Географическое поле земли. Геофизические поля земли. О происхождении магнитного поля Земли

Магнитное поле Земли . Кто пользовался компасом, тот знает, что, сколько бы ни отклоняли свободно подвешенную стрелку от первоначального направления, она всякий раз будет к нему возвращаться. Это значит, что в географической оболочке и в околоземном пространстве существует магнитное поле, в каждой точке которого стрелка компаса будет располагаться параллельно магнитным силовым линиям. При этом один конец стрелки указывает на северный магнитный полюс, а другой - на южный.

Земля – большой магнит, вокруг которого существует магнитное поле. Область околоземного пространства, физические свойства которого определяются магнитным полем Земли и его взаимодействием с потоками космических частиц называют магнитосферой. Её внешняя граница – магнитопауза (шириной около 200 км) с дневной стороны располагается на высоте 10-14 земных радиусов (магнитосфера сжа­та под ударами солнечного ветра), а с ночной простирается до высоты 900-1000 земных радиусов (магнитосфера вытянута, образуя «хвост»). С удалением от поверхности Земли неоднородность магнитосферы сглаживается, напряженность ее ослабевает, а за пределами магнитопаузы магнитное поле Земли теряет способность захватывать заряженные частицы. Благодаря существованию магнитосферы маг­нитная стрелка компаса устанавливается в на­правлении магнитных силовых линий. Боль­шой круг, в плоскости которого находится магнитная стрелка компаса, называется маг­нитным меридианом данной точки. Магнит­ные меридианы не образуют на земной поверхности правильной сетки и сходятся в двух точках, называемых магнитными полюсами. Они не совпадают с географическими полю­сами и медленно изменяют свое местополо­жение, «дрейфуя» со скоростью 7 - 8 км/год. Так, в 1950 г. северный магнитный полюс имел координаты 72° с. ш., 96° з. д., а южный - 70° ю. ш., 150° з. д.; в 1970 г. соответственно 75°42" с.ш., 101 о 30" з.д. и 65°30" ю. ш., 140°18" з.д., в 1985 г. – 77 о 36 / с.ш. и 102 о 48 / з.д., а южный – 65 о 06 / ю.ш. и 139 о в.д.

Магнит­ные полюса не являются антиподальными точками. Первый из них смещается в направ­лении Северного полюса, второй - в сторо­ну Австралии. Ожидается, что приблизитель­но в 2185 г. магнитный и географический полюса в северном полушарии окажутся в од­ной точке.

Магнитное поле Земли характеризуется тремя элементами земного магнетизма: маг­нитным склонением, магнитным наклонением и напряженностью.

Магнитное склонение - угол между ис­тинным направлением на север, т. е. геогра­фическим меридианом, и направлением север­ного конца магнитной стрелки. Магнитное склонение бывает восточное и западное. При отклонении северного (синего) конца магнит­ной стрелки компаса к востоку от географи­ческого меридиана склонение называется вос­точным и имеет знак «плюс» (положитель­ное), при отклонении к западу - западным и имеет знак «минус» (отрицательное). Маг­нитное склонение обязательно указывается на всех топографических картах. Например, магнитное склонение Москвы около +8° . Чтобы узнать направление геогра­фического меридиана, надо от направления се­верного конца магнитной стрелки компаса от­считать к западу (против часовой стрелки) 8°. При этом синий конец стрелки компаса ука­жет направление на север. Линии одинаково­го магнитного склонения называются изого­нами. Их значение изменяется от 0° до ±180°. Нулевую изогону называют агонической ли­нией. Она разделяет области восточного и за­падного склонения, проходя через оба геогра­фических и оба магнитных полюса. На ней стрелки компаса показывают на географиче­ские полюса, поскольку географический и маг­нитный меридианы совпадают.

Магнитное наклонение - угол между го­ризонтальной плоскостью и магнитной стрел­кой, свободно подвешенной на горизонтальной оси. Оно бывает положительное в северном геомагнитном полушарии и отрицательное в южном. Магнитное наклонение изменяется от 0° до ±90°. На магнитных полюсах оно рав­но + 90° и -90°, поэтому магнитная стрелка компаса занимает вертикальное положение: в северном полушарии синий конец стрелки на­правлен вниз (+90°), в южном - красный (-90°). Магнитные полюсы определяют как точки с наклонением ±90°. Линии, соединяю­щие точки с одинаковым магнитным наклоне­нием, называют изоклинами. Нулевая изокли­на - магнитный экватор - проходит при­мерно вдоль географического экватора: чуть южнее - в западном полушарии, чуть север­нее - в восточном. Он делит Землю на два геомагнитных полушария.

Сила магнитного поля характеризуется на­пряженностью. Величина ее увеличивается от магнитного экватора к полюсам. В север­ном полушарии она больше, нежели в южном, а в целом запасы энергии магнитосферы огромны. В некоторых районах Земли напряжен­ность реального магнитного поля из-за неод­нородности внутреннего строения Земли отли­чается от нормального (теоретического) поля, т. е. такого, какое было бы у Земли, если бы она была однородно намагниченным шаром. Эти отклонения называют магнитными ано­малиями. Крупные мировые аномалии наблю­даются в Восточной Сибири, в районе Зонд­ских островов и т. д.; региональными являют­ся Курская, Криворожская и др., а локальных много.

Магнитное поле Земли складывается из двух магнитных полей разного происхожде­ния - постоянного и переменного. Главная составляющая - постоянное поле (99% по величине). Его образование обусловлено ди­намическими процессами в ядре Земли. По­стоянное поле более или менее устойчиво, и ему присущи правильные колебания - суточ­ные, годовые, вековые. Переменное поле (1% по величине) вызвано внешними причинами - воздействием солнечного ветра и связанными с ним электрическими токами в магнитосфе­ре и верхних слоях атмосферы. Они вызыва­ют, как правило, непериодические резкие воз­мущения всех элементов земного магнетизма, т. е. магнитные бури, которые сопровожда­ются полярными сияниями, ухудшением радио­связи на коротких волнах, радиопомехами, ухудшением самочувствия людей и т. д. Не­смотря на некоторую беспорядочность, маг­нитные бури усиливаются весной и осенью, ослабевают летом и зимой.

