoduchého ke složitému. Takže ZEMĚ. Začnu tím, že mě napadlo položit si takovou otázku - proč jsou magnetické póly Země umístěny zcela asymetricky? Je viditelná i na všech zeměpisných mapách, které jsou dostupné člověku na ulici. Jakmile taková myšlenka vznikla, vyvstala další otázka: co z ní vyplývá? Pátrání je zahájeno. Materiál není jednoduchý, proto budu čtenáře do tématu uvádět důsledně.

V této části připomenu pouze nejobecnější informace o magnetickém poli naší planety. Kdo by se chtěl s touto problematikou seznámit podrobněji, může si snadno najít materiály v rozsáhlé literatuře. Všem je známo, že zeměpisné a magnetické póly se neshodují. Osa otáčení planety prochází zeměpisnými póly. U nich je vše víceméně jasné. Jejich roční migrace je malá, chaotická a v průměru lze jejich polohu považovat za stacionární. Význam a poloha magnetických pólů naproti tomu vyžaduje zvláštní rozhovor. Především je třeba připomenout, že ve fyzice je zcela běžné dělit znaménkem směr elektrického i magnetického pole. Podle této konvence se magnetický pól, který je v daném okamžiku na severní polokouli, považuje za jižní podle znaménka a pól, který je na jižní polokouli, se považuje za severní podle znaménka. V této knize se budeme držet čistě zeměpisných pojmů, nikoli jako fyzikové, ale jako geografové, a severní magnetický pól budeme nazývat pólem na severní polokouli a jižní magnetický pól pólem na jižní polokouli.

Otázka souřadnic magnetických pólů se zdá být na první pohled jednoduchá. Ale je tomu skutečně tak? Bohužel. Ve všem, co souvisí s polními strukturami naší planety, je mnoho nejasného. Stručně uvedu některé vlastnosti magnetického pole Země podle uznávaných vědeckých stanovisek. Koho tato otázka zajímá podrobněji, toho odkazuji na rozsáhlou literaturu a na svou knihu "Hyperboloid zemského pole a záhady dávných civilizací". Uvedu hlavní vědecké poznatky, které byly přijaty k tématu, které nás zajímá:

- magnetické pole Země je tvořeno rotujícím železo-niklovým jádrem a konvekčními procesy roztaveného magmatu;

- magnetické póly tvoří hlavní dipól a intenzita pole je na pólech maximální; většina odborníků se domnívá, že dvojice sibiřská magnetická anomálie - brazilská anomálie v Atlantském oceánu poblíž brazilského pobřeží tvoří druhý největší dipól, ale brazilská strana dipólu je stále předmětem diskuse;

- magnetické pole Země lze znázornit siločarami, které jsou zakřivené, většina z nich opouští Zemi v blízkosti jižního magnetického pólu a vstupuje do ní v blízkosti severního magnetického pólu;

- magnetické pole za posledních 2000 let výrazně zesláblo;

- znaménko magnetického pole se periodicky obrací, tento proces se nazývá inverze.

S prvním bodem můžete polemizovat, ale já bych vás raději odkázal na svou knihu, o které jsem se již zmínil výše. K ostatním uvedu několik vysvětlení. Když se mluví o dipólu, má se na mysli hlavní magnetické pole planety. To je naše hlavní magnetické pole. Situace je však mnohem složitější. Magnetické pole kolem Země se mění v průběhu roku, a dokonce i v průběhu dne. Je také různorodý. Na některých místech se vyskytují anomálie různého charakteru a síly. Magnetické póly Země nejsou na zeměkouli diametrálně opačnými body a magnetická osa (čára spojující magnetické póly) se nejenže nekryje s osou rotace Země, ale ani neprochází středem naší planety. Geomagnetické pole je na pólech přibližně dvakrát větší než na rovníku, přičemž na severní polokouli je větší než na jižní.

