Характеристики вариаций напряженности геомагнитного поля по археомагнитным данным

Актуальность проблемы. Изучение изменения магнитного поля Земли во времени и в пространстве — это путь к пониманию механизма его возникновения и функционирования. Изменение геомагнитного поля отражает процессы, происходящие в недрах Земли, и изучение вариаций геомагнитного поля предоставляет возможность исследования этих процессов.

Для изучения внутреннего строения Земли необходимо создать теорию генерации геомагнитного поля, критерием правильности которой является сопоставление модели с картиной изменения геомагнитного поля, наблюдаемой на поверхности Земли.

По обсерваторным данным можно исследовать только часть спектра вековых вариаций геомагнитного поля, содержащую вариации с периодами в несколько десятков лет. По данным прямых наблюдений об изменении угловых элементов геомагнитного поля можно сделать вывод о наличии вариаций с характерными временами в несколько столетий.

Исследование вариаций геомагнитного поля с большими характерными временами требует знания об изменении геомагнитного поля в течение более длительного интервала времени. Получить данные об изменении геомагнитного поля в более отдаленном прошлом можно, исследуя естественную остаточную намагниченность горных пород и объектов — следов жизнедеятельности человека, то есть проводя палеои археомагнитные исследования. Объектами археомагнитных исследований являются камни из костров, фрагменты обожженных площадок и печей, бытовая и декоративная керамика, кирпичи и черепица. Предметом исследования — термонамагниченность материала, приобретенная в процессе обжига.

Выделение археомагнетизма в отдельный раздел исследований древнего геомагнитного поля было обусловлено возможностью в ближние к современности эпохи (историческую и доисторическую) более точного датирования объектов исследования, т. е привязки полученных данных о древнем геомагнитном поле к шкале времени. В процессе развития методов исследования естественной остаточной намагниченности горных пород и материалов археологических памятников стало очевидно, что данные о напряженности геомагнитного поля с наибольшим приближением к истине можно получить при исследовании именно термонамагниченности объектов.

На основании рассмотрения картины вековых вариаций геомагнитного поля С. И. Брагинский [1967] предположил, что вековые вариации могут быть качественно объяснены в рамках теории гидромагнитного динамо с помощью представления о магнитных волнах. Для получения количественных характеристик необходимо знать спектр магнитных волн, т. е. спектр вековых вариаций, который можно получить из анализа данных об изменении геомагнитного поля на поверхности Земли.

Очень четкое обоснование огромного значения исследования вариаций геомагнитного поля С. И. Брагинский дал в работе [1976]: «Большая часть информации о гидромагнитном динамо может быть получена именно из изучения вековых вариаций. Вариации с периодами десятки, сотни и тысячи лет отражают различные колебательные и волновые процессы в земном динамо, в частности магнитные волны (МАК-волны) имеют периоды порядка тысяч лет. Основной период около 104 лет соответствует колебанию всего механизма динамо.

Вековые вариации с этими характерными временами, изучаемые археомагнитными методами, имеют особенно важное значение для понимания природы основного геомагнитного поля. С. И. Брагинским.

1972] проведена обработка мировых экспериментальных данных о геомагнитном поле прошлых эпох так, чтобы представить вариации поля как результат наложения сранительно небольшого числа колебаний и волн в соответствии с предполагаемым механизмом динамо, основанного на крупномасштабных движениях. Хотя результаты выглядят обещающими, но они ясно указывают на ограниченность имеющегося экспериментального материала. Отсюда следует необходимость всемерного развития археомагнитных и близких палеомагнитных исследований." .

Количество и качество имевшихся археомагнитных данных в то время не дало решить вопрос «дает ли представление поля волнами хоть и грубое, но физически реальное приближение» истинной картины поля [Брагинский С.И., 1974]. В процессе работы над созданием теории генерации геомагнитного поля С. И. Брагинский [1967 — 1987], неоднократно обращаясь к данным о параметрах геомагнитного поля в прошлом, отмечал недостаточное их количество.

