Магнитные аномалии и аномальные зоны

Магнитные аномалии , отклонение значений магнитного поля на поверхности Земли от его обычных значений, другими словами значений, которые охарактеризовывают геомагнитное поле на местности, значительно превосходящей местность распространения магнитные аномалии. На картах магнитные аномалии изображаются при помощи линий, соединяющих точки с схожим значением какого-нибудь из частей земного магнетизма (склонения - изогоны, наклонения - изоклины, напряжённости одной из частей либо полного вектора - изодинамы).

Магнитные аномалии - области на поверхности Земли, в каких значение и направление вектора магнитного поля Земли значительно отличается от обычных значений геомагнитного поля.

Магнитные аномалии, зависимо от размера местности с аномальными значениями магнитного поля, делятся на континентальные, региональные и локальные.

Геофизическая наука располагает мощными средствами изучения структуры и вещественного состава земной коры, отражающиеся в особенностях геофизических полей. Эти особенности связаны с физической неоднородностью земной коры и верхней мантии в латеральном и радиальном направлениях. Одним из самых наглядных и распространённых способов изображения распределения физических неоднородностей, фиксируемых геофизическими приборами на поверхности Земли, является картографическое изображение изучаемых явлений и объектов.

В каждой точке Земли и околоземного пространства с помощью приборов обнаруживается действие магнитных сил, которые характеризуются величиной силы и направлением её действия. Пространство, в котором обнаруживается действие магнитных сил, называется магнитным полем. Магнитное поле Земли имеет сложную структуру, изучением которой занимается наука магнитометрия. Геомагнитное поле является суммой многих составляющих сил, различных по природе. Отдельные части суммарного геомагнитного поля, природа которых связана с распределением горных пород в земной коре, изучаются с помощью магнитного метода разведки - магниторазведки. Магнитное поле – единственное из геофизических полей, история которого записана на поверхности Земли. Горные породы обладают способностью сохранять намагниченность, приобретённую ими в момент их образования. Распределение магнитного поля на поверхности Земли отражает как структуру главного (нормального) геомагнитного поля, которое генерируется в жидком ядре Земли, так и магнитное поле, создаваемое породами земной коры и верхней мантии, которые приобретают намагниченность под воздействием главного геомагнитного поля.

В России в XVIII – XIX вв. изучением магнитных явлений и магнитными измерениями занимались Н. М. Симонов, М.В. Ломоносов, предложивший организовать в России магнитные обсерватории для стационарного изучения магнитного поля. Д. И. Менделеев был инициатором первых магнитных съёмок для геологических целей на Урале. В 1778–1779 гг. академиком И. Б. Иноземцевым была открыта уникальная Курская магнитная аномалия (КМА). Директор Главной геофизической обсерватории М. А. Рыкачёв был инициатором проведения магнитной съёмки всей территории России для геологических целей по единому плану. Съёмка была начата в 1910 г и продолжалась до 1914 г Так было положено начало наземной магниторазведке. В 1934 г профессор А. А. Логач сконструировал первый в мире прибор, непрерывно измеряющий магнитное поле с самолёта. К настоящему времени аэромагниторазведкой успешно изучена вся территория России.

Изучение функциональных связей между источниками поля и создаваемыми ими аномалиями является одним из основных элементов геологической интерпретации геофизических материалов. Аномальное магнитное поле обусловлено неоднородно намагниченными горными породами, залегающими на разной глубине, и связано в основном с образованиями консолидированной земной коры. Магнитные свойства пород зависят от многих факторов: величины намагничивающего поля, температуры, давления, их вещественного состава, способа и времени намагничивания. Наблюдаемое аномальное магнитное поле, отнесенное к некоторой плоскости над поверхностью Земли, определяемой зависимостью от высоты полета при измерениях с самолета, отражает в основном суммарный эффект от отдельных магнитных источников. Магнитные свойства горных пород обусловлены остаточной и индуктивной намагниченностью. Считается, что остаточная намагниченность горных пород отличается большей неоднородностью как по направлению, так и по величине по сравнению с индуктивной, которая обладает общей однородностью, поскольку ее направление обусловлено направлением главного магнитного поля. Способность горной породы намагничиваться под действием внешнего магнитного поля определяется, как известно, содержанием ферромагнитной фракции.

