М. Х. Турсунов
27.04.2012 г.

  На главную раздела "Научные работы"





          Краткие сведения о существующих гипотезах. Первые мнения о происхождении земного магнетизма были известны ещё в XVIII веке. По словам В. И. Почтарёва, поскольку человек повсюду встречал удивительные камни — куски магнетита, притягивающие железные предметы, естественно, допустил, что магнитное поле Земли вызвано высокомагнитными породами или железом, находящимися в её недрах.

          Согласно гипотезе И. М. Симонова (1785), считалось, что магнитное поле Земли создаётся бесчисленными магнитными частицами, равномерно распределёнными внутри Земли, т. к. при этом создаётся такое же поле, как если бы вся магнитная масса была сосредоточена в её центре. Эта гипотеза допустима только в том случае, как если бы в Земле находился сплошной магнетит толщиной около 30 км, что, естественно, неправдоподобно.

          После обнаружения датским физиком Эрстедом в 1820 году явления электромагнетизма, земное магнитное поле стали объяснять не ферромагнетизмом вещества, а электрическими токами внутри Земли [91, сс. 152-153].

          По сведениям Э. А. Новикова, причина земного магнетизма — наличие у Земли жидкого ядра, «бурлящий котёл» которого должен работать как гигантская динамомашина и порождать электрические вихри, возбуждающие магнитное поле (гипотеза Я. И. Френкеля, 1945 [7, сс. 39-40]).

          Английский учёный Э. Буллард, обнаружив в 1950 г. «западный дрейф», предположил, что внешняя часть земного ядра жидкая, вследствие чего внутреннее ядрышко и внешняя оболочка вращаются с разными скоростями. Кроме того из-за перепада температур в вертикальном направлении поднимающаяся жидкость отклоняется к западу, а опускающаяся — к востоку, которые якобы захватывают силовые линии магнитного поля (но ведь речь идёт именно о возникновении последних) и становятся источником образования электромагнитных вихрей.

          Примерно такие высказывания приводит Б. А. Тверской, который считает, что различная вязкость и проводимость веществ, неравномерные движения — всё это, вероятно, существует в глубинах планеты, и если учесть также неодинаковую скорость вращения частей ядра, то там могут возникать весьма сложные кольцевые вихри. На верхней границе ядра вихри, образуя подобие крутящейся воронки, захватывают в себя силовые линии основного магнитного поля Земли (…? — М.Т.), переносят их вглубь, вследствие чего самовозбуждение продолжается беспрерывно. Э. А. Новиков отмечает [7, с. 41], что ядро Земли само может быть прекрасным проводником электричества и тепла (интересно, что может быть теплее ядра, чтобы оно могло служить проводником? — М. Т.). Тогда ни значительных перепадов температур, ни вихрей там нет. И самое главное, говорится в книге, что верхние слои подобны металлическому экрану. Значит, они могут замкнуть (т. е. заэкранировать, — М. Т.) практически все магнитные поля, возникающие в недрах Земли.

          В отношении этой самой распространённой в настоящее время, гипотезы «динамо», кроме возражений, высказанных Э. А. Новиковым, следует ещё сказать, что в глубинах Земли, даже если и есть жидкие слои (но, несомненно, не уступающие по плотности верхним слоям, а, вероятнее всего, совремённые приборы фиксируют как жидкое то плотное вещество очень высокой вязкости, которое лишь из-за высокого давления вынуждено течь, т. е. находиться в подвижном состоянии, т. к. разделение вещества на жидкую и твёрдую фазы характеризует его свойство, присущее только для поверхности Земли), движения там могут возникать лишь только под гидродинамическим воздействием первичного магнитного поля, о происхождении которого авторы почему-то умалчивают.