Сделать следующий шаг для приближения понимания механизма генерации геомагнитного поля можно было только в результате получения новых данных об изменении геомагнитного поля в разных районах Земного шара. Именно археомагнитные исследования являются источником данных о геомагнитном поле в прошлом, позволяющим изучать пространственно-временную структуру вариаций геомагнитного поля, что необходимо для получения критериев оценки гипотез о механизме генерации магнитного поля Земли. Данные, полученные в результате археомагнитных исследований, в связи с их высокой достоверностью используются при изучении вариаций геомагнитного поля в прошлом в качестве эталонных.

Массовым материалом, в результате исследования намагниченности которого можно получить данные о древнем геомагнитном поле, является керамика, существование которой в основном относится к последним 8 тысячелетиям, хотя в некоторых районах земного шара была найдена значительно более древняя керамика. Как правило, исследование термонамагниченности керамических изделий позволяет получить только одну характеристику древнего геомагнитного поля — его напряженность, так как определить положение изделия в момент его остывания в процессе обжига удается крайне редко (лишь в тех случаях, когда печь остается нетронутой с момента обжига и вскрывается в процессе раскопок, или в том случае, когда исследуется поливная керамика, и по потекам поливы возможно установить ее положение во время обжига). В большинстве же случаев в результате исследования намагниченности керамических изделий можно определить только напряженность древнего геомагнитного поля, но с гораздо более высокой подробностью, чем при исследовании других объектов.

Широкое распространение керамики в последние 8 тысячелетий позволяет получить данные об изменении напряженности геомагнитного поля в различных районах и исследовать морфологию ее вариаций. Этому и была посвящена работа автора в течение более чем тридцати лет.

Кроме как для решения геофизических задач, знания об изменении геомагнитного поля в прошлом могут быть весьма успешно использованы для решения принципиальных задач археологии. Таких как синхронизация археологических памятников или их этапов.

Цель работы. Целью работы является получение данных об изменении напряженности геомагнитного поля в последние тысячелетия, изучение спектра и установление пространственновременных характеристик вариаций напряженности геомагнитного поля.

Научная новизна.

1. Получены уникальные по подробности ряды данных о напряженности геомагнитного поля для районов России (Москвы), Средней Азии и Месопотамии. Подробность этих данных позволила установить вид спектра вариаций напряженности поля в диапазоне вариаций с периодами 30−150 лет. Спектр состоит из трех гармоник с периодами 30, 65 и 115 лет. Вариация с периодом 115 лет была выявлена впервые в результате анализа данных о геомагнитном поле в районе Москвы. Существование этих вариаций было установлено для разных временных интервалов от VI тыс. до н.э. до последних столетий, что позволило сделать вывод о том, что вид спектра вариаций в рассматриваемом диапазоне устойчив во времени (во всяком случае в последние несколько тысячелетий).

2. Получены ряды данных напряженности геомагнитного поля с VI тысячелетия до н.э. для Грузии и Средней Азии, наиболее представительные из имеющихся рядов данных (всего таких рядов пять) о напряженности геомагнитного поля в последние восемь тысячелетий. Подробность данных, полученных для района Средней Азии, позволила впервые получить полный спектр вариаций напряженности геомагнитного поля по результатам исследования изменения напряженности поля в одном районе (в диапазоне периодов вариаций от 60 до 8000 лет).

3. Получены характеристики 8000-летней вариации напряженности геомагнитного поля в разных районах. Обнаружен факт изменения фазы и амплитуды этого колебания в зависимости от района наблюдения, свидетельствующий о том, что оно не является отражением глобального одновременного с одним знаком изменения магнитного момента Земли.

4. В результате анализа совокупности мировых данных об изменении напряженности геомагнитного поля в течении последних восьми тысячелетий в разных районах земного шара установлено, что картина изменения напряженности поля в основном может быть представлена суперпозицией ряда колебаний, имеющих периоды от 500 до 8000 лет, характерной чертой которых является дрейф. Одни из колебаний имеют западный, другие — восточный дрейф, причем колебания с наибольшей амплитудой имеют дрейф разной направленности. Скорость дрейфа для всех колебаний можно принять одинаковой и равной 0,2 градуса в год.