Аномальное магнитное поле характеризуется структурными и количественными признаками. Структурные признаки, отражающие морфологию поля, - простирание, форма, размеры, протяженность и дифференцированность аномалий; количественные признаки - интенсивность (амплитуда), порядок аномалий (ранжирование по интенсивности), их градиенты. По конфигурации изолиний выделяются аномалии линейные (с вытянутыми в плане очертаниями и четко выраженным преобладанием большой оси - Рязано-Саратовская аномальная зона) и нелинейные, подразделяющиеся на изометрические и неправильные, имеющие сложную конфигурацию.

Аномалии группируются в системы, образуя аномальные области, зоны, полосы, участки и т. д., подразделяющиеся в главных характерных чертах по преобладающему типу аномалий на линейные и мозаичные.

Линейные системы в большинстве случаев представляют собой весьма протяженные, прямолинейные или дугообразные, аномальные зоны и пояса, образующиеся в основном линейными аномалиями. Нередки случаи, когда линейные системы формируются изометрическими и неправильной формы аномалиями, располагающимися цепочками или кулисообразно и вытягивающимися вдоль общего простирания данной аномальной системы. Аномальные зоны зачастую группируются в серии того или другого знака, образуя полосы, что дает право выделять зоны по знаку (положительные и отрицательные), а также делить их на линейные и полосовые. Положительные аномальные зоны имеют, как правило, повышенную (по абсолютному значению) интенсивность напряженности поля по сравнению с интенсивностью сопряженных отрицательных зон (аномальные зоны Анабарского щита).

Наряду с четко выраженной линейностью, в случае, когда изолинии по мере увеличения или уменьшения интенсивности поля повторяют друг друга на большом протяжении и имеют выдержанный поперечный размер, повсеместно встречаются аномальные зоны обоих знаков, расширяющиеся или сужающиеся и состоящие из отдельных аномалий или цепочек аномалий, объединенных общим фоновым значением напряженности поля невысокой интенсивности (аномальные зоны Волго-Камской антеклизы).

Помимо вышеописанных видов зональности поля, встречается зональность кольцевая или почти кольцевая, когда положительные аномалии, зачастую высокой интенсивности, окаймляют по окружности участок отрицательного поля (Оленёкская и Онежская аномалии).

Мозаичные системы образуются преимущественно изометрическими и неправильными по форме аномальными областями и участками, представляющими собой совокупности в основном хаотически расположенных отдельных положительных и отрицательных аномалий различной интенсивности.

Результаты многочисленных исследований закономерностей распределения поля, изучение магнитных свойств горных пород, размеров и форм аномалий показывают, что большая часть аномалий обусловлена широко распространенными, глубоко метаморфизованными породами, гранитоидами, вулканогенными образованиями. Меньшая часть аномалий связана с интрузиями основного, ультраосновного и щелочного составов. В ряде случаев аномалии фиксируются над контактами различно намагниченных объектов, над зонами разрывов, над зонами различной минерализации и т. п.

Анализ структуры поля показывает, что разные его типы соответствуют конкретным тектоническим подразделениям. Линейный тип поля характерен для склонов крупных антиклинальных структур, синклинальных областей и прогибов. Линейные аномалии зачастую обтекают, обрамляют участки мозаичного поля, приуроченного, как правило, к стабилизированным участкам земной коры. Пластовые интрузии диабазов и базальтов при значительной мощности обусловливают линейно вытянутые цепочки аномалий. Зоны разломов, выполненные интрузиями ультраосновного и основного составов, также выделяются аномальными зонами.