Значение магнитосферы исключительно ве­лико. Она выполняет изолирующую роль для корпускулярной солнечной радиации, солнеч­ный ветер ее обтекает. Так что магнитосфеpa - главный невидимый «броневой заслон» планеты. Однако в небольшом количестве сол­нечная плазма с дневной стороны в полярных районах просачивается в магнитосферу, а за­тем в верхние слои атмосферы - так назы­ваемую ионосферу до высот 80-100 км. Для всех просочившихся заряженных частиц маг­нитосфера оказывается своеобразной ловуш­кой. Попав в нее, заряженные частицы дви­гаются по замкнутым траекториям вдоль маг­нитных силовых линий, образуя радиационные пояса: внутренний (протонный) с максималь­ной концентрацией частиц на высоте 3 - 4 тыс. км над экватором и внешний (элек­тронный) - на высоте около 22 тыс. км. Та­ким образом, магнитосфера - наш «магнит­ный зонтик». Пропуская к Земле лучистую энергию Солнца электромагнитной природы, она задерживает корпускулярную радиацию, защищая географическую оболочку и все жи­вое от гибели.

Медико-биоло­гические статистические материалы (частота сердечно-сосудистых приступов у людей, рас­пространения инфекционных заболеваний, травматизма на производстве, аварий на до­рогах и т. д.) свидетельствуют о связи пере численных явлений с изменениями магнитно­го поля Земли.

Изучая естественные магнитные поля, не следует забывать об искусственных электро­магнитных полях, создаваемых промышленны­ми установками, телецентрами, ЛЭП и т. д. Механизм действия магнитных полей на био­логические объекты - явление очень слож­ное, и расшифровка его - дело будущего. Магнитные бури действуют и на технические системы - энергетические, трубопроводы и др., в которых возникают перегрузки.

Магнитное поле Земли помогает ориенти­роваться в пространстве изыскательским пар­тиям, кораблям, подводным лодкам, самоле­там, туристам. При использовании компаса для определения сторон горизонта необходимо обязательно вводить поправку на магнитное склонение. На кораблях сейчас используются гирокомпасы, которые сразу показывают на­правление географического меридиана. По не­которым изменениям магнитного поля можно заранее предсказать приближение магнитной бури, что важно знать связистам, капитанам кораблей и другим специалистам, с которыми осуществляется локационная связь, а также медикам. Локальные магнитные аномалии ука­зывают на месторождения железорудных по­лезных ископаемых, поэтому для поисков их широко применяют магнитометрические мето­ды разведки.

Строение магнитного поля Земли меняется в зависимости от широты. Различают три широтные зоны в каждом полушарии.

1. Экваториальная зона (25° с. ш.- 25° ю. ш.), отличающаяся малым проникновением протонов высоких энергий в атмосферу Земли. Заслон им создают магнитные силовые линии, которые здесь идут практически параллельно земной поверхности и становятся непробиваемыми для частиц Космоса.

2. Зона умеренных широт (30° с. ш. и 55° ю. ш.), характеризующаяся нарастанием интенсивности потоков. В сторону полюсов проницаемость магнитного поля увеличивается.

3. Зона над полярными областями Земли. Здесь силовые линии магнитного поля более или менее перпендикулярны земной поверхности и образуют воронкообразную конфигурацию. Через них часть солнечного ветра с дневной стороны проникает в магнитосферу, а затем и в верхнюю атмосферу. Сюда же в период магнитных бурь устремляются частицы из хвостовой части магнитосферы, достигая границ верхней атмосферы в высоких широтах северного и южного полушария. Именно эти заряженные частицы вызывают здесь полярные сияния.

Магнитное поле становится главным препятствием для проникновения в географическую оболочку губительного для живого вещества корпускулярного излучения Солнца. Одновременно магнитосфера пропускает к поверхности планеты рентгеновские и ультрафиолетовые лучи, радиоволны и лучистую энергию, которая служит основным источником тепла и энергетической базой происходящих в географической оболочке процессов. Экспериментально доказаны связи между различными функциями растений и животных в зависимости от их ориентации в магнитном поле. Многоразовые опыты с культурными и дикими растениями показали, что особое расположение зародыша семян по отношению к направлению геомагнитного поля влияет в будущем на темпы роста и ориентацию корней. Это явление в органическом мире Земли получило название магнитотропизма. Разные группы растений не одинаково реагируют на изменения напряженности геомагнитного поля. Семена одних при искусственном от него экранировании образуют больше корней ростовых почек, а у других, например хвойных пород, в этом случае растягивается период покоя, уменьшается всхожесть, снижается поглощение кислорода и в среднем на 30% падает содержание сухого вещества. Накоплено много достоверных фактов о высокой чувствительности к магнитным полям насекомых, птиц, рыб, моллюсков, червей и даже водорослей.