5. Обнаружены особенности вариаций напряженности геомагнитного поля в разных долготных секторах. Прослеживается долготная зависимость амплитуд вариаций разных периодов.

6. Обнаружена временная изменчивость суммарной амплитуды колебаний напряженности геомагнитного поля («возмущенности» поля), с периодами менее 600 лет, которая имеет вид пульсаций.

Достоверность результатов. Достоверность результатов определяется большим количеством определений напряженности геомагнитного поля, как собственных (около двух тысяч восьмисот определений), так и литературных (свыше полутора тысяч определений), использованных при построении кривых изменения напряженности поля в различных районах Земли, в результате анализа которых были определены закономерности изменения напряженности геомагнитного поля в последние восемь тысячелетий, получены спектр и пространственно-временные характеристики вариаций напряженности поля. Достоверность полученных закономерностей доказывается также хорошим согласием с ними данных об изменении напряженности геомагнитного поля в районах, близких к тем, по материалу из которых был проведен анализ, но которые не использовались непосредственно для анализа, так как несли менее точную информацию (короткие ряды, перерывы в данных, небольшой объем данных).

Основные защищаемые положения.

1. Вид спектра вариаций напряженности геомагнитного поля в последние восемь тысячелетий.

2. Представление изменения напряженности геомагнитного поля на поверхности Земли в виде суперпозиции гармонических колебаний, имеющих долготный ход амплитудно-фазовых характеристик.

3. Характеристики 8000-летней вариации напряженности геомагнитного поля.

Научная и практическая значимость работы.

Полученные данные об изменении напряженности геомагнитного поля в районах Кавказа, Средней Азии, Москвы и Месопотамии существенно увеличили объем данных об изменении напряженности земного магнитного поля в последние восемь тысяч лет, что позволило определить пространственно-временные характеристики вариаций геомагнитного поля и показать правомочность представления вариаций суперпозицией полей, связанных с магнитными волнами, распространяющимися в земном ядре. Знание морфологии вариаций геомагнитного поля очень существенно для определения динамических характеристик земного ядра, так как вариации являются отражением процессов, происходящих в нем.

Характеристики 8000-летней вариации напряженности геомагнитного поля, полученные в результате анализа всей совокупности имеющихся данных, заставляет пересмотреть общепринятое представление о том, что эта вариация является отражением глобального (одновременного) изменения магнитного момента Земли, что имеет большое значение для построения теории генерации геомагнитного поля.

Данные о напряженности геомагнитного поля могут быть также использованы при синхронизации этапов развития культур на Земле.

Личный вклад автора, апробация и публикации.

Исследования выполнены в период с 1966 по 1997 годы в Институте физики Земли РАН им. О. Ю. Шмидта. Автором поставлены задачи, решение которых представлено в данной работе. Автор осуществлял руководство и принимал личное участие на всех этапах исследований, начиная от организации и проведения экспедиционных работ для отбора коллекций образцов для проведения исследований, до подготовки публикаций и представления докладов на российских и международных конференциях.

Основные результаты работы постоянно докладывались автором на заседаниях Общемосковского семинара по палеомагнетизму и магнетизму горных пород (Москва, 1968;1998), Всесоюзных конференциях по постоянному геомагнитному полю и палеомагнетизму (1966, 1970, 1973, 1976 г.г.), съездах «Постоянное геомагнитное поле, магнетизм горных пород и палеомагнетизм» (Тбилиси, 1981 г.- Ялта, 1986 г.- Суздаль, 1991 г.), семинарах по тонкой структуре геомагнитного поля (Звенигород, 1987, 1990 г.г.), семинарах по палеомагнетизму и магнетизму горных пород (обсерватория Борок, 1984, 1996, 1997 г.г.).

