Изменение магнитного поля во времени

2.8.1. Классификация геомагнитных вариаций

Магнитосфера Земли представляет собой чрезвычайно подвижное и изменчивое образование, параметры которого резко меняются в зависимости от внешних условий. Состояние магнитосферы полностью зависит от динамических изменений внешних условий – различной ориентации земного диполя, параметров солнечного ветра, неоднородности его плотности, скорости, ориентации и величины межпланетного магнитного поля. Одной из характеристик состояния магнитосферы служат вариации геомагнитного поля (рис.2.10). Геомагнитными возмущениями называются любые отклонения элементов геомагнитного поля от уровня, характеризующегося спокойным состоянием поля. Амплитуда этих отклонений может быть от единиц до тысяч нТл, а длительность их – от секунд до суток. При наложении этих флуктуаций друг на друга наблюдается картина хаотических, произвольных изменений магнитного поля.

Вариации магнитного поля на поверхности Земли имеют широкий диапазон частот. Магнитные возмущения могут иметь локальный характер и наблюдаться только в ограниченном секторе долгот и широт или же, достигая большой интенсивности, охватывать одновременно всю Землю.

Рис. 2.10. Вариации полного вектора Т в окрестностях г.Перми

Переменное магнитное поле, вызывающее временные изменения главного магнитного поля, накладывается на постоянное магнитное поле Земли, в результате их сложения происходит изменение элементов земного магнетизма. Элементы становятся непостоянными во времени и непрерывно изменяют свои значения. Иногда изменения происходят плавно, подчиняясь определенной закономерности, а иногда они имеют беспорядочный характер: периоды, амплитуды и фазы вариаций постоянно изменяют свои значения. В первом случае имеем дело с вариациями, называемыми спокойными, или невозмущенными, а во втором случае – возмущенными.

Невозмущенные вариации имеют более или менее периодический характер. Так, если наблюдать в Санкт-Петербурге за поведением свободно вращающейся магнитной стрелки, расположенной горизонтально, то можно заметить, что северный конец ее утром начинает отклоняться к востоку и в 8 ч утра достигает наибольшего отклонения, после чего стрелка отклоняется в обратную сторону, к западу. Это отклонение заканчивается около 14 ч. Такие изменения носят название солнечно-суточных вариаций. Они имеют период, равный солнечным суткам. К числу невозмущенных вариаций с постоянным периодом относят солнечно-суточные, лунно-суточные и годовые.

¶Z,нТл

Вариации вертикальной составляющей

¶Н,нТл

Вариации горизонтальной составляющей

¶D,мин

Вариации склонения

Рис. 2.11. Среднесуточные вариации геомагнитного поля.

Сплошная линия – вариации за июнь, пунктирная – вариации за декабрь

Возмущенные вариации магнитного поля состоят из целого ряда вариаций, которые накладываются друг на друга и в сумме дают неправильные колебания всех элементов земного магнетизма около среднего значения. Возмущенные вариации можно классифицировать по признаку периодичности: периодические, непериодические и неправильные флуктуации. Выделяют вековые вариации с периодичностью 500-800 лет.

Периодические вариации делятся на одиннадцатилетние, годовые, солнечно-суточные вариации с периодом солнечных суток и лунно-суточные с суммарной амплитудой до 100 нТл и более. К апериодическим возмущениям относят магнитные бури продолжительностью от нескольких часов до нескольких суток с амплитудой от сотен до десятков тысяч нанотесл. Возросшая точность магниторазведочной аппаратуры позволила уверенно фиксировать квазисинусоидальные и неправильной формы короткопериодные колебания (КПК) с периодичностью от долей секунды до 2-10 мин. и амплитудой до 2-5 нТл. Иррегулярные КПК характеризуются затухающей амплитудой до 1 нТл и продолжительностью от нескольких до 30 мин.

Из непериодических выделяют апериодические возмущения, которые появляются во время магнитных бурь главным образом при изменении горизонтальной составляющей.

Помимо указанных вариаций существуют бухтообразные вариации, описываемые графиком формы залива, бухты, продолжительностью от 10-15 мин до 1 ч и амплитудой от 30 до 200 нТл.