Pozorování v celosvětové síti observatoří ukazují, že intenzita geomagnetického pole obecně klesá, a to mnohem rychleji, než se vědci domnívali. Za posledních 150 let se snížila o 10-15 %, zatímco za předchozích 10 tisíc let o 30%. Od poloviny 80. let 20. století se intenzita magnetického pole snížila v průměru o 1,7 %, což je desetinásobek vypočtených údajů. Dříve se mělo za to, že takové procesy nemohou probíhat tak závratnou rychlostí, jaká odpovídá geofyzikálním standardům. Geograficky jsou změny velmi nepravidelné. Rozlišují se dva typy zdrojů geomagnetického pole - vnitřní a vnější. První z nich vytvářejí konstantní magnetické pole s malými sekulárními změnami, druhé mají mnohem slabší, ale proměnlivé magnetické pole. Obr.1 ukazuje modelové znázornění zemské magnetosféry vytvořené vnitřními zdroji, jejichž povahou se nyní nebudeme zabývat. Jen chci předem upozornit, že s oficiálním vědeckým výkladem nemohu souhlasit.

Říká se, že magnetické siločáry vycházejí z magnetického jižního pólu, obíhají Zemi a vstupují do magnetického severního pólu. Předpokládá se také, že magnetická osa je vůči zeměpisné ose skloněna o 11,5º. Tak se to píše ve všech učebnicích a prakticky ve veškeré dostupné literatuře. A nyní uvedu souřadnice magnetických pólů pro konkrétní roky, vybrané z kanadské geologické služby - pro magnetický severní pól (NMP) a z japonského výzkumu (WDC pro Geomag. .KYOTO) pro magnetický jižní pól (SMP):

1900 r.: SMP 70,5° s. š. a 96° z. d., SMP 72° j. š. a 149° v. d.

1980 r.: SMP - 78° s. š. a 105° z. d., SMP - 66° j. š. a 139° v. d.

2005 r.: SOC - 83° s. š. a 119° z. d., SMP - 64° j. š. a 136° v. d.

2014 r: SOC - 87° s. š. a 180° z. d., SOC - 63° j. š. a 135° v. d.

Asymetrie není z obrázků hned patrná, proto ji uvádím v zeměpisné šířce a délce odděleně podle jednotlivých let:

1900 r. - V zeměpisné šířce je rozdíl vzdáleností mezi SMP a SMP od zeměpisných pólů 1,5°; v zeměpisné délce je rozdíl souřadnic mezi SMP a SMP 115°, pokud se uvažuje západním směrem, a 245°, pokud se uvažuje východním směrem;

1980 r. - Stejná zeměpisná šířka je 12,5°, délka 116° a 245°;

2005 r. - Je stejný v zeměpisné šířce 19°, v zeměpisné délce 105° a 255°;

2014 r. - Stejný v zeměpisné šířce - 24-25°, zeměpisné délce - 45 a 315°

V současnosti je jižní polární kruh téměř totožný s geografickým pólem (dělí je pouhé 3°!) a jižní polární kruh opustil a nachází se mírně jižně od Austrálie. A není již žádným tajemstvím, že NSR se rychle a cílevědomě posouvá směrem k Sibiři, zatímco SMP se přesouvá přes Indický oceán a dále do Atlantiku (a možná i do Brazílie). Co naznačuje tato neuvěřitelná a rostoucí asymetrie?

- Za prvé, že situace je nestabilní;

- Za druhé, že magnetická osa neprochází geometrickým středem zeměkoule (podle některých zdrojů magnetická osa dokonce neprochází vnitřním jádrem, ale je posunuta od středu o 1200 km směrem k Pacifiku);

- Za třetí, že neprotíná zeměpisnou osu;

- Za čtvrté, že otvor v blízkosti severního pólu (otvor je definován rovnoběžkou napříč magnetickým pólem) je v současnosti mnohem menší než jeho antipod - jižní otvor;

- Za páté, vše výše uvedené říká, že "konstantní" hodnota úhlu mezi zeměpisnou a magnetickou osou, přijatá hodnota 11,5º, není vůbec konstantní (a obecně, zda máme právo počítat úhel mezi neprotínajícími se přímkami?);

- Za šesté je vše mnohem složitější, jak bude ukázáno níže.