В 1970 г. автором была защищена диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук (на заседании Специализированного Совета по геомагнетизму Института физики Земли АН СССР). Работы автора неоднократно представлялись на ассамблеях IAGA (Internatinal Assotiation of Gemagnetism and Aeronomy) (в 1969, 1973, 1975, 1977 и 1985 г. г.) и Генеральных ассамблеях Европейского геофизического союза (ЕСБ) (1994, 1996, 1997 г.г.).

Всего по теме диссертации опубликовано свыше 50 печатных работ, две из которых — каталоги археомагнитных определений элементов геомагнитного поля.

Структура и объем диссертации

.

Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Общий объем работы 245 страниц, в том числе 44 рисунка, список литературы содержит 204 наименования.

Основные результаты работы можно разделить на три части:

I. Получение данных об изменении напряженности геомагнитного поля в последние несколько тысячелетий.

II. Определение характеристик вариаций напряженности геомагнитного поля по полученным данным.

III. Анализ совокупности мировых данных о напряженности геомагнитного поля.

I. 1) Получены подробные ряды данных напряженности геомагнитного поля для районов России (Москвы), Средней Азии и Месопотамии.

2) Получены ряды данных напряженности геомагнитного поля с VI тысячелетия до н.э. для Грузии и Средней Азии, наиболее представительные из имеющихся рядов данных (всего таких рядов пять) о напряженности геомагнитного поля в последние несколько тысячелетий.

II. 1) Подробность полученных для Москвы, Средней Азии и Месопотамии рядов напряженности геомагнитного поля позволила установить вид спектра вариаций напряженности поля в диапазоне вариаций с периодами 30−150 лет. Спектр состоит из трех гармоник с периодами 30, 65 и 115 лет. Вариация с периодом 115 лет была выявлена впервые по данным, полученным для Москвы. Точность определения периодов колебаний — 10%, уровень вероятности выделения — 95%.

Так как существование этих вариаций было установлено для разных временных интервалов от VI тыс. до н.э. до последних столетий, можно заключить, что вариации такой продолжительности устойчивы во времени.

2) Анализ рядов данных о напряженности геомагнитного поля за последние семь с половиной тысячелетий в Средней Азии позволил получить спектр вариаций, который имеет вид: 7800, 3200, 2100, 1600, 1000, 700, 500, 300, 200, 110 и 60 лет. Периоды определены с точностью 10%, вероятность выделения — 90%. Получены фазово-амплитудные характеристики гармоник, суперпозицией которых аппроксимированы кривые изменения напряженности поля. Наибольшие амплитуды имеют 8000-, 1600- и 500-летнее колебания.

Полный спектр впервые получен по данным для одного района, хотя существование вариаций таких периодов отмечалось многими исследователями в различных районах Земного шара.

III. 1) Анализ совокупности мировых данных для последних восьми тысячелетий привел к выводу о том, что изменение напряженности геомагнитного поля может быть в основном представлено суперпозицией ряда колебаний, имеющих периоды от 500 до 8000 лет, характерной чертой которых является дрейф.

Пятисотлетнее", «тысячелетнее» и «тысячашестисотлетнее» колебания имеют западный дрейф, «семисотлетнее» и «восьмитысячелетнее» — восточный. Скорость дрейфа для всех колебаний можно принять одинаковой и равной 0,2 градуса в год.

2) Обнаружено, что характеристики 8000-летнего колебания (восточный дрейф и изменение амплитуды с долготой места наблюдения) свидетельствуют о его принадлежности к единой общности вариаций.

3) Установлено, что вариации напряженности геомагнитного поля в разных долготных секторах имеют особенности, присущие этой долготе. Прослеживается долготная зависимость амплитуд вариаций разных периодов. Так вариации с периодами меньше 600 лет имеют наибольшую амплитуду в Болгарии и Грузии, а 1600-летняя — в Средней.

Азии и Китае. «Восьмитысячелетиее» колебание имеет наименьшую амплитуду в Китае.

4) «Возмущенность» напряженности геомагнитного поля имеет вид пульсаций. Прослеживается связь «возмущенности» с соотношением фаз длиннопериодных колебаний, суперпозицией которых аппроксимируется кривая изменения напряженности геомагнитного поля во времени.