Аномальное магнитное поле Арктического шельфа характеризуется сочетанием изометрических и линейных аномалий. Размеры изометричных аномалий колеблются от 250 до 700 км Линейные аномалии пространственно тяготеют к прибрежным частям материка. Существенными элементами морфологии аномального магнитного поля шельфа являются зоны нарушения основной структуры поля - это узкие линейные зоны, выделяемые по смене региональных особенностей аномального магнитного поля; по нарушениям корреляции магнитных аномалий (смещению осей, изменению градиента аномалий или их ориентировке в пространстве).

Установлено, что полосовые аномалии наблюдаются на продолжении срединно — океанического хребта. Зоны перехода шельфа к океану характеризуются сложной морфологией поля, и закономерностей в их распределении не установлено. В некоторых случаях магнитные аномалии, наблюдаемые на шельфе, прямо продолжают известные аномалии на материке (южная часть и устье рек Индигирки и Колымы).

Сводные мелкомасштабные карты аномального магнитного поля применяются исследователями для решения широкого круга региональных геологических задач: разломной , тектонического районирования, глубинных построений, выявления закономерностей размещения магнитоактивных образований и их связей с геологическими объектами и вещественным составом. Сводные карты аномального магнитного поля являются основой для создания геологических карт, широко используются при разработке глобальных геотектонических и других концепций. Карты аномального магнитного поля используются также для установления связи металлогенической специализации крупных блоков и отдельных металлоносных зон с глубинным строением , для изучения зон активизации и стабилизации, изучения регионального метаморфизма.

В. В. Орлёнок, доктор геолого-минералогических наук

Реальное магнитное поле, наблюдаемое на поверхности Земли, отражает суммарный эффект действия различных источников. Основной вклад в геомагнитное поле, как мы видели, дают поле эксцентричного диполя и его недипольные составляющие, источники которых расположены во внешнем ядре Земли. К этому главному полю добавляется поле, вызванное намагниченностью пород земной коры, которое суммируется с магнитным полем внеземного происхождения. Таким образом, полный вектор магнитного поля Т складывается из нескольких компонентов: поля диполя То, недипольного поля Тн, поля, обусловленного намагниченностью верхних слоев земной коры DТа, внешнего поля Твн и поля вариаций dТ:

Т = Т0 + Тн + Твн + DТа + dТ. (VI.18)

Поле, представляющее собой сумму векторов Т0 и Тн, называется главным полем. Поле, обусловленное вектором DТа, называется аномальным полем. В свою очередь аномальное поле складывается из регионального DТр и локального DТл полей. Первое из них вызвано глубокими магнитными неоднородностями в низах коры и верхней мантии, второе – неглубоко залегающими телами.

Сумма векторов главного и внешнего поля с вычетом вариаций называется нормальным полем:

Тп = Т0 + Тн + Твн – dТ. (VI.19)

Отсюда видно, что для получения значения аномальной составляющей необходимо из полного вектора Т вычесть нормальную составляющую Тп:

DТа = Т – Тп. (VI.20)

В большинстве случаев при интерпретации материалов магнитных исследований важно знать величину нормальной составляющей геомагнитного поля. Для этих целей обычно используются карты нормального магнитного поля, составляемые регулярно на весь земной шар или его крупные регионы. Зоны, где наблюдаемое поле резко отличается от поля однородно намагниченного шара, называются аномалиями DТ. Центры аномалий совпадают с материковыми массивами. Их так же, как и материков, шесть. Поэтому эти аномалии называются материковыми.

Расчеты показывают, что источники материковых аномалий находятся на глубине порядка 0,4 земного радиуса, т.е. под кромкой мантии.

Любопытно, что остаточное аномальное поле DТ во многом совпадает с полем недипольной составляющей. По данным Ю.Д. Калинина, магнитный момент этих диполей равен 0,3×102 СГС, что составляет около 4% магнитного момента от основного диполя. Эти данные хорошо согласуются с наблюдаемым спектром изменения геомагнитного поля.