S jistou nadsázkou tedy můžeme říci, že vnitřní pole je konstantní. Uvažujme nyní příspěvek vnějších zdrojů k celkovému magnetickému poli Země. Hlavní podíl na tom má Slunce, ale je zde i vliv Měsíce, planet, hvězd, Galaxie atd. To je pouze to, co víme zcela spolehlivě. Všechny tyto vlivy, včetně slunečního, jsou proměnlivé povahy. Oscilace jsou pravidelné, nepravidelné, krátkodobé a dokonce i magnetické bouře. Nebudeme se zabývat ani jejich popisem. To je samostatná otázka. Promluvme si o magnetosféře naší planety. Obr. 2 ukazuje strukturu zemské magnetosféry (nahoře je schematické znázornění, dole je interakce magnetosféry se slunečním větrem).

Magnetické pole chrání naši atmosféru před slunečním větrem. Zemské pole vede částice s vysokou energií podél magnetických siločar a vytváří tak jakýsi ochranný kokon planety. Vrstevnatá struktura magnetického pole brání silnému proudu nabitých částic, aby rozmetal atmosféru a zároveň zabil veškerý život. Výsledkem jsou výše uvedené obrázky magnetosféry Země s vyznačením zón. Uvedu několik vysvětlení v co nejjednodušší formě. Magnetosféra je oblast prostoru kolem planety nebo jiného nebeského tělesa s magnetickým polem, které vzniká, když se proud nabitých částic, například sluneční vítr, vlivem vnitřního magnetického pole tělesa vychýlí ze své původní trajektorie. Zemská magnetosféra je v prvním přiblížení dutinou v proudu slunečního větru (definice z Wikipedie). Jak je patrné z výše uvedeného diagramu magnetosféry, na straně osvětlené Sluncem je magnetické pole Země poněkud zploštělé, zatímco na noční straně se táhne do dlouhého ohonu. Obě jsou ovlivňovány slunečním větrem.

Na denní straně se nacházejí cuspy - trychtýře tvořené liniemi geomagnetického pole, které se táhnou od povrchu Země až k magnetopauze. Na sluneční straně se bod čela nárazu nachází v geocentrické vzdálenosti přibližně 13 poloměrů Země. Na noční straně tvoří magnetosféra geomagnetický ohon o průměru (maximálním) asi 40 a délce asi 103 zemských poloměrů. Pro orientaci je Měsíc vzdálen od Země asi 60 poloměrů. Geomagnetický chvost je tvořen dvěma svazky siločar s opačným směrem magnetického pole. Mezi nimi se nachází vrstva plazmatu, oblast horkého plazmatu s velmi slabým magnetickým polem (tzv. neutrální vrstva). Sluneční vítr je rychlý proud horké plazmy, který se od Slunce pohybuje všemi směry. Typická rychlost slunečního větru na hranici zemské magnetosféry je 300-800 km/s. Sluneční vítr se skládá z protonů, částic alfa a elektronů. Je prostoupeno meziplanetárním magnetickým polem, které je tvořeno především slunečním magnetickým polem přenášeným plazmatem slunečního větru na velké vzdálenosti.

Magnetopauza je tenká hranice mezi magnetosférou a okolní plazmou. Jinými slovy je to rozhraní mezi magnetickým polem a slunečním větrem.

Rovina magnetického rovníku je rovina kolmá na magnetickou osu, procházející středem Země (jde o čistě formální charakteristiku, později vysvětlím proč).

Neutrální vrstva - zóna uvnitř vrstvy plazmatu, v níž dochází k prudké změně směru magnetického pole ve zlomcích chvostu.

Radiační pásy Země - vnitřní oblasti zemské magnetosféry, kde magnetické pole Země zachycuje nabité částice (protony, elektrony, částice alfa). Radiační pásy a množství plazmatu v nich zachyceného jsou jasným důkazem účinnosti magnetického filtru. Zemská magnetosféra je vícevrstevný obal, který chrání planetu před negativním vlivem kosmických faktorů. Při srážce nabitých částic s magnetosférou se jejich hlavní hmota dostane do radiačních pásů - dvou záchytných zón - a nedosáhne zemské atmosféry (model pásů je uveden na obr. 3).

