В середине мая геофизик Дэвид Губбинс, сотрудник Университета Лиддса, вместе с коллегами опубликовал в журнале Science статью, главным материалом для которой послужили корабельные журналы трех-, четырех- и пятивековой давности. В записях, сделанных безымянными вахтенными, Губбинса интересовали показания компасов, квадрантов и астролябий: по этим цифрам оказалось возможным узнать, что происходило с земным магнетизмом последние несколько веков. Один из выводов, доступных читателям, заключается в том, что в обозримом будущем компасы потеряют смысл - и не только потому, что их окончательно вытеснят GPS-приемники. А вместе с компасами исчезнут и другие, куда более привычные, вещи.
Догадка, что магнитной стрелке не все время быть путеводной, не нова. В тот момент, когда само понятие магнитного полюса было сформулировано (а это случилось больше четырехсот лет назад), всем было известно, что компасы указывают вовсе не на точку выхода земной оси из земного шара. Куда именно смотрят стрелки, выяснил в мае 1831 года географ Джеймс Росс, обнаруживший Северный магнитный полюс Земли примерно на 70-й широте. Спустя 72 года Роальд Амундсен констатировал, что за это время полюс сместился примерно на 50 километров.
В 2005 году северный магнитный полюс находился на 82-й параллели - в 900 километрах от географического полюса и в 1100 от того места, где его нашел Амундсен. Скорость миграции сейчас оценивают 10 километрами в год, но специалисты не исключают, что полюс может заметно разогнаться. Согласно одному из прогнозов, полюс покинет Канаду, где он находился достаточно долго, и через пятьдесят лет, пройдя совсем рядом с самой северной точкой, окажется в Сибири. Что касается южного, его шансы оказаться на земной оси невелики. Сейчас эта точка расположена всего в 64 градусах от экватора.
Пока путешественники и географы следили за блужданиями пары полюсов, физики отмечали повсеместную убыль силы, приводящей в движение магнитную стрелку. С 1835 года, когда Карл Гаусс придумал способ оценивать напряженность поля Земли, эта величина непрерывно уменьшается со скоростью полпроцента в десятилетие - то есть, если темпы не изменятся, планета окончательно размагнитится через 2 тысячи лет.
"Догауссовскую" историю земного магнетизма реконструировали геологи. "Слепок" линий поля сохранился в базальтах, бывшей вулканической лаве: застывая, она сохраняла мгновенную намагниченность. Так, образцы из Азоро-Гибралтарского разлома на дне океана, где магма непрерывно растекалась по дну миллионы лет, содержат самую подробную хронику магнитных явлений. То же, что и с базальтом, происходит с железосодержащими осадками на дне озер. Благодаря всему этому была открыта серия труднообъяснимых катаклизмов - в далеком прошлом без видимой причины поле меняло направление на противоположное с интервалом около миллиона лет.
780 тысяч лет назад полюса сменились в последний раз, а всего за 160 миллионов лет таких случаев было более ста. Их хронология, на первый взгляд, довольно беспорядочна: за интервалом в несколько тысяч лет может следовать пауза в 10 миллионов. Однако именно в таком положении вещей математики увидели закономерность: по их словам, катаклизмы нельзя считать независимыми - геомагнитное будущее определяется геомагнитным прошлым. А геофизики установили, что у слабого поля шансы "переключиться" больше, чем у сильного.
Поле порождают токи во внешнем ядре Земли - смеси расплавленного железа, никеля и серы, которую отделяют от поверхности три тысячи километров, а снизу подпирает твердое внутреннее ядро. Сами токи, в свою очередь, возникают из-за вращения ядра в магнитном поле. Такой замкнутый цикл сравнивают с динамо-машиной - при том что, в отличие от катушки с проволокой, жидкий металл позволяет электронам самостоятельно выбирать себе путь. Это и усложняет уравнения, и делает их решение менее предсказуемым.
Геомагнетизм считали результатом редкого стечения обстоятельств, пока радиоастрономы не обнаружили аналогов у других планет. Самым мощным называют магнитное поле Юпитера - его напряженность вблизи поверхности в 10 раз выше, чем у земного. Предполагается, что ядро "газовой" планеты состоит из водорода, под гигантским давлением превратившегося в металл и получившего возможность проводить ток. В лаборатории добиться такого эффекта пока не удалось, так что юпитерианский магнетизм - главный аргумент в пользу существования гипотетического металла.
С другой стороны, ни у Венеры, ни у Марса ничего похожего нет. Тем более удивительным было найти на марсианской поверхности "магнитные заповедники" - залежи минералов, застывших в то время, когда планета еще обладала собственным магнетизмом. Отсюда следовало, что естественная "динамо-машина" может просто остановиться.
Линии геомагнитного поля в численном эксперименте Geodynamo, иллюстрация с сайта es.ucsc.edu/~glatz/
Lenta.ru
Выяснить, какие из опасений небезосновательны, решили в 1995 году американские физики, но выкладок на бумаге не хватало, а протестировать на устойчивость реальную систему не представлялось возможным. Все сведения о ядре к тому моменту сводились к косвенным оценкам размеров, плотности, вязкости и температуры - их определяют по поведению сейсмических волн, прошедших планету насквозь. Новый эксперимент был численным. Недостаток информации компенсировали вычислительными мощностями: течения и токи в жидком металле одновременно рассчитывали суперкомпьютеры в Лос-Аламосе и Питтсбурге. Выделенное "виртуальному ядру" компьютерное время соответствовало почти полумиллиону лет "земного" (а точнее, подземного) времени. Смена полюсов, неожиданно для самих исследований, случилась уже на 36-м тысячелетии, причем "период спада" занял немногим больше десяти виртуальных веков.
Чем это грозит, известно только в общих чертах. Совершенно бесспорно только одно: прекратятся полярные сияния. Но чаще, вспоминая об их причинах, говорят про рост космической радиации, то есть потоков заряженных частиц, летящих к Земле. Сейчас они замедляются геомагнитным полем, которое заставляет обегать планету по искривленным траекториям (участки, где эти траектории замкнуты и плотны, называют радиационными поясами Ван Аллена). В отсутствие поля, утверждают ученые, частицы будут беспрепятственно бомбардировать Землю, порождая в атмосфере каскады новых зарядов. Впрочем, противники этой точки зрения убеждены: самого воздушного слоя вполне достаточно, чтобы задерживать потоки на разумной высоте.
Геофизики предупреждают о климатических сдвигах. В магнитном поле меняются траектории ионов, растворенных в воде. Если это перестанет происходить, течения в океанах будут вести себя иначе - и в конечном счете изменится снабжение континентов теплом.
Более обоснованными выглядят биологические прогнозы. Было доказано, что к линиям поля чувствительны навигационные органы самых разных организмов - от голубей до акул. Если переключение поля будет быстрым, история неадаптировавшихся видов может им и закончиться. Эту версию подтверждают палеонтологи, которые сопоставляют гибели доисторических экосистем прежние "глобальные размагничивания".
Так что с компасами все-таки лучше.
Борислав Козловский