Таким образом, показана правомерность представления геомагнитного поля суммой полей бегущих волн, предложенного С. И. Брагинским. Такое представление дало возможность построения единой схемы вариаций геомагнитного поля в виде суперпозиции волн, распространяющихся с одной скоростью, но имеющих дрейф разной направленности. Стало очевидно, что нельзя дрейф поля объяснять исключительно проскальзыванием жидкого ядра относительно мантии, а восьмитысячелетиее колебание не является отражением одновременного с одним знаком изменения магнитного момента всей Земли. Характерные особенности изменения напряженности геомагнитного поля на поверхности Земли дают дополнительные критерии, которые могут быть использованы при построении модели генерации геомагнитного поля. Общая картина вариаций напряженности геомагнитного поля свидетельствует в пользу того, что это проявление работы крупномасштабного динамо, что однако не является отрицанием существования мелкомасштабных движений, обуславливающих короткопериодные вариации поля.

Сходство характерных времен климатических изменений, изменений солнечной активности и напряженности геомагнитного поля свидетельствует об их причинно-следственной связи, и, следовательно, о внешней причине вариаций геомагнитного поля.

Заключение

.

Эволюция представлений о магнитном поле Земли происходит довольно быстро, и обусловлена, естественно, увеличением объема знаний об изменении геомагнитного поля. Не так давно казалось, что напряженность поля плавно уменьшается к современности, так как имелись данные об изменении напряженности только для последних двухтысячелетий, но уже в 60-е годы были получены определения, относящиеся к периоду до нашей эры, которые показали, что напряженность геомагнитного поля 4−5 тысячелетий назад была меньше современного значения. Дальнейшие исследования привели к обнаружению вариаций напряженности геомагнитного поля, которые накладываются на «основное» колебание, с периодом в несколько тысячелетий.

Исследование вариаций геомагнитного поля позволяет сделать ряд предположений о процессах, происходящих в ядре Земли, о параметрах ядра, о виде границы ядро-мантия, о возможной связи процессов генерации геомагнитного поля с другими геофизическими явлениями [Брагинский С.И., 1967, 1970, 1972, 1974, 1979, 1982; Головков В. П., 1975, 1988; Калинин Ю. Д., 1984,1987; Калинин Ю. Д., Киселев В. М., 1976; Калинин Ю. Д., Розанова Т. С., 1984; Петрова Г. Н., 1976, 1977, 1983, 1992; Barta G. 1961; Bucha Y., 1976; Gubbins D., 1981, Hide R., Malin S.R.C., 1971; Yukutake T., 1973; и др.]. Все эти работы основываются на всё увеличивающихся данных о геомагнитном поле.

Определения элементов древнего геомагнитного поля, получаемые исследователями в различных точках земного шара, периодически собираются в сводки и каталоги. Одними из первых были сводка мировых определений П. Смита [Smith P.J., 1967], обобщения данных по Японии [Kinoshita H., 1970; Hirooka К., 1971].

В 1977 г. вышел каталог, составленный С. П. Бурлацкой и И. Е. Начасовой [1977г. под ред. Г. Н.Петровой]. Наиболее полным является каталог, изданный в 1986 г. [составители Начасова И. Е. и др., под ред. С.П.Бурлацкой]. К 80-м годам накопился большой фактический материал об изменении геомагнитного поля в последние тысячелетия.

Неоднократно предпринимались попытки обобщения полученных данных. Одним из самых успешных обобщения является работа С. П. Бурлацкой [1984]. Анализы совокупности данных об изменении геомагнитного поля [Barton С.Е. и др., 1979, McElhinny M.W. and Senanayake W.E., 1982] дали основание сделать вывод о сильной недипольной составляющей и проблематичности синусоидальной вариации поля диполя. Рассматривая изменение дипольного момента Земли за последние 10 000 лет М. Макелхинни [1983], обращает внимание на расхождения в изменении магнитного момента по данным по Европе и остальному миру.