Jak víme, inverze, přinejmenším ve sluneční soustavě, je charakteristická pro všechna kosmická tělesa, která mají magnetické pole. Samotné Slunce prochází touto procedurou každých 11 let (polovina z 22letého slunečního cyklu). Planety mají mnohem delší cykly. Podle paleomagnetických studií inverzím na Zemi vždy předcházel pokles celkového magnetického pole. Na Zemi došlo k mnoha inverzím magnetického pole. Na toto téma existuje také spousta hypotéz. Žádný z nich však nevysvětluje, proč k tomu dochází. Na základě paleomagnetických dat se ukazuje, že předchozí inverze magnetických pólů proběhla přibližně před miliony let (někdy se píše - před 700-800 tisíci lety) a doba "reverze" byla poměrně krátká - ne více než 100 tisíc let. Výzkumy v oblasti paleomagnetismu ukázaly, že k inverzi pólů, tedy k remagnetizaci Země, došlo více než 170x.

Někdy se objevují informace, že k poslední inverzi magnetických pólů Země došlo během katastrofy, která zničila Atlantidu. Podle zpráv publikovaných v časopisech "Neuchur" a "New Scientist" došlo k poslední geomagnetické inverzi právě před 12 400 lety, v 11. tisíciletí před naším letopočtem. V jiných vědeckých zdrojích jsem však nenašla žádné potvrzení. A ještě jedna důležitá věc - inverze může, ale také nemusí být doprovázena výraznými pohyby litosféry (zemské kůry). První případ je nebezpečný, protože dochází ke sterilizaci planety kosmickým zářením v důsledku zániku ochranného krytu. Ve druhém případě bude stejná sterilizace doprovázena překreslením pobřeží pevniny, topografie povrchu a oceánského dna. Pokud se podíváme na dnešní situaci, jsou patrné známky blížící se nové inverzi - intenzita magnetického pole planety již dlouhodobě klesá a oba magnetické póly se místo obvyklého sporadického pohybu začaly pohybovat každý rychleji a cíleně svým směrem. Severní magnetický pól se pohybuje od arktického souostroví Kanady kolem severního zeměpisného pólu směrem k našemu Tajmyru a při takové rychlosti pohybu v polovině 21. století dosáhne ostrovů Severní Země (obr. 4).

Přestože je mapa poněkud zastaralá a poloha severního magnetického pólu v roce 2015 je označena jako "předpověď", nyní víme, že předpověď byla zcela oprávněná. Kromě toho existují důkazy, že v roce 2011 se rychlost pólu zvýšila již na 64 km/rok. Na území Sibiře se nachází také sibiřská magnetická anomálie, která je pravděpodobně jedním z pólů druhého dipólu planety. Podobně jako u repolarizace dochází ke změně vedoucích magnetických dipólů Země. V každém případě tento předpoklad naznačuje směr a rostoucí rychlost magnetického severního pólu směrem k sibiřské magnetické anomálii, která je silným severním výběžkem druhého dipólu. Nachází se na severní polokouli a pokrývá rozsáhlou oblast od Tajmyru po Bajkal se středem (zhruba) na severní polokouli - 70° s. š. a 105° v. d. Tímto směrem směřuje zrychlený pohyb magnetického pólu přes vrchol zeměkoule a souostroví Severní Země. Intenzita magnetického pole v centrální části anomálie je 61000 nT. Dokonce překračuje intenzitu v blízkosti severního magnetického pólu!

Jižní magnetický pól se také pohybuje cíleně, ale mnohem pomaleji. Většina zdrojů odhaduje, že se pohybuje kolem 10 km/rok. Kde se nachází jeho "bod přitažlivosti", je však stále otázkou. Předpověď jižního východu druhého dipólu je mnohem obtížnější. V literatuře jsem se setkala se dvěma předpoklady, s prvním u východního pobřeží jižní Afriky, s druhým, jak již bylo zmíněno - v Brazílii. Pokud je myšlena Brazílie, bude mít východ středu druhého dipólu na jižní polokouli přibližné souřadnice: 25° j. š. a 55° z. d.. Intenzita magnetického pole v jeho centrální zóně je nyní 24000 nT. To je více než dvakrát méně než v zóně sibiřské magnetické anomálie. Druhý předpoklad je způsoben aktivním zesílením magnetického pole u východního pobřeží Afriky. Obr. 5. ukazuje dva záběry z filmu "Evropské kosmické agentury" (ESA)".