          Мы считаем, что силы вращения внутри Земли заимствованы ещё с первоначально недифференцированного состояния земного вещества и за миллиарды лет прошедшей истории они полностью синхронизированы по скорости со скоростью вращения Земли в целом, а влияние внешних природных «тормозов» (например, сил гравитации) должно компенсироваться в первых же сотнях км от поверхности Земли. Косвенным подтверждением этому служит характер изменения температуры с глубиной (рис. 38). Согласно этим кривым, до глубины 100 км от поверхности Земли повышение температуры происходит быстро. В промежутке 100-200 км процесс замедляется и глубже 200-300 км — изменение температуры сильно замедляется и протекает прямолинейно, т. е. с постоянной скоростью.

Пример изображения
Рис. 38. Распределение температуры в земной коре
и верхней мантии [8, с. 238]. 1– по Д. Тозеру
(при учёте конвекции); 2, 3 — по А. Рингвуду
(2 — в континентальной мантии, 3 — в океанической);
4 — по В. Н. Жаркову; 5 — по Е. А. Любимовой;
6 — по Р. Аффену; 7, 8 — по Р. И. Кутасу (7 — в активных
областях, 8 — в стабильных). Кривые плавления:
9 — по Я. Б. Смирнову, 10 — по Р. И. Кутасу.
Распределение температуры по И. И. Рокитянскому:
11 — максимальное, 12 —оптимальное.


          С другой стороны, движение по законам магнитной гидродинамики (даже если допустить наличие внутри Земли этого эффекта) в такой степени, чтобы создавать магнитное поле, какое имеется у Земли, маловероятно, ибо благодаря высокой плотности и стабильному высокому давлению жидкость в недрах планеты может течь очень медленно, т. е. она малоподвижна, в то время как малейшие перепады давления привели бы к моментальному восстановлению равновесия путём передвижения вещества в сторону меньшего давления по той простой причине, что сила механического давления в тех условиях несравненно высока по сравнению с магнитными силами, т. е. перепад давления, неизбежно возникший при передвижении вещества, якобы по эффекту магнитной гидродинамики моментально компенсировался бы механическим давлением окружающих масс, как это происходит при метаморфизме горных пород (заметим, эти породы имеют высокую плотность и твёрдость и в то же время текучи как глина уже на глубине первых десятков км от поверхности, о чём свидетельствует мелкогофрированная мозаика их структуры).

          Следующая гипотеза связана с именем Адольфа Маркузе, согласно которой Земля представляет собой огромный электромагнит [92, с. 433]. В пользу этой гипотезы были выдвинуты следующие доказательства:

          — для всех мест на Земле сила магнетизма зимой больше, чем летом, что объясняется нахождением Земли зимой на наименьшем, а летом на наибольшем расстоянии от Солнца (по нашему мнению, это связано с повышением электропроводности поверхности Земли зимой за счёт повышения её влажности);

          — суточные изменения магнитной напряжённости и суточный ход изменений земного тока почти совпадают (рис. 39);

Пример изображенияРис. 39. Совмещённые диаграммы суточных изменений
электротоков и магнетизма Земли [92, сс. 425, 430].
а — земные электротоки, б — магнетизм Земли.


          — приведём дословно ещё следующие высказывания: «Естественно напрашиваются два чрезвычайно важных вопроса: откуда берутся такие несомненно существующие электрические токи в земной коре и могут ли они объяснить магнитные силы нашей планеты? …При совремённом положении науки можно предподожить (по Вейнштейну), что постоянные электрические токи на Солнце вызывают также земные токи или непосредственно, или, по крайней мере, косвенным путём.

          Следует второй вопрос: объясняют ли земные токи происхождение магнетизма Земли? На это следует дать отрицательный ответ.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

          Если земные токи и оказываются недостаточными для того, чтобы вызвать все явления магнетизма Земли, то они, тем не менее, находятся в близком соотношении с последними. Они возбуждают магнитные силы, и изменение земных токов в смысле направления и напряжённости, обусловливают соответственные изменения элементов магнетизма Земли.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

          Новейшие исследования над взаимным соотношением между изменениями земных токов и соответственным изменением магнетизма привели к тому предположению, что колебания магнитной стрелки вызываются преимущественно первыми» [92, с. 432].

