§ 129. Элементы земного магнетизма. Так как магнитные и географические полюсы Земли не совпадают, то магнитная стрелка указывает направление север — юг только прибли-

Рис. 229. Положение магнитной стрелки относительно стран света: а) в местах с восточным магнитным склонением; б) в местах с запад­ным магнитным склонением

зительно. Плоскость, в которой устанавливается магнитная стрелка, называют плоскостью магнитного меридиана дан­ного места, а прямую, по которой эта плоскость пересе­кается с горизентальной плоскостью, называют магнитным меридианом. Угол между направлениями магнитного и

географического меридианов называют магнитным скло­нением', его принято обозначать греческой буквой <р. Маг­нитное склонение изменяется от места к месту на земном шаре.

Магнитное склонение называют западным или восточным в зависимости от того, к западу {W) или к востоку (О) от плоскости географического меридиана отклоняется север­ный полюс магнитной стрелки (рис. 229). Шкала измерения склонения — от 0 до 180°. Часто восточное склонение отмечают знаком «+», а западное знаком «—».

стрелка, укрепленная в карда новом подвесе, устанавливается по на­правлению магнитной индукции земного маг­нитного поля

Из рис. 228 видно, что линии земного магнитного поля, вообще говоря, не параллельны поверхности Земли. Это означает, что магнитная индукция поля Земли не лежит в плоскости горизонта данного места, а образует с этой плоскостью некоторый угол. Этот угол называется магнит­ным наклонением. Магнитное накло­нение часто обозначают буквой i. В разных местах Земли магнитное наклонение различно.

земного магнитного поля на горизонталь­ную и вертикальную составляющие

Очень ясное представление о направлении магнитной индукции земного магнитного поля в данной точке можно получить, укрепив магнитную стрелку так, чтобы она могла свободно вращаться и вокруг вертикальной и вокруг гори­зонтальной оси. Это можно осуществить, например, с помощью подвеса (так называемого карданова подвеса), показанного на рис. 230. Стрелка устанавливается при этом по направлению магнитной индукции поля.

Магнитное склонение и магнитное наклонение (углы <р и i) полностью определяют направление магнитной индук­ции земного магнитного поля в данном месте. Остается еще определить числовое значение этой величины. Пусть пло­скость Р на рис. 231 представляет собой плоскость магнит­ного меридиана данного места. Лежащую в этой плоскости магнитную индукцию земного магнитного поля В мы можем разложить на две составляющие: горизонтальную В_т и вертикальную В_в. Зная угол i (наклонение) и одну из составляющих, мы можем легко вычислить другую состав-

ляющую или сам вектор В. Если, например, нам известен модуль горизонтальной состав­ляющей В_Г, то из прямоуголь­ного треугольника находим

' На практике оказывается наиболее удобным непосред­ственно измерять именно го­ризонтальную составляющую земного, магнитного поля. По­этому чаще всего магнитную индукцию этого поля в том или ином месте Земли характе­ризуют модулем ее горизон­тальной составляющей.

Рис. 232. К упражнению 129.2 Таким образом, три вели-

чины: склонение, наклонение и

числовое значение горизонтальной составляющей полностью характеризуют магнитное поле Земли в данном месте. Эти три величины называют элементами земного магнитного поля.

4 129.1. Угол наклонения магнитной стрелки равен 60°. Если к ее

• верхнему концу прикрепить гирьку массы 0,1 г, то стрелка уста­новится под углом 30° к горизонту. Какую гирьку нужно прикре­пить к верхнему концу этой стрелки, чтобы стрелка стала гори­зонтально?

2. На рис. 232 изображен инклинатор, или буссоль наклоне­ний,— прибор, служащий для измерения магнитного наклонения. Он представляет собой магнитную стрелку, укрепленную на го­ризонтальной оси и снабженную вертикальным разделенным кру­гом для отсчета углов наклонения. Стрелка всегда вращается в плоскости этого круга, но сама эта -плоскость может поворачи­ваться вокруг вертикальной оси. При измерении наклонения круг устанавливается в плоскости магнитного меридиана.