Обычно обнаруживаются два вида аномалий: аномалии, ширина которых составляет несколько тысяч километров, и аномалии шириной менее 100 км. Поскольку размеры и ширина аномалии пропорциональны глубине залегания источника, то приведенные данные свидетельствуют, что крупные материковые аномалии вызваны источниками, залегающими на большой глубине, порядка половины земного радиуса. Небольшие аномалии вызваны источниками, залегающими не глубже нескольких десятков километров, порядка 40 – 60 км. Следовательно, ниже этой глубины температура превышает 580°С, т. е. выше точки Кюри для магнетита. Поэтому породы на этой глубине немагнитны. Следовательно, между глубинами 60 – 2900 км никаких источников магнитных аномалий нет. Это чрезвычайно важный вывод. Он служит указанием на то, что отмеченные два типа геомагнитных полей отражают не только два уровня залегания магнитовозмущающих зон, но и их существенно различную природу. Поле верхней зоны – это статическое поле, обусловленное преимущественно остаточным намагничиванием пород. Поле внешнего ядра – это меняющееся в пространстве и времени поле, формирование которого связано с вращением Земли.

Если посмотреть на мировую карту, в некоторых областях можно заметить искажения земного магнитного поля или магнитные аномалии . Они образуются из-за залежей различных пород, имеющих свойство намагничиваться, под поверхностью земной коры. В первую очередь это железосодержащие минералы. Изучение аномалий геомагнитного поля Земли позволяет узнать места залежи ценных руд. Однако зачастую с такими зонами связано множество различных страшных и необычных историй. Множество людей пропадали в аномальных зонах, пытаясь раскрыть их тайны.

Курская магнитная аномалия

Самой известной магнитной аномальной зоной России является Курская магнитная аномалия (КМА), крупнейший во всём мире бассейн железной руды. Площадь КМА достигает 160 км 2 , Она охватывает около девяти областей. Напряжённость геомагнитного поля внутри этой зоны в некоторых местах в три раза превышает нормальную напряжённость. Компасы внутри зоны не работают. Впервые эту сильную магнитную аномалию обнаружили ещё 250 лет назад, однако до наших дней не так уж много известно о природе этого явления. Исследователи не до конца понимают, как в сейсмически спокойной равнине на глубине всего 200-400 метров могли образоваться столь крупные железорудные залежи, количество которой превышает запасы всех залежей руды в мире.

Солнечные бури

Нередко в этой зоне люди видят явление, напоминающее северное сияние. Для жителей района наиболее опасными являются не обычные солнечные магнитные бури, вызванные изменением активности Солнца, а местные, происходящие внутри магнитной аномалии . Например, для местных жителей характерно наличие проблем с суставами и эндокринной системой. Ходят слухи о том, что КМА оказывает пагубное . Нередко поступают сообщения о том, что были замечены НЛО, точечный свет в небе, а также о снежных миражах посреди лета.

Медведицкая гряда

Медведицкая гряда представляет собой цепь холмов, высота которых достигает четверти километра. Она расположена в Жирновском районе Волгоградской области. Это одна из наиболее часто посещаемых аномальных зон России. В этом районе нередко замечали шаровые молнии, НЛО, переломленные, будто спички, деревья. Местные жители часто обнаруживают следы, напоминающие о местах посадки летающих тарелок. Это место как будто притягивает молнии. Ходят слухи о существовании сети подземных тоннелей на глубине около 10-30 метров, диаметром 10-20 метров (это превышает диаметр туннелей метро). Говорят, что перед войной по ним можно было пройти многие километры. Однако во время войны сапёры взорвали все входы в них. Существует множество гипотез об их происхождении: кто-то считает их логовом разбойников, скрывающих награбленные клады, кто-то объявляет их базой внеземной цивилизации.