Гравитационное поле Земли - это по­ле силы тяжести. Сила тяжести действует по­всюду на Земле и направлена по отвесу к по­верхности геоида, уменьшаясь по величине от полюсов к экватору. У Земли было бы нормальное гравита­ционное поле при условии наличия у нее фи­гуры эллипсоида вращения и равномерного распределения в нем масс. Однако Земля та­ким телом не является. Разницу между напря­женностью реального гравитационного поля и теоретического (нормального) поля называют аномалией силы тяжести. Эти аномалии бы­вают вызваны как различным вещественным составом и плотностью горных пород, так и видимыми неровностями земной поверхности. Однако далеко не всегда горы вы­зывают увеличение силы тяжести (положи­тельную аномалию), а океанические впади­ны - их недостаток (отрицательную анома­лию). Такое положение объясняется изостазией (от греч. isostasios - равный по весу) - уравновешиванием твердых и отно­сительно легких верхних горизонтов Земли на более тяжелой верхней мантии, находящейся в пластичном состоянии в слое астеносферы. По современным геофизическим представле­ниям, в недрах Земли на определенной глу­бине (глубине компенсации) происходит гори­зонтальное растекание подкоровых масс ве­щества из мест их избытка на поверхности (в виде гор и т. д.) к периферии и выравни­вание давления вышележащих слоев. Сущест­вование астеносферных течений - необходи­мое условие изостатического равновесия зем­ной коры.

При появлении или исчезновении леднико­вой нагрузки в областях древних и современ­ных ледников тоже нарушается изостатическое равновесие. При нарастании массы льда покровных ледников земная кора прогибает­ся, при стаивании льда происходит ее подня­тие. Такие вертикальные движения земной ко­ры называются гляциоизостазией (от лат. glacies - лед). Гляциоизостатические опуска­ния наиболее резко выражены под централь­ными частями современных ледниковых щи­тов - Антарктиды и Гренландии, где ложе ледников местами прогнуто ниже уровня мо­ря. Поднятия особенно интенсивны в облас­тях, недавно освободившихся от материковых льдов (например, в Скандинавии, Канаде), где их суммарные значения за послеледниковое время достигают нескольких десятков метров. Современные скорости поднятия по инстру­ментальным измерениям местами доходят до 1 м в столетие, например на шведском побе­режье Ботнического залива.

Значение силы тяжести исключительно ве­лико. Она определяет истинную фигуру Зем­ли - геоид. Подкоровые течения в астено­сфере вызывают тектонические деформации и движения литосферных плит, создавая круп­ные формы рельефа Земли. Сила тяжести обус­ловливает гравитационные рельефообразующие процессы: эрозию, оползни, осыпи, обвалы, селевые потоки, движение ледников в горах и т. д. Сила тяжести определяет макси­мальную высоту гор на Земле. Она удержи­вает атмосферу и гидросферу, ей подчиняется перемещение воздуха и водных масс. Сила тя­жести помогает людям и многим животным удерживать вертикальное положение. Геотро­пизм - ростовые движения органов расте­ний под влиянием силы земного тяготения - обусловливает вертикальное направление стеблей и первичного корня. Недаром грави­тационная биология, возникшая в эпоху, ког­да человек начал обживать мир без тяжес­ти - Космос, включает растения в число сво­их экспериментальных объектов. Силу тяжести необходимо учитывать при рассмотрении бук­вально всех процессов в географической обо­лочке. Без учета силы тяжести нельзя рассчи­тать исходные данные для запусков ракет и космических кораблей, невозможна гравимет­рическая разведка рудных полезных ископае­мых и нефтегазоносных структур.

Министерство образования и науки

Российский Государственный Университет

нефти и газа имени И.М.Губкина

Кафедра геологии

Курсовая работа

НА ТЕМУ: Геофизические поля Земли

тепловой поле магнитный зондирование

Введение

Тепловое поле Земли

1 Параметры теплового поля Земли

2 Применение терморазведки

Поле силы тяжести

1 Параметр поля силы тяжести

2 Интерпретация и задачи, решаемые гравиметрической разведкой

3 Применение гравиметрической разведки

Магнитное поле Земли

1 О происхождении магнитного поля Земли

2 Главные элементы магнитного поля

3 Магнитометрическая, или магнитная, разведка

4 Намагниченность горных пород и их магнитные свойства

5 Применение магниторазведки для картирования, поисков и разведки полезных ископаемых

Электромагнитное поле Земли

1 Электромагнитные поля

2 Электромагнитные свойства горных пород

3 Электромагнитная разведка

4Особенности применения электромагнитных зондирований

Список литературы

тепловой поле магнитный зондирование

Введение

Геофизика - комплекс наук, исследующих физическими методами строение Земли. Геофизика в широком смысле изучает физику твердой Земли (земную кору, мантию, жидкое внешнее и твердое внутреннее ядро), физику океанов, поверхностных вод суши (озёр, рек, льдов) и подземных вод, а также физику атмосферы (метеорологию, климатологию, аэрономию).

К геофизическим полям относятся:

Тепловое поле земли.

Поле силы тяжести.

Магнитное поле Земли.

Электромагнитное поле Земли.

1. Тепловое поле Земли

Земля относится к группе холодных небесных тел. В космическое пространство она излучает меньше энергии, чем получает извне. На ее поверхность воздействует огромный энергетический поток, поступающий от Солнца. По данным М.Д.Хуторского, он составляет 5,5 *10 24 Дж в год, что в 10 тыс. раз больше собственного теплового поля Земли. Около 40% этой энергии отражается в космическое пространство. Лишь 2% энергии идет на разрушение горных пород.

О том, что в недрах Земли температура значительно выше, чем в приповерхностном слое, ученые знали давно, основываясь на таких фактах, как вулканическая деятельность, наличие гидротермальных источников. Все это свидетельствует о собственных энергетических ресурсах Земли.

.1 Параметры теплового поля Земли

А) геотермический градиент.

Б) геотермическая ступень.

В) коэффициент теплопроводности.

Г) теплоемкость.

Д) плотность теплового потока.

Е) величина теплогенерации.

Геотермический градиент характеризует изменение температуры горных пород на единицу расстояния. В зависимости от того, изменяется температура по площади или в вертикальном разрезе, выделяют горизонтальный и вертикальный геотермический градиент.

Величина обратная геотермическому градиенту называется геотермической ступенью. Она характеризует длину интервала пород, в пределах которого температура повышается на один градус.