Полученные М. Барбетти [1983] данные об изменении напряженности геомагнитного поля в последние семь тысячелетий в Австралии дали основание предположить, что изменение напряженности геомагнитного поля с характерным временем в несколько тысячелетий проходит в Австралии и в Европе почти в противофазе, к сожалению, эти данные немногочисленны (рис. 44). Данные об изменении напряженности геомагнитного поля в Австралии в интервал времени VI тыс. до н.э. — I тыс. н.э., полученные К. Г. Констеблем [1985] по материалу вулканических озер, подтвердили, что плавное изменение напряженности поля в этом временном интервале имеет максимум в районе второго тысячелетия до нашей эры. Встал вопрос о том, что такое «основное» колебание геомагнитного поля.

Анализ данных об изменении геомагнитного поля привел ряд исследователей к разным заключениям о характере его вариаций. Д. Шоу, рассматривая результаты этих работ [Shaw J., 1985], отметил серьезные несогласия по поводу существования синусоидального 8000-летнего колебания магнитного момента Земли. Предположение А. Кокса о его существовании не поддерживается М. Коно, высказали сомнения М. Макелхинни и В.Сенанаяке. П. Макфадден, проанализировав данные за последние 10 000 лет, пришел к выводу, что корреляция данных для последнего тысячелетия хорошая, но данные, покрывающие длинный временной интервал не подтверждают наличие регулярных колебаний дипольного момента.

Однако до сих пор существование этого изменения магнитного момента Земли большинство исследователей считает установленным. Прямое сопоставление изменения напряженности геомагнитного поля в разных районах Земли предприняли в конце восьмидесятых годов М. Д. Эйткин с соавторами [Aitken M.J. и др., 1989]. Сравнение данных об изменении напряженности геомагнитного поля за последние четыре тысячелетия в Греции, Китае и США позволило им сделать вывод о существовании явного сдвига картины изменения напряженности по долготе. Однако это было сопоставление изменения напряженности геомагнитного поля, являющегося в основном проявлением «1600-летнего» колебания напряженности поля. Сделанная оценка скорости западного дрейфа по разным временным отрезкам для разных пар территорий колеблется в пределах 0,1−1,4 градуса в год.

Самими исследователями выводы относительно западного дрейфа напряженности геомагнитного поля признаны далекими от окончательных. Сделано предположение о том, что причина появления повышенных значений напряженности геомагнитного поля кроется в недипольном нарушении, дрейфующем на запад.

Обобщающие работы являются отражением наших знаний об изменении геомагнитного поля и единственным путем разрешения возникающих вопросов является получение достоверных данных об изменении геомагнитного поля в прошлом. К настоящему времени объем данных об изменении напряженности геомагнитного поля для последних тысячелетий для районов Болгарии, Грузии, Ближнего Востока, Средней Азии, Китая и Японии существенно вырос, что и позволило провести описанный выше анализ и получить пространственно-временные характеристики вариаций напряженности геомагнитного поля.

Проведенное исследование показало, что изменение напряженности геомагнитного поля в последние несколько тысячелетий может быть представлено набором ряда колебаний с периодами от десятков до нескольких тысяч лет. Наиболее ярко выраженной чертой изменения напряженности геомагнитного поля за последние восемь тысяч лет для всех районов исследования является плавное повышение напряженности к наиболее высокому уровню в первом тысячелетии до нашей эры — первом тысячелетии нашей эры. Аппроксимация этого плавного изменения напряженности поля синусоидами с периодами от семи до десяти тысяч лет показала, что с наилучшим приближением оно может быть представлено синусоидой с периодом восемь тысяч лет, фаза которой изменяется с долготой. Обнаруженный дрейф имеет восточное направление. Скорость дрейфа — 0,2 градуса в год.

Второй характерной чертой изменения напряженности геомагнитного поля является вариация, характерное время которой можно оценить в среднем в 1600 лет. Явно прослеживается западный дрейф этой вариации напряженности поля со скоростью 0,23 градуса в год.