Молебский треугольник

Деревня Молебка находится на Урале, где-то на пересечении Пермской и Свердловской областей. Знаменитая зона магнитной аномалии располагается напротив деревни, на левом берегу речки Сылвы. Когда-то это место было священным для народа манси, здесь находился молебный камень для совершения жертвоприношений, который и дал название деревне. По некоторым данным, ещё в 1830-х годах впервые начали поступать сообщения о странных летательных аппаратах и следах . Зона в настоящее время является одной из наиболее популярных для посещения, поэтому проводить какие-либо серьёзные исследования учёные не могут.

В верховьях реки Вилюй расположена аномальная зона, называемая «Елюю Черкечех». Появление её связывают с падением в 1908 году Тунгусского метеорита. В прошлом там находился огромный, врытый в землю металлический котёл, мимо которого проходил торговый путь якутов. Говорят, в помещениях этого котла и зимой было тепло, как летом, однако он оказывал пагубное воздействие на здоровье. По легенде там, в глубине, обитает исполин, мечущий огненные мечи и сеющий заразу.

Итак, места магнитных аномалий зачастую называют проклятыми и гибельными за те явления, которые происходят внутри них. Всё это привлекает множество туристов, жаждущих приключений. Однако стоит несколько раз подумать, перед тем как лезть в омут с головой.

Несмотря на значительные успехи науки и техники в последние годы, все еще остаются на нашей планете не до конца изученные места и подчас обладающие необычными "побочными" эффектами. К таким краеугольным камням современного естествознания относится и магнитная аномалия.

Кстати, а что это такое? Современное определение этого феномена подразумевает, что аномалией может быть признана некоторая область на поверхности нашей планеты, которую отличает сильно видоизмененное значение геомагнитного поля. Какими они бывают?

Наука выделяет три типа подобных образований на поверхности земли. Наиболее значительными и крупными являются континентальные образования. Такая магнитная аномалия может занимать площадь свыше 100 тысяч квадратных километров, но по своим характеристикам она слабо отличается от нормального геомагнитного поля планеты. Их появление связывают с определенными характеристиками и разломами в ее коре.

Следующим типом являются региональные аномальные образования. Они занимают площадь не более 10 тысяч квадратных километров, но их характеристики несколько более интересны. Геомагнитное поле в их пределах изменено намного сильнее, а само появление такой аномалии связывают с особенностями в данной области.

Наиболее мелкими являются локальные образования. Такая аномалия - это изменение в геомагнитном полюсе Земли, площадь которого в ряде случаев может не превышать сотни квадратных метров. В большинстве случаев возникает из-за близкорасположенных к поверхности планеты залежей

Кстати, именно последнее свойство аномалий наиболее ценно. Такие места на сегодняшний день ищут даже с самолетов именно по причине того, что под ними зачастую могут располагаться громадные залежи полезных ископаемых. В этом случае магнитная аномалия может помочь сэкономить огромное количество денег, которые бы в противном случае пошли бы на геологическую разведку местности традиционными средствами. Кроме того, так можно выявить четкие границы месторождений, что также облегчает их разработку.

Зачастую появление новых аномалий говорит о начале глобальных природных изменений или даже катаклизмов. Так, полюса Земли отнюдь не все время находились "на положенном месте". Время от времени их положение меняется, причем их смена неминуемо приводит к тяжелейшим последствиям для всех обитателей планеты. В частности, ученые говорят о том, что последняя такая пертурбация привела к массовому вымиранию всех динозавров на Земле.

Вообще, вся наша планета - это гигантская магнитная аномалия. Мы до сих пор точно не знаем о том, почему наша Земля вообще обладает свойствами огромного магнита. Ежегодно выдвигается множество теорий, ни одна из которых пока что не дала ясного и однозначного ответа на сей важный вопрос. Кроме того, не совсем понятно и то, отчего же это магнитное поле постоянно изменяется.

Впрочем, изучая аномалии на Земле, большинство ученых склоняется к выводу о том, что магнетизм планеты обусловлен действием ее ядра, которые некоторые сравнивают с "большим генератором".