По данным Б.Гуттенберга, геотермический градиент в разных точках земного шара отличается. Его максимальное значение более чем в 15 раз превосходит минимальное, что свидетельствует о различной эндогенной активности регионов и разной теплопроводности слагающих их горных пород.

Способность пород проводить тепло характеризует коэффициент теплопроводности (К), который равен количеству тепла, переносимого через единицу поверхности за единицу времени при градиенте температур, равном единице.

Наиболее полную характеристику тепловому полю дает плотность теплового потока, который равен произведению геотермического градиента на коэффициент теплопроводности.

В среднем на планете плотность теплового потока составляет 75 мВт/мм, не отличаясь значительно для континентов и океанов. Отклонения теплового потока от средних значений получили название аномалий, которые делятся на региональные и локальные.

.2 Применение терморазведки

В различных природных условиях получаемые геотермические профили и карты служат для оконтуривания многолетнемерзлых и талых горных пород с различными тепловыми свойствами; изучения динамики подземных вод; прогноза приближения забоя выработок обводненным зонам и решения других задач.

2. Поле силы тяжести

.1 Параметр поля силы тяжести

Основным измеряемым параметром в поля силы тяжести является ускорение свободного падения g, которое определяется либо абсолютно, либо относительно.

Гравиметрическая или гравитационная разведка (сокращенно гравиразведка) - это геофизический метод исследования земной коры и разведки полезных ископаемых, основанный на изучении распределения аномалий поля силы тяжести Земли вблизи земной поверхности, акваториях, в воздухе. Поле силы тяжести обусловлено в основном Ньютоновским притяжением Землей всех тел, обладающих массой. Так как Земля сферически неоднородна, да еще вращается, то поле силы тяжести на земной поверхности непостоянно. Изменения эти малы и требуют высокочувствительных приборов для их изучения. Основными измеряемыми параметрами гравитационного поля являются ускорение силы тяжести и градиенты (изменения ускорения по разным направлениям). Величины параметров поля силы тяжести зависят, с одной стороны, от причин, обусловленных притяжением и вращением Земли (нормальное поле), а с другой стороны - от неравномерности изменения плотности пород, слагающих земную кору (аномальное поле). Эти две основные причины изменения силы тяжести на Земле послужили основой двух направлений гравиметрии: геодезической гравиметрии и гравитационной разведки.

.2 Интерпретация и задачи, решаемые гравиметрической разведкой

В результате гравиразведки получаются карты и графики аномалий Буге ∆, на которых выделяются латеральные плотностные неоднородности горных пород, залегающих на разных глубинах. Положительным аномалиям соответствуют более плотные, а отрицательным - менее плотные породы, но всегда они представляют собой суперпозицию гравитационных полей, обусловленных аномалосоздающими объектами разных по глубине структурных этажей.

Интерпретация данных гравиразведки бывает качественной и количественной и сопровождается геологическим истолкованием результатов. При качественной интерпретации выделение аномалий ведется визуально или статистическими приемами. При количественной, расчетной интерпретации определяются местоположение эпицентров (проекции на земную поверхность) аномалосоздающих объектов, глубины залегания их центров, формы, размеры, избыточные плотности.

.3 Применение гравиметрической разведки

Гравиразведка применяется для решения широкого круга задач, связанных с исследованием глубинного строения Земли, по крайней мере, верхней мантии и земной коры, с региональным тектоническим районированием суши и океанов, поисково-разведочными работами на многие полезные ископаемые, изучением геологической среды.

Так же гравиразведка применяется для поисков и разведки нефтяных структур, угольных бассейнов, рудных и нерудных полезных ископаемых.

Рассмотрим краткую характеристику этих областей применения гравиразведки. Гравиразведка применяется для разведки следующих нефтяных структур: соляных куполов, антиклинальных складок, рифтовых массивов, куполовидных платформенных структур.

Наиболее благоприятны для разведки соляные купола, поскольку соль отличается низкой плотностью (ρ=2,1г/см 3) по сравнению с окружающими породами и резкими крутыми склонами. Соляные купола, находящиеся в Урало-Эмбенском районе, Днепрово-Донецкой впадине и других районах, выделяются изометрическими интенсивными отрицательными аномалиями, по которым можно судить не только об их местоположении и форме, но и о глубине залегания.

Антиклинальные складки выделяются вытянутыми изолиниями аномалий чаще положительного, реже отрицательного знака в зависимости от плотности пород, залегающих в ядре складок. Интерпретация результатов качественная, изредка количественная.

Многие месторождения нефти и газа приурочены к рифтовым массивам, но разведка последних методом гравиразведки является задачей нелегкой. Для разведки рифтовых известняков среди осадочных терригенных пород используется анализ как региональных, так и локальных аномалий, причем рифтовые известняки выделяются, как правило, положительными аномалиями.

Высокоточная гравиразведка применяется для изучения режима эксплуатации месторождений нефти и газа, а также подземных газохранилищ. В связи с разведкой угольных месторождений гравиметрия применяется как для определения границ угольного бассейна, так и для непосредственных поисков отдельных месторождений и пластов угля, отличающихся низкой плотностью (ρ≤2г/см 3).

Гравиразведка применяется в комплексе с другими геофизическими методами и для разведки рудных и нерудных ископаемых, причем она привлекается как для крупномасштабного картирования и выявления тектонических зон и структур, благоприятных залеганию тех или иных ископаемых, так и для непосредственных поисков и разведки месторождений. Поэтому для их обнаружения гравиразведка с успехом применяется.