Obrysové mapy polokoulí planety barevně znázorňují změny magnetického pole od ledna do června 2014 (na stupnici jsou červeně vyznačeny oblasti nárůstu a modře oblasti poklesu intenzity pole v nT). Vlevo vidíme východní polokouli a vpravo západní polokouli.

Poznámka: V západní části Indického oceánu, blíže k Africe, máme maximální nárůst pole na celé východní polokouli! Západní polokoule aktivně ztrácí své magnetické pole. Podívejte se na následující mapu (obr. 6), která znázorňuje rozložení magnetických polí Země. Čáry (izodynamika) zakreslené na mapě spojují body se stejnou intenzitou magnetického pole. Každá čára ukazuje sílu v nT (nano-Tesla).

Jak je vidět na této mapě, maximum je ve třech oblastech - v Kanadě, na Sibiři a u severovýchodního pobřeží Antarktidy (jižně od Austrálie). Nejmenší intenzita se vyskytuje v jižním Atlantiku a ve východní Brazílii. Zóny maximální magnetické intenzity v severní Kanadě a na Sibiři se nacházejí po obou stranách magnetického pólu, ale neshodují se s ním. Na jižní polokouli se magnetický pól nachází v Jižním oceánu poblíž Antarktidy uvnitř zóny maximální intenzity, ale ne v jejím středu. Je třeba poznamenat, že velikost intenzity ve všech třech zmíněných zónách je blízká a pohybuje se kolem 59-60 tisíc nT v Kanadě a 61 tisíc nT na Sibiři, zatímco v oblasti Antarktidy ještě více - 66 tisíc nT, i když s opačným znaménkem. Tyto zóny se nacházejí v blízkosti magnetických pólů hlavního dipólu, ale u druhého dipólu je situace jiná. Na dvojici dipólů Sibiř-Brazílie je něco, co není analogické hlavnímu dipólu. Proto zřejmě existují zastánci africké verze. V každém případě se tam pole intenzivně rozrůstá, zatímco v Atlantiku a Brazílii se zmenšuje. Pokud porovnáme druhý dipól s prvním, mělo by být zřejmé, že intenzita magnetického pole je blízká s opačným znaménkem. Co máme v tomto případě? Pokud je tato dvojice skutečně druhým dipólem, je na rozdíl od hlavního dipólu. Proto jsou konečné závěry předčasné. Vezměme si jinou mapu, která barevně znázorňuje rozložení magnetických polí. Barevná stupnice intenzity magnetického pole je uvedena v dolní části obrázku (obr.7).

Vše, co bylo uvedeno výše v analýze předchozí magnetické mapy Země, plně potvrzuje mapa založená na datech mise SWARM. Oblasti s maximální intenzitou magnetického pole (bez ohledu na znaménko) jsou zbarveny tmavě červeně a oblasti s minimální intenzitou magnetického pole jsou zbarveny modře. Všimněte si minimálních intenzit pole v jižním Atlantiku a Jižní Americe, stejně jako na předchozí mapě. Tento obrázek dal některým autorům podklad k závěru o rozdvojení magnetického severního pólu, což podle mého názoru není pravda. Kanadská a sibiřská anomálie existovaly již před intenzivním driftem magnetického pólu, který se v 80. letech minulého století nacházel na severu kanadského souostroví. Existují i nyní, kdy se severní magnetický pól téměř shoduje s pólem zeměpisným. Přestože v blízkosti jižního magnetického pólu existuje podobný obraz "rozdvojení", v literatuře se tato otázka odsouvá stranou. Obr. 8 ukazuje posun severního magnetického pólu s daty. Dovolila jsem si pouze přidat stupně na paralelách. Poloha zeměpisného severního pólu se nachází napravo od značky 2014.