          Как видно, в этих высказываниях много неопределённостей и противоречий, но, несомненно, электромагнитная природа магнетизма Земли не лишена логики. В этой гипотезе происхождение ЗЭТ связывается с электрическими токами на Солнце. А каким образом, объяснения нет. Кроме того, автор даёт отрицательный ответ на вопрос, объясняют ли земные токи происхождение магнетизма Земли (хотя считает, что «Земля представляет громадный электромагнит»). Ещё он пишет, опираясь на новейшие к тому времени исследования, что колебания магнитной стрелки вызываются преимущественно первыми, т. е. ЗЭТ здесь как бы не играют роли.

          Но поразительно, что ни в одной из последующих работ, посвящённых этому вопросу и использованных нами, эта гипотеза не была даже упомянута.

          Всё это говорит о том, что научные исследования тех лет имели довольно случайный характер, т. е. не обладали систематичностью и настойчивостью. Иначе, решение вопроса, что же первично — электричество или магнетизм Земли — можно было осуществить путём небольшого эксперимента. По-видимому, практическое значение этих вопросов в те годы никого не волновало.

          Согласно гипотезе П. Н. Лебедева, возбудителем земного магнетизма является вращение Земли, в доказательство которой ещё в 1910 г. им были начаты опыты, но работа не была доведена до конца. Он брал металлические и каменные шары различной величины и путём их вращения хотел создать магнитное поле [7, с. 39]. Выходит, и он верил в возникновение магнетизма Земли за счёт вращения. Но, естественно, его опыты не могли иметь успеха по той причине, что, прежде всего, масштаб эксперимента был слишком мал и примитивен, не говоря уже о том, что условия были очень далеки от действительности. Он, видимо, не знал, что главное условие создания электричества — трение. В этом смысле следует отметить, что А. Маркузе намного опередил других, хотя его соображения не имели никаких практических последствий вплоть до наших дней.

          Б. М. Яновским описывается ряд гипотез о генерации геомагнетизма, несостоятельность которых обосновывается тут же [93, сс. 291-298]:

          «Гипотеза вращающихся зарядов предполагает одновременное существование двух зарядов, равных по величине, но противоположных по знаку: одного, распределённого по всему объёму Земли, а другого — распределённого по её поверхности.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

          Эти заряды, принимая участие в суточном вращении Земли, образуют замкнутые токи, которые в свою очередь создают магнитное поле». Гипотеза отвергается потому, что для обеспечения магнитного поля Земли потребовался бы заряд в 108 раз больший, чем имеется у Земли на самом деле.

          «А. Эйнштейном было высказано предположение, что каждый атом ферромагнитного тела представляет собой гироскоп, который обладает, кроме механического момента, ещё и магнитным, одинаковым с ним по направлению». …Позже «в 1915 г. С. Барнетту удалось экспериментально намагнитить стержень путём его вращения». Магнетизм Земли, возникающий по этой гипотезе, в 1010 раз меньше того, что имеет Земля.

          «В основе гипотезы дрейфующих токов лежит предположение о существовании свободных заряженных частиц внутри земного шара, возникающих благодаря наличию высоких температур. Если такие частицы будут двигаться в магнитном поле в направлении, перпендикулярном полю, то, по законам электродинамики, перемещение их должно происходить по окружности, радиус которой определяется из равенства центробежной силы и силы магнитной. …Если, кроме того, на частицы действует сила тяжести в направлении, перпендикулярном магнитному полю и скорости движения частиц, то движение будет происходить в направлении скорости петлеобразно по торохоидам и частицы, следовательно, получат поступательное движение (будут дрейфовать в направлении, перпендикулярном магнитному полю и силе тяжести).

