Файл: Егоров Н.И. Физическая океанография.pdf

Для составляющих вектора Т по осям координат примем обоз­ начения:

X — северная составляющая;

Y — восточная составляющая;

Z — вертикальная составляющая.

Вертикальная составляющая меняется от нуля на магнитном экваторе до 0,7 Э на магнитных полюсах.

Особо выделяется проекция вектора Т на горизонтальную плоскость — так называемая горизонтальная составляющая Н. Со­ ставляющая Н меняется от нуля на магнитны.х полюсах до 0,4 Э на магнитном экваторе.

Угол между плоскостью истинного (географического) меридиана и плоскостью магнитного меридиана называется склонением и обоз­ начается D. Положительным этот угол считается тогда, когда маг­ нитный меридиан отклонен вправо от географического меридиана. Склонение может изменяться на земной поверхности в преде­ лах 360°.

Угол между векторами Н и Т называется наклонением и обоз­ начается I. Он положителен, когда Т направлен вниз от горизон­ тальной плоскости. Наклонение изменяется на земной поверхности в пределах 180°.

Параметры D, /, Н, X, Y, Z называются элементами земного магнетизма. Их можно рассматривать как координаты конца век­ тора Т в различных системах координат.

Следует отметить, что напряженность магнитного поля, а следо­ вательно, и все элементы земного магнетизма не остаются по­ стоянными во времени. Элементы земного магнетизма, т. е. горизон­ тальная слагающая магнитного поля Земли, склонение и наклоне­ ние определяются в каждом пункте наблюдений.

По данным наблюдений над элементами земного магнетизма в различных пунктах земной поверхности составляют карты изогон (линий равного склонения), изоклин (линий равного наклонения), изодинам (линий равного горизонтального, вертикального или пол­ ного напряжения). Геомагнитное поле подвергается вековым, суточ­ ным и другим изменениям.

Изолинии постепенно, из года в год, меняют свое положение, меняется и место магнитных полюсов. Северный магнитный полюс (находится в Канаде) мигрирует со скоростью 8 км в год, южный (на Земле Адели) — 12,2 км в год.

О вековом ходе геомагнитного поля над океанами известно пока мало.

Изменения магнитного поля во времени называют вариациями. Они меняются в зависимости от широты места (чем больше

29

широта, тем больше вариации), сезона года (возрастают в осенние и весенние периоды). Кроме того, вариации существенно зависят от характера местных условий, что особенно важно для океана. На шельфе, у островов, а тем более на материке, вариации будут различными, поскольку будет различной структура земной коры. Существенное влияние на вариации оказывают и водные массы (магнитогидродинамический эффект, обусловленный морскими те­ чениями). Наконец, в районе магнитных аномалий вариации будут больше.

Вариации охватывают широкий спектр частот: от вековых вариаций до вариаций с периодом долей секунды. Если вековые изменения имеют свои основные причины внутри Земли, то боль­ шинство кратковременных изменений вызывается внешними источ­ никами, влияющими на состояние ионосферы.

Все вариации геомагнитного поля сопровождаются соот­ ветствующими системами . электрических токов в морях и оке­ анах.

При проведении измерений магнитного поля с целью составле­ ния карт вариации выступают в роли помех, которые следует удалять с наибольшей тщательностью для повышения точности и надежности магнитного картирования.

Магнитные аномалии. Если бы Земля представляла собой одно­ родно намагниченное тело с магнитной осью, параллельной оси ее вращения, можно было бы вычислить значения «нормальных» элементов земного магнетизма в любой точке ее поверхности. Рас­ хождения между этими «нормальными» значениями напряжения горизонтальной составляющей и наблюдаемым фактически пред­ ставляют собой магнитную аномалию.

Аномальное магнитное поле отражает пространственное распре­ деление ферромагнитных минералов, входящих в состав магнито­ активного слоя земной коры и, возможно, верхней мантии. Вели­ чина напряженности аномального поля в любой точке земной поверхности или над ней обусловлена влиянием множества возму­ щающих тел, которые характеризуются различными размерами, формой, глубиной залегания, ориентировкой и намагниченностью слагающих пород. Несмотря на наличие определенных геологиче­ ских закономерностей, геометрические и физические признаки ис­ точников аномалий столь разнообразны, что обусловливаемое ими аномальное магнитное поле в пространственном восприятии высту­ пает в той или иной степени как случайное. Следовательно, рассмотрение аномального магнитного поля, как случайного, имеет физико-геологические основания, заложенные в самой природе

аномалии.

«Магнитные аномальные карты, — писал академик А. Д. Архан­ гельский, — являются своеобразным рентгеновским снимком, по­ зволяющим видеть то, что скрыто глубоко под покровом осадочных пород и что иным способом мы видеть не в состоянии».

Использование аномального магнитного поля, получаемого в ре­ зультате магнитных съемок (наземных, наледных. морских, воздуш-

30

ных, космических), для исследования строения нижних горизонтов земной коры и мантии началось совсем недавно.

