Возникновение и существование магнитного поля Земли.

Марданов М. Ш.
ЗАО «Алойл», Бавлы, [email protected]
ВОЗНИКНОВЕНИЕ И СУЩЕСТВОВАНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ
Откуда у Земли появилось магнитное поле? Каким образом над Землей развернулся мощный
магнитный зонт, предохраняющий все живое на земле от губительного дыхания Солнца и почему на
остальных планетах солнечной системы, по размерам близких к Земле – Меркурия, Венеры, Марса
практически нет магнитного поля? Ведь по общепринятым теориям возникновения и развития
солнечной системы, вещественный состав и возраст всех четырех планет приблизительно
одинаковый, так почему же таким уникальным свойством обладает лишь наша родная планета? Эта
загадка до сих пор не раскрыта, в последнее время наиболее популярной является гипотеза, что
магнитное поле объясняется движениями во внешней жидкой оболочке ядра. Из классических
гипотез наиболее простой и очевидной остается гипотеза французского физика-математика Ампера,
который в начале 19-го века впервые выдвинул гипотезу возникновения магнитного поля Земли в
результате течения естественного электрического тока, возникающего в недрах самой Земли. Однако
обоснованного объяснения, как возникает этот электрический ток, он не дал.
В настоящей статье предлагается гипотеза возникновения и существования магнитного поля
Земли, которая отвечает на многие вопросы, объяснение которых в настоящее время существующими
гипотезами дается или неудовлетворительно, или для этого привлекаются очень сложные модели.
Для этого сначала рассмотрим процесс образования водяного пара, которым насыщена вся атмосфера
Земли. Когда вода испаряется с поверхности земли, частицы воды в виде мельчайших капелек за счет
энергии броуновского движения отрываются от поверхности воды и разлетаются в воздухе. Обычно
мы эти частицы не видим. Когда кипит чайник с водой, те же частицы, которые уже хорошо видны,
мы это называем паром, также, поднимаясь вверх, тают и исчезают в воздухе. Этот процесс, в основе
которого один и тот же механизм отрыва капелек воды, в бесконечном многообразии постоянно
работает в глобальном масштабе. Он усиливается с восходом Солнца и затухает только вечером, на
всей освещенной Солнцем стороне Земли. Высыхание влажной земли, выпавшей за ночь росы и
испарение воды с океана, с растительности – все происходит под воздействием Солнца.
Маленькие капельки воды в виде пара несут определенный положительный (+) заряд
электричества, который они получают в момент отрыва от основной массы воды, отрицательный
заряд (-) истекает в землю. Под влиянием кулоновских сил взаимного отталкивания одноименных
зарядов, капельки пара не слипаются между собой. В результате подъема вверх нагретые за день
теплых масс воздуха эти пары поднимаются вверх, адиабатически охлаждаются, водяной пар
конденсируется, превращаясь в облака.
На дневной поверхности Земли образуется заряженный слой, который постоянно пополняется
электронами, пропорционально массе испаренной влаги. Плотность электронов на поверхности
Земли максимальна в зенитной точке, когда лучи Солнца падают на поверхность земли вертикально и
парообразование максимальное. По окружности Земли, в районе восхода и захода Солнца,
парообразование минимальное. На ночной стороне Земли, наоборот, идет процесс конденсации
водяного пара на поверхность земли, обычно этот конденсат мы видим в виде росы, выпавшей на
листьях. В этом процессе положительно заряженные капельки пара, падая на поверхность земли,
вызывают поток электронов из избыточно заряженных областей для нейтрализации положительных
зарядов. Особенно активно процесс выпадения осадков происходит в предутренние часы и вечером, а
также в приполярных районах.
Так образуется избыточно насыщенный электронами слой на освещенной Солнцем стороне
Земли с максимальной концентрацией зарядов в зенитной точке, с уменьшением плотности зарядов к
сумеречным краям и ночной стороне Земли. Избыточный заряд растекается по электропроводящим
верхним слоям Земли к зонам усиленного выпадения атмосферных осадков (Рис.1). Также надо
учесть, что существенная часть возникающего парообразованием «электронного облака», не
растекаясь к сумеречным краям, следует вслед за Солнцем, так как положительно заряженные облака
и масса водяного пара, находящаяся в атмосфере, по Кулоновскому закону притяжения
разноименных зарядов, удерживает этот заряд. Насколько мощную разность потенциалов имеет
атмосфера и поверхность Земли, в наиболее эффектном виде мы наблюдаем в виде молний,
возникающих во время грозовых дождей.
Рис 1. Образование «электронного облака» в процессе парообразования на Земле.
Таким образом, вращающуюся вокруг своей оси Землю с зарядом «электронного облака» на
освещенной Солнцем стороне можно сравнить с динамо-машиной, вырабатывающей постоянное
магнитное поле, так как из физики известно, что «магнитное поле создается электромагнитной
индукцией, когда электропроводящий материал окружен переменным или вращающимся
(движущимся) электрическим полем» (Рис.2).
Рис.2. Схема образования магнитного поля Земли.
В масштабах Земли на образование пара тратится огромная энергия - за 1 час Земля от Солнца
получает около 20·109 киловатт энергии, за сутки с поверхности Земли испаряется один триллион
кубометров воды. Часть этой энергии тратится на образование электрических зарядов водяного пара.