          Такой процесс движения заряженных частиц будет эквивалентен электрическому полю, который и явится источником магнитного поля, наблюдаемого на Земле. Однако для возможности такого движения необходимо наличие небольшого первоначального магнитного поля, которое, по мнению авторов этой гипотезы, обязано своим происхождением гравитационному разделению зарядов внутри тела. Более лёгкие заряды — отрицательные — распределяются ближе к поверхности, более тяжёлые — положительные — ближе к центру Земли. Принимая участие в суточном вращении Земли, эти заряды и дают то начальное магнитное поле, которое необходимо для возникновения дрейфа. В дальнейшем при образовании дрейфующих токов, магнитное поле начнёт усиливаться и тем самым регенеративно усиливать токи и магнитное поле.

          Основным недостатком этой гипотезы является то, что она не предусматривает механизмов, ограничивающих регенеративное возрастание магнитного поля, которое, как показывают вычисления, должно продолжаться непрерывно до бесконечности».

          К этой гипотезе мы относимся примерно так же, как к гипотезе «гидромагнитного динамо», т. к. процесс генерации зарядов протекает внутри Земли и за счёт высоких температур. А дрейф зарядов в атмосфере не может не существовать. Он возникает и за счёт движения атмосферы относительно быстровращающейся земной поверхности и за счёт действия сил Лоренца, выталкивающего электроны за пределы земного магнитного поля, наподобие того как за счёт дипольного магнитного поля Солнца возникает солнечный ветер. По нашим представлениям, ионосфера Земли образована именно за счёт этих дрейфующих зарядов. Но мы знаем, что ионосферные заряды постоянно утекают от Земли в противоположную от Солнца сторону наподобие хвоста кометы, т. е. они являются возобновляющимися, а ионосфера с дневной стороны играет как бы роль отправной базовой станции.

          «Т. Шломки и В. Сванн пытались построить теорию на изменённых законах электродинамики, предполагая, что закон Кулона о взаимодействии электрических зарядов является верным лишь в первом приближении и должен быть заменён более общим», состоящим из самостоятельного взаимодействия положительных, отрицательных и совместного действия положительных и отрицательных зарядов между собой.

          «По гипотезе В. Сванна, взаимодействие между зарядами одного знака подчиняется закону Кулона, а взаимодействие между разноимёнными зарядами не подчиняется закону равенства действия и противодействия…»

          В таком случае, мы считаем, что прежде чем строить гипотезы нужно экспериментально и на физико-математической модели показать и обосновать теорию. Построение без фундамента — пустое. Кроме того, закон равенства действия и противодействия принадлежит И. Ньютону и является универсальным, действующим не только в механике, но и в динамике и электродинамике.

          Как видно, мнения в объяснении генезиса магнитного поля Земли разнообразны. На наш взгляд, некоторые из них просто выдуманы и не могут объяснить ни свойств магнитного поля Земли, ни явлений, связанных с ним. А концепция, считающая себя компетентной в каком-либо вопросе, как нам кажется, должна быть достаточно простой и динамичной, опираться на известные физические законы и природные явления, и, главное, способной объяснить всевозможные неразгаданные пока явления, имеющие хотя бы одну точку соприкосновения с решаемым вопросом. Важно, чтобы она могла ответить на любые контрвопросы, была доказуема общедоступными средствами и способна решать круг определённых практических задач, т. е. быть фундаментом для дальнейших научных и практических изысканий.

          Количественная сторона — это вопрос времени, искусства и уровня технической подготовки автора, которая может быть выполнена также и любым другим более компетентным в этой конкретной области специалистом. В связи с этим ещё раз обращаем внимание читателя на гипотезы, которые предполагали возникновение магнитного поля Земли на её поверхности (А. Маркузе, П. Н. Лебедев, А. Эйнштейн, С. Барнетт).

          Исходя из этих отправных положений, мы приступаем к изложению теории экзогенетического происхождения магнитного поля Земли.

В начало                               Продолжение
 

Добавить комментарий Сообщение модератору


Защитный код
Обновить