3. Магнитное поле Земли

.1 О происхождении магнитного поля Земли

Происхождение магнитного поля Земли пытаются объяснить различными причинами, связанными с внутренним строением Земли. Наиболее достоверной и приемлемой гипотезой, объясняющей магнетизм Земли, является гипотеза вихревых токов в ядре. Эта гипотеза основана на том установленном геофизическом факте, что на глубине 2900 км под мантией (оболочкой) Земли находится "жидкое" ядро с высокой электрической проводимостью. Благодаря так называемому гиромагнитному эффекту и вращению Земли во время ее образования могло возникнуть очень слабое магнитное поле. Наличие свободных электронов в ядре и вращение Земли в таком слабом магнитном поле привело к индуцированию в ядре вихревых токов. Эти токи, в свою очередь, создают (регенерируют) магнитное поле, как это происходит в динамомашинах. Увеличение магнитного поля Земли должно привести к новому увеличению вихревых потоков в ядре, а последнее - к увеличению магнитного поля и т.д. Процесс подобной регенерации длится до тех пор, пока рассеивание энергии вследствие вязкости ядра и его электрического сопротивления не скомпенсируется добавочной энергией вихревых токов и другими причинами.

.2 Главные элементы магнитного поля

В любой точке земной поверхности существует магнитное поле, которое определяется полным вектором напряженности T. Вдоль вектора T устанавливается подвешенная у центра тяжести магнитная стрелка. Проекция этого вектора на горизонтальную поверхность и вертикальное направление, а также углы, составленные этим вектором с координатными осями, носят название главных элементов магнитного поля (рис. 1).

Если ось х прямоугольной системы координат направить на географический север, ось у - на восток, а ось z - по отвесу вниз, то проекция полного вектора T на ось z называется вертикальной составляющей и обозначается z. Проекция полного вектора T на горизонтальную плоскость называется горизонтальной составляющей (H). Направление H совпадает с магнитным меридианом. Проекция H на ось х называется северной (или южной) составляющей; проекция H на ось y называется восточной (западной) составляющей. Угол между осью х и составляющей H называется склонением и обозначается D. Принято считать восточное склонение положительным, западное - отрицательным. Угол между вектором T и горизонтальной плоскостью называется наклонением и обозначается J. При наклоне вниз северного конца стрелки наклонение называется северным (или положительным), при наклоне южного конца стрелки - южным (или отрицательным). Взаимосвязь полученных элементов магнитного поля Земли выражается с помощью формул:

Семь элементов земного магнитного поля можно выразить через любые три составляющие. При магнитной разведке измеряют лишь одну-две составляющие поля (как правило, Z, H или T).

Рис. 1. Элементы земного магнитного поля

Распределение значений элементов магнитного поля на земной поверхности обычно изображается в виде карт изолиний, т.е. линий, соединяющих точки с равными значениями того или иного параметра. Изолинии склонения называются изогонами, изолинии наклонения - изоклинами, изолинии H или Z - соответственно изодинамами H или Z. Карты строят на 1 июля и называют их картами эпохи такого-то года. Например, на рис.2 приведена карта эпохи 1980 г.

Рис. 2 Полная напряженность магнитного поля Земли для эпохи 1980 г. Изолинии Т проведены через 4 мкТл (из книги П.Шарма "Геофизические методы в региональной геологии")

3.3 Магнитометрическая, или магнитная, разведка

(сокращенно магниторазведка) - это геофизический метод решения геологических задач, основанный на изучении магнитного поля Земли. Магнитные явления и наличие у Земли магнитного поля были известны человечеству еще в глубокой древности. Так же давно эти явления использовались людьми для практической деятельности (например, применение компаса). Со второй половины ХIX в. измерение напряженности магнитного поля проводилось для поисков магнитных руд.

От других методов геофизики магниторазведка отличается наибольшей производительностью (особенно аэромагниторазведка). Магниторазведка является наиболее эффективным методом поисков и разведки железорудных месторождений.

.4 Намагниченность горных пород и их магнитные свойства

Региональные и локальные магнитные аномалии зависят от интенсивности намагничения пород J как современным (индуцированная намагниченность J i), так и древним (остаточная намагниченность J r) магнитными полями, т.е. это векторная сумма J=J i +J r . Индуцированная намагниченность любого образца породы равна J i =kT, где k (каппа) - его магнитная восприимчивость, а T - полный вектор постоянного геомагнитного поля. Однако этот же образец несет в себе информацию о той намагниченности, которая существовала в момент образования породы и сложным образом менялась до настоящего времени. Ее называют остаточной (J r). Вместе с отношением Q=J r /J i остаточная намагниченность количественно характеризует свойство породы сохранять или менять намагниченность за весь свой возраст, может быть, составляющий многие миллионы лет.

Примером материалов и руд, обладающих сильным магнитным полем даже при экранировке от земного магнитного поля, являются искусственные магниты или естественные образцы магнетита, у которых намагниченность устойчива за счет остаточной.

.5 Применение магниторазведки для картирования, поисков и разведки полезных ископаемых

Поиски и разведка железорудных месторождений - задача, лучше всего решаемая магниторазведкой. Исследования начинаются с проведения аэромагнитных съемок масштаба 1: 100 000. Железорудные месторождения выделяются очень интенсивными (сотни и тысячи гамм) аномалиями Z(T). Детализация аномалий проводится наземной съемкой. При этом ведется не только качественная, но и количественная интерпретация, т.е. оценивается глубина залегания магнитных масс, простирания, падения, размеры железосодержащих пластов, а иногда по интенсивности намагничения даже качество руды.

Наиболее благоприятны для разведки магнетитовые руды, менее интенсивными аномалиями выделяются гематитовые месторождения.

4. Электромагнитное поле Земли

.1 Электромагнитные поля

К естественным переменным электромагнитным полям относятся квазигармонические низкочастотные поля космической (их называют магнитотеллурическими) и атмосферной (грозовой) природы ("теллурики" и "атмосферики").