Для теоретического расчета напряженности магнитного поля были рассмотрены квантовые
процессы ионизации воды при ее испарении с поверхности Земли и оценено число избыточных
электронов, считая известным долю поглощаемой солнечной энергии, затрачиваемой на испарение
воды за сутки. Для оценки напряженности индуцированного магнитного поля применена упрощенная
модель, процесс сводится к перемещению заряда избыточных электронов со скоростью 40 000км в
сутки по поверхности Земли. Такая модель дает оценку напряженности порядка 1.7 Эрстед.
Автором проведены практические эксперименты и получены результаты прямого измерения
тока, который порождается при испарении с поверхности водного зеркала изолированного бассейна.
Результаты эксперимента дают напряженность индуцированного магнитного поля 2,2Эрстед.
Вращающаяся вокруг своей оси Земля с железным жидким ядром и токопроводящим
верхним слоем - по поверхности которого скользит со скоростью 40 000 км/сут «электронное
облако» возникающее в процессе испарения воды под лучами Солнца – порождает магнитное
поле Земли. Форма «электронного облака» полусферическая, сфокусированная в центр Земли и
созданное магнитное поле соответствует магнитному полю диполя, расположенного в центре
Земли. Это полностью совпадает с измерениями реального магнитного поля Земли.
Интенсивность парообразования над континентами и над океанами неодинакова, поэтому в
течение суток наблюдается небольшая пульсация магнитного поля. Годовая вариация магнитного
поля объясняется наклоном оси Земли к плоскости вращения Земли вокруг Солнца.
При глобальных катаклизмах, когда происходит активизация вулканической деятельности
Земли, атмосфера Земли из-за пыли и дыма становится непрозрачной, резко уменьшается разность
интенсивности испарений с освещенной и темной сторон Земли – в этот период распределение
электрического заряда на поверхности Земли становится равномерным, исчезает эффект
движущегося электрического заряда, исчезает и магнитное поле Земли. Только наличие жидкости,
которая испаряется с поверхности планеты под солнечными лучами, прозрачная атмосфера и
вращающаяся вокруг своей оси планета способны вызвать такое сильное магнитное поле.
Именно такими свойствами обладает наша планета Земля, а на других планетах, похожих на Землю,
где нет хотя бы одного из перечисленных условий, магнитное поле не возникает. Поэтому у
Меркурия, у которого солнечный день длится 176 суток и нет жидкости на поверхности, у Венеры,
где нет прозрачной атмосферы и нет жидкости на поверхности, у Марса, где нет воды - магнитные
поля практически отсутствуют. Последними исследованиями космическими станциями на
марсианской поверхности были обнаружены "магнитные заповедники" - залежи минералов,
застывших в то время, когда планета еще обладала собственным магнетизмом. В этих минералах
сохранился остаточный магнетизм. В то же время большинство ученых сходятся во мнении, что в
прошлом на Марсе была вода, текли реки и были моря. Значит, в то время у Марса было свое
магнитное поле, и достаточно интенсивное, чтобы в минералах образовалось наведенное магнитное
поле.
А как же объяснить явление смены полярности магнитного поля Земли? Ведь по результатам
палеомагнитных исследований образцов пород Срединно-Атлантического хребта Атлантического
океана, магнитное поле Земли около 100 раз меняло свою полярность в течение последних 150 млн.
лет. Ширина разнополюсных магнитных полей на дне Атлантического океана меняется от
нескольких десятков до нескольких сот километров, и эти поля расположены параллельно СрединноАтлантическому хребту.
Вероятно, все дело в том, что полярность магнитного поля Земли не менялась, просто
магнитное поле исчезало в периоды тектонической активности планеты и атмосфера загрязнялась
выбросами газа и пепла с вулканов, а потом заново возникало и усиливалось с восстановлением
прозрачности атмосферы. Когда лавы изливалась с рифтового разлома Срединно-Атлантического
хребта, магнитные домены минералов, излившихся во время существования магнитного поля Земли,
застывали с сохранением направления магнитных силовых линий. Лавы, которые изливались во
время отсутствия магнитного поля Земли, ложились рядом с ранее излившимися породами и
магнитные домены новых минералов, естественно, застывали в обратной полярности к имеющимся
остаточным магнитным силовым линиям. Этот цикл повторялся в течение последних 150 млн. лет,
пока образовалось дно Атлантического океана с рифтовым разломом на середине, а материки
Америки и Евро-Африки расходились, образуя Атлантический океан.
С 1835 года, когда Карл Гаусс впервые оценил напряженность магнитного поля Земли, эта
величина непрерывно уменьшается со скоростью полпроцента в десятилетие - то есть, если темпы не
изменятся, планета окончательно размагнитится через 2 тысячи лет. Вероятнее всего это из-за
понижения прозрачности атмосферы вследствие бурного развития промышленности, то есть, степень
понижения напряженности магнитного поля и загрязнение земной атмосферы напрямую связаны
между собой.
Литература
1. Ермолаев Ю. Г., Азад Рамит. Магнитное поле тонкого вращающегося диска // Вестник РУДН.
Серия Физика, 1998. Т.6. №1. С. 20-22.
2. Марданов М. Ш. Возникновение и существование магнитного поля Земли. Самара: «ИНТЕРВАЛ»,
2006. №12.