Magnetický systém Země je velmi dynamický. Neustále se mění - mění se intenzita magnetického pole, objevují se a mizí lokální magnetické anomálie, mění se souřadnice magnetických pólů atd. Obr. 9 ukazuje mapu magnetických polí v roce 1980. Zóny příchozího magnetického toku jsou zobrazeny (v závislosti na intenzitě) různými odstíny modré, odchozího magnetického toku pak barvou žlutou.

Tento obrázek jasně ukazuje nehomogenitu magnetického pole. Dokonce i hluboko v hlavní zóně magnetického toku v blízkosti každého z pólů se nacházejí oblasti, kde je magnetický tok obrácený. A ještě něco. Na mapě magnetických polí z roku 1980 vidíme podobný vzorec, jaký byl vykreslen na základě dat mise "SWARM" - na severní polokouli se maximální intenzita příchozího toku nachází v severní Kanadě a na Sibiři; na jižní polokouli se maximální intenzita odchozího toku vyskytuje u východního a západního pobřeží Antarktidy. Jak vidíme, na jižním magnetickém pólu dochází také k "rozdvojení". Tento vzorec existoval již nejméně před 35 lety, což nám nedává právo hovořit o "rozdvojení" magnetických pólů v posledních letech. Buď je to pro Zemi typické, nebo pokud je pouze v přechodném období, přípravy na inverzi začaly mnohem dříve než v roce 1980.

Rád bych uvedla ještě několik vlastních myšlenek týkajících se porovnání obou výše uvedených map. Předem upozorňuji, že vše je v tomto případě jen domněnka, ale osobně si myslím, že mají právo na existenci. Provedla jsem jednoduchou operaci - na mapě magnetických polí 1980 (předchozí obrázek) jsem v zónách cirkumpolárních magnetických anomálií, po zakreslení jejich středních oblastí poledníkových úseček a úseček rovnoběžek a po přenesení bodů jejich křížení na mapy v "Zeměpisném atlase", určila přibližné souřadnice středů. Anomálie pokrývají rozsáhlé oblasti, ale nejvyšší intenzita pole v každé z nich je samozřejmě v centrální zóně - viz obr. 10.

Zde jsou přibližné souřadnice středů cirkumpolárních magnetických anomálií.

Kanada: 105-110º z. d., 63º s. š.

Sibiř: 105-110º z. d., 67-70º s. š.

Východní Antarktida: 110-115º v. d., 60-63º j. š.

Západní Antarktida: 105-110º z. d., 67º j. š.

Jak vidíte, tyto údaje jsou docela zajímavé a naznačují některé myšlenky:

1. Jejich souřadnice zeměpisné délky na západní a východní polokouli jsou téměř přesně 180º.

2. Souřadnice zeměpisné šířky jsou také zajímavým způsobem kombinovány. Kanadská a Východní Antarktida jsou každá za polárním kruhem a mírně posunuty od polárního kruhu směrem k rovníku, zatímco Sibiřská a Západní Antarktida je mírně "překrývají" blíže k zeměpisným pólům (souřadnice polárního kruhu jsou 66^o 33' 44'' zeměpisné šířky).

3. Severní anomálie mají magnetický tok dovnitř, jižní anomálie mají magnetický tok ven, tj. jejich znaménka jsou obrácená.

Nabízí se jistá analogie. Je známo, že pokud je na jednom místě planety prohlubeň, pak na opačné straně (středem planety by měla vést přímka) bude určitě konvexita (hora nebo pohoří - podle velikosti obou). To není charakteristické pouze pro Zemi. Mars nám ukazuje totéž. Podobně tomu může být i u magnetických anomálií. Nemohly by být příbuzné v párech, jak ukazují zelené čáry na obr.10 se zelenými linkami? - V každém případě tato "konstrukce" velmi připomíná úseky, které drží póly (zeměpisné!) na stálém místě. Co bude dál. Projde Země v nejbližší době inverzí magnetických pólů, nebo se druhý dipól stane hlavním a současný mu ustoupí? Pokud se něco stane s magnetickými póly, způsobí to posun litosféry? Otázky okamžiku, ale nikdo zatím nemá žádné spolehlivé odpovědi.