Происхождение магнитотеллурических полей объясняется воздействием на ионосферу Земли потока заряженных частиц, посылаемых космосом (в основном, корпускулярным излучением Солнца). Вызываемые разной активностью Солнца и солнечным ветром периодические (11-летние), годовые, суточные вариации магнитного поля Земли и магнитные бури создают возмущения в магнитосфере и ионосфере. Вследствие индукции в Земле и возникают магнитотеллурические поля. В целом эти поля инфранизкой частоты (от 10 -5 до 10 Гц). В теории показано, что на таких частотах скин-эффект проявляется слабо, поэтому магнитотеллурические поля проникают в Землю до глубин в десятки и первые сотни километров. Наиболее устойчивыми, постоянно и повсеместно существующими в утренние и дневные часы, особенно летом и в годы повышенной солнечной активности являются короткопериодичные колебания (КПК) с периодом от единиц до ста секунд. Поля иных периодов наблюдаются реже.

Измеряемыми параметрами являются электрические (E x ; E y) и магнитные (H x ; H y ; H z) составляющие напряженности магнитотеллурического поля. Их амплитуды и фазы зависят, с одной стороны, от интенсивности вариации теллурического и геомагнитного полей, а с другой, от удельного электрического сопротивления пород, слагающих геоэлектрический разрез.

По измеренным взаимно перпендикулярным электрическим и магнитным составляющим можно рассчитать \rho однородного полупространства (нормальное поле) с помощью следующей формулы, полученной в теории электроразведки:

где T - период колебания, α - коэффициент размерности. Он равен 0,2, если T измерено в с, E x в мВ/км, H в нанотеслах (нТл), ρ в Ом*м. Над неоднородной средой полученное по этой формуле УЭС называется кажущимся (КС или ρ z).

Происхождение естественных переменных полей атмосферной природы связано с грозовой активностью. При каждом ударе молнии в Землю (по всей поверхности Земли в среднем ежесекундно число молний равно примерно 100) возбуждается электромагнитный импульс, распространяющийся на большие расстояния. В целом под воздействием гроз в верхних частях Земли повсеместно и всегда существует слабое грозовое поле, которое называют шумовым. Оно состоит из периодически повторяемых импульсов (цугов), носящих квазисинусоидальный характер с преобладающими частотами от 10 Гц до 10 кГц и напряженностью по электрической составляющей в доли мВ/м.

Средний уровень поля "атмосфериков" подвержен заметным суточным и сезонным вариациям, т.е. вектора напряженности электрической (E) и магнитной (H) составляющих не остаются постоянными по амплитуде и направлению. Однако средний уровень напряженности (E ср, H ср) за время в течение десятка секунд зависит от удельного электрического сопротивления слоев геоэлектрического разреза, над которым ведутся наблюдения. Таким образом, измеряемыми параметрами "атмосфериков" являются различные составляющие E ср и H ср.

4.2 Электромагнитные свойства горных пород

К основным электромагнитным свойствам горных пород относятся: удельное электрическое сопротивление (ρ), электрохимическая активность (α), поляризуемость (ƞ), диэлектрическая (ɛ) и магнитная (µ) проницаемости. Параметрами ρ, ɛ, µ, а также частотой поля определяется коэффициент поглощения поля средой.

4.3 Электромагнитная разведка

(точнее электромагнитная разведка) объединяет физические методы исследования геосфер Земли, поисков и разведки полезных ископаемых, основанные на изучении электрических и электромагнитных полей, существующих в Земле либо в силу естественных космических, атмосферных, физико-химических процессов, либо созданных искусственно.

Электромагнитные свойства геологических сред, вмещающей среды, пластов, объектов, а также геометрические параметры последних служат основой для построения геоэлектрических разрезов. Геоэлектрический разрез над однородным по тому или иному электромагнитному свойству полупространством принято называть нормальным, а над неоднородным - аномальным. На выделении аномалий и основана электроразведка.

Вследствие многообразия используемых полей, их частотно-временных спектров, электромагнитных свойств горных пород электроразведка отличается от других геофизических методов большим количеством методов (свыше 50). По физической природе их можно сгруппировать в методы естественного переменного электромагнитного поля, поляризационные (геоэлектрохимические), сопротивлений, индукционные низкочастотные, высокочастотные, сверхвысокочастотные, биогеофизические.

4.4 Особенности применения электромагнитных зондирований

Несмотря на то, что все методы электромагнитных зондирований предназначены для расчленения горизонтально и полого слоистых сред, их геологические возможности разные и зависят, прежде всего от проектируемой глубинности и решаемых задач.

С помощью электромагнитного зондирования решаются следующие задачи:

ü определение мощности и состава покровных и коренных осадочных отложений, глубины залегания фундамента, что очень важно для структурно-геологического объемного картирования;

ü оценка геометрических параметров и физических свойств массивов горных пород, представляющих большой интерес для инженерно-геологического, мерзлотно-гляциологического, гидрогеологического картирования;

ü поиски пластовых, как правило, нерудных полезных ископаемых. При структурных исследованиях на суше и морях до глубин 5 - 10 км.

5. Вывод

На основе исследуемого материала, можно сделать вывод, что геофизические поля Земли широко используются при изучении геологического строения отдельных участков земной коры, поисков и разведки месторождений полезных ископаемых.

6. Список литературы

1. Геофизические методы исследования / Под ред. В.К.Хмелевского. - М.: Недра, 1988.

Геофизические методы исследования скважин. Справочник геофизика. - М.: Недра, 1883.

Бондаренко В.М., Демура Г.В., Ларионов А.М. Общий курс геофизических методов разведки. - М.: Недра, 1986.

Гравиразведка. Справочник геофизика. - М.: Недра, 1990.

Магниторазведка. Справочник геофизика. - М.: Недра, 1990.

Сейсморазведка. Справочник геофизика в двух книгах. - М.: Недра, 1990.

