Вариации геомагнитного поля

Вариациями геомагнитного поля называют его изменения во времени. Факт существования этих изменений был установлен в начале XVII века. Вариации изучают непрерывными измерениями элементов поля в магнитных обсерваториях и проведением повторных наблюдений через некоторый интервал времени в одних и тех же точках - опорных пунктах.

Частотный состав вариаций характеризуется колебаниями с продолжительностью периодов от долей секунды до 10000 лет.

Вариации делят на вековой ход, периодические вариации, короткопериодные колебания, бухтообразные возмущения и магнитные бури.

Вековым ходом, или вековыми вариациями (ВВ), называют непрерывные, относительно медленные изменения элементов поля.

Количественная оценка ВВ определяется средней величиной приращения среднегодового значения того или иного элемента за один год. Изменения геомагнитного поля, связанные с ВВ. характеризуются относительно большой интенсивностью. Например, в Лондоне магнитное склонение в 1580 году было восточным и равным +11°. Со временем оно постепенно уменьшалось и в 1820 году оказалось западным и равным -24°. Таким образом, за 240 лет склонение изменилось на 35°. С 1820 года по настоящее время оно увеличивается. Максимальные изменения модуля вектора магнитной индукции и его составляющих в отдельных областях земной поверхности, называемых фокусами векового хода, достигают 150 нТл и более в год. Исследованиями последних десятилетий установлено, что вековые вариации имеют колебательный характер с типичными временами (периодами) от первых десятков (11,4; 20; 60 лет) до десятков и сотен тысяч лет (600, 8000, 300000).

Рис. 3.7. Карта изопор δТ для периода 1970 - 1975 г.г. (изолинии в нТл)

Наиболее изученными являются колебания с периодом 60 лет. Их амплитуда - до 500 нТл. Наблюдаются они на участках земной поверхности с площадями до нескольких тысяч квадратных километров. Со временем они не перемещаются. Существование их связывают с особенностями строения нижней мантии.

Рис.3.8. Солнечно-суточные вариации на широте 60^о: 1 – июнь, 2 – декабрь

(по Г.И. Гринкевичу, 2001).

Рис. 3.9. Графики магнитных вариации на широте 54⁰ (Хакасия):

1 – 1 июня, 2 – 5 июня 2007 г., автоматическая запись через 1 мин.

В отличие от них колебания с периодом 600 лет характеризуются четко выраженным западным дрейфом и закономерным расположением по отношению к материковым аномалиям. Предполагают, что эти колебания, как и материковые аномалии, связаны с одними и теми же процессами в жидком ядре Земли. Выяснилось также, что магнитный момент Земли тоже изменяется с периодом порядка 8000 лет. В течение последних 2000 лет он уменьшается.

Величина векового хода в разных точках поверхности Земли различна. Для учета вековых вариаций строят специальные карты, на которых изолиниями соединяют точки с одинаковой величиной векового хода. Такие карты называют картами изопор (рис. 3.7).

Периодическими вариациями называют регулярно повторяющиеся изменения поля. Их выделяют из наблюдаемых суммарных статистической обработкой данных. По продолжительности периода их делят на годовые, солнечно-суточные и лунно-суточные.

Годовые выявляют сравнением среднемесячных значений элемента со среднегодовым значением. Они имеют амплитуду от 10 до 20-25 нТл.

Солнечно-суточные вариации S отличаются тем, что в точках с одинаковой широтой они одинаковы, если изменения поля относить к местному времени (рис.3.8). Днем их интенсивность больше, чем ночью, летом больше, чем зимой.

Вариации могут сильно искажать результаты магнитных съемок. С появлением высокоточных магнитометров требования к точности учета вариаций резко возросли. Для учета вариаций их во время разведочных магнитных съемок специально записывают (рис. 3.9) и затем в результаты измерений на площади съемки вводят поправки за вариации.

Появилась необходимость оценивать степень возмущенности или активности геомагнитного поля. В действующей инструкции по магниторазведке для этой цели рекомендуют использовать K - индекс. Это - оценка активности по 10-балльной шкале: 0,1,2,...,9. Каждому баллу соответствует определенное наибольшее уклонение одного из элементов T от хода спокойной суточной вариации за трехчасовой промежуток времени.

Солнечно-суточные вариации делят на два вида - вариации в спокойные дни S_q, ив возмущенные дни S_d. Амплитуда вариаций S_q, максимальна летом и достигает нескольких десятков нанотесла. Вариации S_d наблюдаются в дни магнитных бурь.

Лунно-суточные вариации имеют период 12.5 часов. Их амплитуда мала - 3 нТл.

Короткопериодные колебания (КПК) выявлены после появления высокоточных безынерционных магнитометров. Они представляют собой серии или цуги квазисинусоидальных колебаний. КПК делят на регулярные Р_с и нерегулярные (иррегулярные) P_i. По продолжительности периода регулярные делят на шесть групп, иррегулярные - на три группы (табл.2). Результаты измерений при проведении магнитных съемок искажаются, главным образом, пульсациями P_c3, P_c4, P_c5.Пульсации P_c3 наблюдаются почти ежедневно. Их амплитуда - до 1,8 нТл. Амплитуды пульсаций Р_c4 и Р_С5 могут достигать 10-15 нТл и более. Все КПК более интенсивны летом. С возрастанием K-индекса частота их растет.

Бухтообразные возмущения выделены потому, что они, имея правильный характер, не имеют определенного периода, но их нельзя отнести и к апериодическим. Кривая изменений поля на магнитограммах по форме напоминает очертания морской бухты.

Продолжительность такого возмущения от 15-20 мин до двух-трех часов, амплитуда - от 30-40 до сотен нанотесла, наблюдается обычно после захода солнца.

Искажения, вносимые в результаты измерений геомагнитного поля периодическими вариациями, КПК и бухтообразными возмущениями, исключают введением поправок за вариации, снимаемых с магнитограмм.

Магнитными бурями называют интенсивные возмущения геомагнитного поля, охватывающие всю Землю. Считают, что во время бури имеют место: возмущенная солнечно-суточная вариация, апериодическая сторм-тайм вариация идругие иррегулярные вариации. Магнитные бури делят на мировые и полярные.

Типы пульсаций КПК

Таблица 3.3.

Мировые наблюдаются повсюду. В полосе широт ±45° они синфазны. Амплитуда их достигает 2-3 тыс. нТл. Продолжительность - до 2-3 сут. Они повторяются чаще через 27 сут. Полярные наблюдаются в приполярных областях. Наблюдения, выполненные во время магнитных бурь, обычно бракуют.