Установлено, что магнитное поле в океанах резко аномально. Сильные аномалии обычно связывают с линиями разлома земной коры и с геологическими структурами больших глубин.

В местах магнитных аномалий изменяются электрическое поле и, очевидно, некоторые свойства водной толщи.

Шельфовым областям океана свойственно сложно построенное магнитное поле, отличающееся разнообразием простираний, конфи­ гурации и интенсивности аномалий.

Магнитные аномалии глубоководного ложа океана характери­ зуются правильной регулярной структурой, проявляющейся в на­ личии строго выдержанных простираний и в ритмичной смене знака. Иначе говоря, такие аномалии образованы множеством че­ редующихся отрицательных и положительных аномалий в виде узких полос или небольших пятен. «Выражаясь образно, — говорит Р. М. Деменицкая, — это поле как бы причесано под гребенку». Четкость и симметричность рисунка на картах аномалий позволила назвать океаническое магнитное поле «зебровым».

Отдельные крупные и локальные формы рельефа (острова) создают ярко выраженные магнитные аномалии.

В отличие от срединноокеанических хребтов глубоководные желоба выражены в магнитном поле менее отчетливо.

Аномальное магнитное поле позволяет определить либо проис­ хождение той или иной части океанского дна или указывает на определенный этап его развития. Однако современная изученность Земли в магнитном отношении еще крайне мала. Магнитными съем­ ками охвачено всего лишь около 10% площади земного шара.

Планомерная магнитная съемка морей и океанов дает возмож­ ность произвести морфоструктурное районирование акваторий, выявить районы со сложной морфологией дна, правильно выбрать очередность и сеть гидрографического промера.§

§ 5. Электрическое поле океана

Понятие о естественном электрическом поле. Широкое изучение электрических полей в земной коре началось с середины 19-го сто­ летия. Однако о существовании электрических токов в морях и океанах стало известно недавно. Они впервые были обнаружены А. Т. Мироновым в Баренцевом море в 1935 г. Наблюдения над морскими токами пока немногочисленны и ненадежны.

В результате совместного воздействия многочисленных физиче­ ских процессов в морях и океанах создается сложная картина токо­ вых систем, претерпевающих непрерывные изменения. Токи в море сравнительно слабы и для их измерения нужна высокочувстви­ тельная аппаратура. Разработанной теории электрических явлений в море не существует.

До настоящего времени при изучении естественного элек­ трического поля в морской среде основное внимание уделялось

31

теллурическим токам, т. е. естественным электрическим токам не­ стационарного режима, захватывающим обширные области земной коры. порядка сотен и тысяч квадратных километров. Главной при­ чиной образования теллурических (от латинского слова tellus — telluris — земля) токов считают изменение интенсивности солнеч­ ной радиации, создающей в атмосфере, гидросфере и литосфере пе­ ременное электромагнитное поле. Эти токи непрерывно изменяются во времени и в пространстве.

Однако кроме теллурических токов в океане существует также квазистационарное электрическое поле, вызванное различными физическими, химическими и биологическими процессами.

Электрическое поле может характеризоваться либо величиной тока, проходящего через замкнутый контур, либо разностью потен­ циалов между двумя выбранными точками.

Общепринятая методика измерения горизонтальных составляю­ щих естественного электрического поля основана на измерении разностей потенциалов между двумя электродами, обычно разнесен­ ными на 100 м друг от друга. Отдельные измерения вертикальной составляющей поля проводились со льда и с судна, стоящего на якоре. Применявшаяся при этом методика не отличалась от мето­ дики измерений горизонтальных составляющих, только один из электродов опускался на определенную глубину, а второй оста­ вался в поверхностном слое.

В 1962 г. был предложен более совершенный метод изучения вертикального распределения естественного электрического поля в водной толще. Измерения осуществлялись в двух модификациях, принятых в разведочной геофизике: потенциала и градиента потен­

При измерении градиента потенциала опускались оба электрода при неизменной базе. В ходе эксперимента индукционная составля­ ющая, вызванная течением, и теллурические токи исключались с помощью градиентомикрозонда.

Теллурические токи. Плотность теллурических токов (/) опре­ деляется по формуле

1=КЕ,

где X— электропроводность морской воды (выбирается из океано­ логических таблиц), Е — градиент потенциала электрического тока.

В среднем плотность теллурических токов в земной коре равна 2* 10~10 А/м2. Она значительно возрастает во время магнитных воз­ мущений и магнитных бурь. Обычно теллурические токи создают градиенты потенциала порядка от десятых до десятка милливольт на километр, но в периоды сильных магнитных бурь градиенты могут достигать десяти и более милливольт на километр.

По сравнению с токами на суше токи на морях имеют большую плотность. Электрический ток в море при градиенте 1 мВ/км соз­ дает плотность тока З-Ю-6 А/м2. При наблюдавшихся градиентах потенциала 100 мВ/км в Баренцевом море и 30 мВ/км в Черном

32