2.4. Внутренняя теплота и геомагнетизм

Тепловой режим глубоких слоев Земли изучен еще не достаточно, т.к. непосредственными исследованиями могут быть охвачены слои земной коры, расположенные в основном не глубже 1,5 км (исключение составляют золотоносные рудники ЮАР глубиной свыше 3 км, нефтяные скважины Техаса глубиной около 8 км и самая глубокая в мире – более 12 км – Кольская буровая экспериментальная скважина). На основе изучения этих и других скважин получено большое количество информации о составе, температуре и других свойствах земной коры. Предполагается два внутриземных источника тепла – энергия давления (чем больше сжато вещество, тем сильнее оно адиабатически нагрето) и ядерный распад тяжелых элементов. Количественные оценки источников тепла показали, что между собой они примерно равны, и что тепла в Земле накапливается больше, чем теряется излучением. Избыток тепла и участвует во многих тектонических процессах.

В формировании климата внутреннее тепло Земли не участвует - атмосферой используется только солнечная радиация. Суточные колебания температуры проникают на глубину до 1…2 м, годовые колебания в умеренных широтах, с континентальным климатом достигают глубины 20…30 м. На этой глубине залегает слой постоянной температуры – изотермический горизонт. Как показали измерения в шахтах и буровых скважинах, ниже изотермического горизонта происходит повышение температуры.

Число градусов, на которое увеличивается температура на 100 м глубины, называется геотермическим градиентом. Расстояние в метрах, при опускании на которое температура возрастает на 1 ^оС, называется геотермической ступенью. Ее величина везде разная и зависит от рельефа, гидрологического режима подземных вод, близости вулканических очагов, теплопроводности горных пород, в среднем она равна 33 м. В вулканических областях геотермическая ступень может быть около 5 м, но в геологически спокойных регионах (платформах) повышение температуры с глубиной происходит медленно, в основном на 1 ^оС на 100м. Уменьшение геотермической ступени вызывают залегающие уголь и нефть, и термальные воды.Однако, академик В.И. Вернадский высказал предположение, что по направлению к центру Земли температура понижается.

Еще в 1600 году английский физик У. Гильберт показал, что Земля ведет себя как огромный магнит. В настоящее время существует несколько гипотез о происхождении земного магнетизма, но природа магнитного поля до сих пор не выяснена. По-видимому, турбулентные движения в расплавленном железосодержащем внешнем ядре генерируют электрические токи, под действием которых возникает сильное магнитное поле, простирающееся в космосе на расстоянии более 64 000 км – магнитосфера. Силовые линии этого поля выходят из одного магнитного полюса Земли и входят в другой. Магнитные полюсы перемещаются вокруг географических полюсов Земли.

Геомагнитное поле дрейфует в западном направлении со скоростью 24 км/год. В настоящее время Северный магнитный полюс расположен среди островов северной Канады. Северный магнитный полюс соответствует положительному знаку (силовые линии поля направлены внутрь Земли), а Южный – отрицательному (силовые линии направлены вовне). Магнитная ось наклонена по отношению к географической на 11^о и проходит на расстоянии 1200 км от центра Земли.

В любой точке земной поверхности магнитное поле характеризуется горизонтальной составляющей напряженности, магнитным склонением (угол между этой составляющей и плоскостью географического меридиана) и магнитным наклонением (угол между вектором напряженности и плоскостью горизонта).

Действие магнитного поля наиболее наглядно проявляется на магнитной стрелке, которая в любой точке земли занимает строго определенное положение – по направлению магнитных силовых линий. Магнитная стрелка компаса определяет направление магнитного меридиана. На этом основано определение направления север-юг. Магнитные полюса Земли не совпадают с географическими. Наибольшая протяженность магнитного поля отмечается на полюсах, при приближении к экватору она уменьшается. Характеристики магнитного поля Земли подвержены изменениям и не являются постоянными величинами. Изменения могут быть суточными, годовыми и вековыми, причины их кроются в строении земной коры и Земли в целом, а также во внешнем воздействии со стороны Солнца.

В настоящее время положение магнитных полюсов Земли в различные периоды ее геологического развития определяют путем изучения остаточной намагниченности горных пород, чем и занимается наука – палеомагнитология.

Изучение земного магнетизма представляет большой научный и практический интерес, например, при поиске полезных ископаемых, геологической разведке, когда применяются магнитометрические методы, в основе которых лежит различная магнитная проницаемость горных пород и руд. Магнитометрические методы значительно ускоряют поиск полезных ископаемых и делают его экономически более эффективным, а также позволяют выявлять особенности тектонических структур и изучать рельеф.