Электроразведка. Справочник геофизика в двух книгах. - М.: Недра, 1989.

Шарма П. Геофизические методы в региональной геологии. - М.: Мир, 1989.

Вокруг земного шара помимо гидросферы* и атмосферы* сконцентрированы еще физические поля. Так называются особые формы материи, отличные от твердых, жидких и газообразных тел, но объединенные свойством создавать условия для взаимодействия на расстоянии источника поля и какого-либо объекта (например, частицы тела, жидкости или газа). Естественно, что эти взаимодействия передаются с некоторой конечной скоростью. Земля имеет два физических поля: гравитационное и магнитное.

Гравитационное поле Земли подчиняется закону всемирного тяготения. Последний был установлен И.Ньютоном в 1747 году и выражает всеобщее свойство материи, состоящее в том, что сила взаимного притяжения двух материальных точек пропорциональна произведению масс этих точек, деленному на квадрат расстояния между ними. Коэффициент пропорциональности называется гравитационной постоянной. Математически эта сила выражается формулой

где G - сила тяготения, f - гравитационная постоянная, f ~ 6,673*10-11 м3с-2кг-1, M - масса источника тяготения, m - масса тяготеющей точки, r - расстояние между источником тяготения и тяготеющей точкой.

Для случая гравитационного поля какого-либо большого небесного тела (например, Земли) формулу, выражающую закон всемирного тяготения, удобно записывать в виде

где - постоянная тяготения рассматриваемого небесного тела, = f M. В частности, для Земли = 3,986*1014 м3c-2, Луны - 4,890*1012 м3c-2, Солнца - 1,321*1020 м3c-2.

Если рассматривается тяготеющая точка, которая находится на поверхности небесного тела (например, Земли), то последнюю формулу записывают в виде

где g - ускорение свободно падающей материальной точки, g = /r2. Если вычислить величину g, исходя из среднего значения радиуса Земли r = 6371 км, то найдем, что g = 9,8 м c-2. Эта хорошо известная физическая постоянная, к сожалению, очень часто называется неверно: ускорение свободного падения, ускорение силы тяготения. Но нет понятия "ускорение движения" (например, падения), как нет и понятия "ускорение силы" (например, силы тяготения).

Существенно, что ускорение свободно падающей (т.е. падающей в вакууме) материальной точки зависит от места его определения на поверхности Земли. В каждом конкретном случае эту величину можно найти только экспериментально. Если же необходимо ее вычислить, то можно пользоваться приближенной формулой

g = 9,7805 (1 - h/r)2 (1 + 0,0053 Sin),

где h - высота нахождения точки над поверхностью Земли,

r - расстояние между центром Земли и точкой,

Широта места.

Например, для широты Санкт-Петербурга (= 60o), для точки, находящейся на поверхности Земли, (h=0) из последней формулы получим g = 9,819 м c-2.

Одним из самых удивительных свойств гравитационного поля является его всепроницаемость: отгородиться от его воздействия невозможно; оно действует на любой материальный объект и проникает через любой экран. Другим свойством гравитационного поля является то, что его действие, непрерывно убывая, простирается практически на неограниченные расстояния.

Наличие у Земли гравитационного поля является одним из необходимейших условий существования жизни не ней: оно удерживает атмосферу и Мировой океан от их рассеяния в космосе; оно притягивает к поверхности Земли людей, животных и все другие материальные объекты; оно направляет течение рек и создает на поверхности водоемов выталкивающие (архимедовы) силы, удерживающие на ней суда и т.п.

Помимо гравитационного поля у Земли есть еще одно поле - магнитное. По сравнению с гравитационным полем оно является достаточно слабым: его средняя величина составляет всего 0,5 эрстеда, в то время как величина поля, создаваемого обычным школьным демонстрационным магнитом, доходит до нескольких десятков эрстед.

Геомагнитное поле похоже на дипольное. Так называется поле магнита, у которого полюсы находятся очень близко друг к другу. Если диполь находится в центре шара, то магнитное поле на его поверхности имеет полюса, расположенные в диаметрально противоположных точках. Магнитные полюса Земли не совпадают с географическими. Магнитная ось нашей планеты наклонена к оси ее вращения на 11,5o. Магнитный полюс в Северном полушарии находится около берегов Северной Америки (71o с.ш., 96o з.д.), а полюс в Южном полушарии - около берегов Антарктики (70o ю.ш., 150o в.д.). Таким образом, магнитные полюса Земли не находятся в диаметрально противоположных точках земного шара, а магнитная ось не только не совпадает с осью вращения Земли, но и не проходит через ее центр. Величина геомагнитного поля на полюсах примерно в два раза больше, чем на экваторе, причем величина поля в Северном полушарии несколько больше, чем в Южном.

Действие магнитных сил в околоземном пространстве и на доступных глубинах внутри Земли обнаруживается: моментом сил, приложенным к свободно подвешенным магнитным стрелкам; электродвижущей силой (эдс), индуцируемой во вращающихся витках проводника; отклоняющим действием, испытываемым заряженными частицами космического излучения; эффектом поляризации радиоволн и др.

Различают два вида источников геомагнитного поля: внутренние и внешние. Первые расположены внутри планеты, вторые - вне ее. Первые создают достаточно постоянное магнитное поле, имеющее небольшие вековые вариации, вторые - намного более слабое, но зато переменное магнитное поле. Поле, создаваемое внутренними источниками, называется главным, а поле, создаваемое внешними источниками, - переменным. Природа и происхождение этих полей различны, но между ними существует глубокая взаимосвязь.

Гравитационное поле Земли с высокой точностью описывается законом всемирного тяготения Ньютона. Ускорение свободного падения над поверхностью Земли определяется как гравитационной, так и центробежной силой, обусловленной вращением Земли.