Покажите, что, если круг инклинатора установлен в пло­скости магнитного меридиана, то стрелка установится под углом к плоскости горизонта, равным наклонению земного магнитного поля в данном месте. Как будет изменяться этот угол, если мы будем поворачивать круг инклинатора вокруг вертикальной оси? Как установится стрелка, когда плоскость круга инклинатора -будет перпендикулярна к плоскости магнитного меридиана?

3. Как будет вести себя компасная стрелка, помещенная над одним из земных магнитных полюсов? Как будет вести себя там стрелка наклонения?

Точное знание величин, характеризующих земное маг­нитное поле, для возможно большего числа пунктов на Земле имеет чрезвычайно важное значение. Ясно, напри­мер, что, для того чтобы штурман корабля или самолета мог пользоваться магнитным компасом, он должен в каж­дой точке своего пути знать магнитное склонение. Ведь компас указывает ему направление магнитного меридиана, а для определения курса корабля он должен знать направ­ление географического меридиана.

Склонение дает ему ту поправку к показаниям компаса, которую необходимо внести, чтобы найти истинное направ­ление север — юг. Поэтому с середины прошлого века во многих странах ведется систематическое изучение земного магнитного поля. Свыше 50 специальных магнитных обсер­ваторий, распределенных по всему земному шару, система­тически, изо дня в день, ведут магнитные наблюдения.

В настоящее время мы имеем обширные данные о рас­пределении элементов земного магнетизма по земному шару. Данные эти показывают, что элементы земного магнетизма изменяются от точки к- точке закономерно и в общем определяются широтой и долготой данного пункта.

§ 130. Магнитные аномалии и магнитная разведка полезных ископаемых. На земном шаре встречаются местности, в ко­торых магнитные элементы изменяются очень резко и имеют значения, сильно отличающиеся от соответствующих значений в соседних местностях. Такие области называются областями магнитной аномалии.

Причиной магнитной аномалии в большинстве случаев является наличие под поверхностью Земли больших масс магнитной железной руды. Поэтому изучение магнитной аномалии может дать ценные указания о наличии и рас­положении этих залежей. Одной из самых больших и хоро­шо изученных магнитных аномалий является Курская маг­нитная аномалия, исследованная под руководством совет­

ского физика Петра Петровича Лазарева (1878—1942). Здесь ■были обнаружены огромные залежи железной руды.

Детальное изучение магнитного поля Земли представля­ет собой мощное орудие исследования скрытых в недрах Земли богатств. Магнитная разведка является в настоящее время одним из очень важных и широко применяемых геофизических методов разведки полезных ископаемых.

§131. Изменение элементов земного магнетизма с течением времени. Магнитные бури. Элементы земного магнетизма в каждой точке земного шара в течением времени медленно изменяются. В некоторых европейских магнитных обсерва­ториях уже имеются наблюдения за 300—400 лет, и можно довольно ясно представить себе закон, по которому проис­ходят эти медленные, или, как говорят, вековые изменения земного магнитного поля.

Однако, помимо этого векового изменения земного маг­нитного поля, элементы земного магнетизма еще немного изменяются периодически в течение суток и в течение года. Эти изменения, носящие название суточного и годового хода земного магнетизма, невелики.

Все эти периодические изменения магнитного поля проис­ходят довольно плавно. Однако время от времени случается, что магнитное поле Земли сразу, в течение нескольких часов, изменяется очень сильно. Это явление носит название магнитной бури' или магнитного возмущения. Магнитная буря продолжается обычно от 6 до 12 часов, а затем элементы земного магнетизма постепенно возвращаются к своим нормальным значениям. Магнитные бури во время равноденствий случаются чаще, чем в другие времена года.

Число и интенсивность магнитных бурь в разные годы различны. Периоды максимума магнитных бурь повто­ряются с промежутком в 11,5 года. После каждого такого периода число бурь постепенно уменьшается, достигает минимума и затем начинает снова повышаться до максиму­ма. Ряд других явлений: число полярных сияний, число солнечных пятен, некоторые явления, связанные с распро­странением радиоволн и др., также имеют периодичность в 11,5 года. В настоящее время можно считать установлен­ным, что эти совпадения не случайны, а указывают на внутреннюю связь упоминаемых явлений (§ 137).