Магнитное поле над поверхностью Земли складывается из постоянной (или меняющейся достаточно медленно) «главной» и переменной частей; последнюю обычно относят к вариациям магнитного поля. Главное магнитное поле имеет структуру, близкую к дипольной.

Магнитное поле Земли простирается до расстояний трех земных радиусов. Оно приблизительно соответствует полю однородно намагниченного шара с напряженностью поля 55,7 А/м (0,70 Э) у полюсов магнитных Земли и 33,4 А/м (0,42 Э) на магнитном экваторе. Околопланетное пространство Земли физические свойства которого определяются ее магнитным полем и его взаимодействием с потоками заряженных частиц космического происхождения, то есть с солнечным ветром называется Магнитосфера. С дневной стороны она простирается на 8-14 радиусов, с ночной – вытянута на несколько сот радиусов, образуя т. н. магнитный хвост Земли. В магнитосфере находятся радиационные пояса. [Протяженными магнитосферами обладают Юпитер и Сатурн. Магнитосферы Меркурия, Венеры, Марса ярко не выражены.]

Магнитные полюсы – это точки на земной поверхности, где магнитная стрелка располагается по вертикали, т. е. где магнитный компас неприменим для ориентировки по странам света. Их положение постоянно меняется в пространстве. В настоящее время они не совпадают с географическими южный магнитный полюс находится в Антарктиде, у побережья Тихого океана, а северный – в Канаде в Канадском арктическом архипелаге. За геологические промежутки времени, по палеомагнитным данным, обнаруживаются даже магнитные инверсии, то есть обращения полярности. В магнитных полюсах сходятся магнитные меридианы – проекции силовой линии геомагнитного поля на поверхность Земли.

У магнитного поля Земли наблюдаются вековые, суточные и нерегулярные изменения (вариации), в т. ч. магнитные бури. Это сильные возмущения магнитного поля, которые могут длиться несколько суток и вызываются воздействием усиленных потоков солнечной плазмы (солнечного ветра) на магнитосферу Земли.

Электрическое поле над поверхностью Земли в среднем имеет напряженность около 100 В/м и направлено вертикально вниз – это так называемое «поле ясной погоды», но это поле испытывает значительные (как периодические, так и нерегулярные) вариации.

Строение Земли имеет ряд географических следствий

• внутренние процессы, происходящие в недрах Земли являются одним из важных источников энергии поступающей в географическую оболочку;
• плотность Земли определяет силу земного притяжения, которая обеспечивает сохранность водной и воздушной оболочек;
• взаимодействия оболочек Земли обусловили возникновение комплексной географической оболочки с таким ее важным компонентом, как живое вещество;
• сферическая форма оболочек обуславливают бесконечность и единство пространства.

Земля - это гигантский магнит, вокруг которого образуется магнитное поле. Магнитные полюса Земли не совпадают с истинными географическими полюсами - северным и южным. Силовые линии, идущие от одного магнитного полюса к другому, называются магнитными меридианами. Между магнитным и географическим меридианом образуется некоторый угол (около 11,5°), называемый магнитным склонением. Поэтому намагниченная стрелка компаса точно показывает направление магнитных меридианов, а направление на северный географический полюс - лишь приблизительно.

Свободно подвешенная магнитная стрелка располагается горизонтально только на линии магнитного экватора, который не совпадает с географическим. Если двигаться к северу от магнитного экватора, то северный конец стрелки будет постепенно опускаться. Угол, образованный магнитной стрелкой и горизонтальной плоскостью, называют магнитным наклонением. На Северном магнитном полюсе (77° с.ш. и 102° з.д.) свободно подвешенная магнитная стрелка установится вертикально северным концом вниз, а на Южном магнитном полюсе (65° ю.ш. и 139° в.д.) её южный конец опустится вниз. Таким образом, магнитная стрелка показывает направление силовых линий магнитного поля над земной поверхностью.

Считается, что постоянное магнитное поле наша планета генерирует сама. Оно образуется из-за сложной системы электрических токов, возникающих при вращении Земли и перемещении жидкого вещества в её внешнем ядре. Положение магнитных полюсов и распределение магнитного поля по земной поверхности со временем меняются. Магнитное поле Земли простирается до высоты около 100 тыс. км. Оно отклоняет или захватывает частицы солнечного , губительные для всех живых организмов. Эти заряженные частицы образуют радиационный пояс Земли, а вся область околоземного пространства, в которой они находятся, называют магнитосферой.

Солнце посылает к Земле огромный поток энергии, состоящий из электромагнитного излучения (видимого света, инфракрасного и радиоизлучения); ультрафиолетового и рентгеновского излучений; солнечных космических лучей, возникающих только во время очень сильных вспышек; и солнечного ветра - постоянного потока плазмы, образованного главным образом протонами (ионы водорода).
Электромагнитное излучение Солнца приходит к Земле через 8 мин., а потоки частиц, приносящие основную часть возмущения от Солнца, двигаются со скоростью около 1000 км/с и задерживаются на двое-трое суток. Основной причиной возмущений солнечного ветра, существенно влияющих на земные процессы, являются грандиозные выбросы вещества из короны Солнца. При движении к Земле они превращаются в магнитные и приводят к сильным, иногда экстремальным возмущениям на Земле. Особенно сильные возмущения магнитного поля Земли - магнитные бури - нарушают радиосвязь, вызывают интенсивные полярные сияния.

Магнитные аномалии

В некоторых районах планеты наблюдаются отклонения магнитного склонения и магнитного наклонения от средних значений для данной территории. Например, в Курской области в районе месторождения железной руды напряжение магнитного поля в 5 раз выше, чем среднее для этого района. Месторождение так и называется - Курская магнитная аномалия. Иногда подобные отклонения наблюдаются на обширных площадях. Восточно-Сибирская магнитная аномалия характеризуется западным магнитным склонением, а не восточным.

Поиск по сайту.