Суммируя результаты анализов временных рядов изменения напряженности геомагнитного поля, можно сделать вывод, что они могут быть аппроксимированы суперпозицией ряда колебаний, характерной чертой которых является дрейф. Оценки скорости дрейфа показали, что можно принять ее одинаковой для всех колебаний, равной примерно 0,2 град, в год. Таким образом, можно сделать вывод о правомерности представления наблюдаемой картины вариаций напряженности геомагнитного поля суммой ряда гармонических колебаний и определить вид спектра вариаций. Спектр вариаций напряженности геомагнитного поля содержит 11 колебаний, периоды которых, определенные по наиболее представительному ряду, — 7800, 3200, 2100, 1600, 1000, 800, 500, 300, 200, 110 и 60 лет.

В конце 60-х годов автор, рассматривая картины изменения напряженности геомагнитного поля, угловой скорости вращения Земли и солнечной активности, сделал вывод об удивительной похожести спектров колебаний, суперпозицией которых могут быть представлены кривые изменения во времени параметров рассматриваемых явлений.

Корреляция хода изменения скорости вращения Земли с изменением параметров геомагнитного поля неоднократно отмечалась многими исследователями [Яновский Б.М., 1978]. Так Е. Вестин [1953] указал на возможную связь изменения в ходе угловой скорости вращения Земли и перемещениями эксцентричного диполя. М. Рочестер [1960] показал, что флуктуации магнитных полей на границе раздела ядро-мантия могут вызывать наблюдаемые изменения скорости вращения Земли.

А.Б.Кале с соавторами [1969] получена корреляция между изменением продолжительности суток и изменением скорости дрейфа эксцентричного диполя (магнитного центра). Сделано предположение, что если движение эксцентричного диполя связано с движением в ядре, то изменение скорости западного смещения магнитного центра и изменение углового момента вращения ядра, должно быть скомпенсировано соответствующим изменением углового момента вращения мантии. Сравнение изменения длины суток с изменением скорости перемещения эксцентричного диполя показывает, что время наступления экстремумов кривых сдвинуты примерно на 7 лет. Моменты экстремумов изменения скорости движения эксцентричного диполя запаздывают.

Ю.Д.Калинин [1987], рассматривая вопрос о связи изменений скорости вращения Земли с магнитными явлениями обращает внимание на тот факт, что разные исследователи находят при корреляции длительности земных суток с вековыми магнитными вариациями сдвиги с разными знаками. Например, в работе [Ykutake Т., 1973] сделан вывод противоположный, упомянутому выше.

Вообще прямые сопоставления рядов данных об изменении параметров разных процессов чреваты ошибками, так как на них влияют множество факторов, часто не поддающихся разделению. Гораздо более перспективно сравнение спектров вариаций параметров процессов. Так в работе [Sheng J.R., Thomas D.M., 1977] делается предположение о наличии причинно-следственная связи вариаций длины суток и геомагнитного поля на основании совпадения спектров этих явлений (выделены вариации с периодами 33 и 66 лет), этот вывод аналогичен выводу автора [Начасова И.Е., 1970].

В настоящее время корреляция в ходе скорости вращения Земли и магнитных явлений общепризнана, однако взгляды на первичность того или иного процесса существенно отличаются.

Г. Барта [1961,1965] предложил гипотезу о связи вариаций геомагнитного поля с движением внутреннего ядра Земли. Перемещение внутреннего ядра Земли может происходить вследствие влияния сил гравитации, действующих в солнечной системе и перемещающих эксцентричное ядро по отношению к оболочке. Изменение скорости вращения Земли может вызываться перемещением внутреннего ядра.

Предположение о том, что вариации геомагнитного поля являются отражением движения внутреннего ядра Земли поддерживают другие исследователи (например, Медведев Н. Д., 1975; ОиЬЫш Б., 1981).

Общепринятого объяснения источников движения в земном ядре нет. Наиболее признана гипотеза, согласно которой источником движений в ядре является дифференциация вещества. При этом изменение скорости вращения Земли является следствием генерации геомагнитного поля.

Ю.Д.Калинин [1974] высказал предположение о том, что изменение скорости вращения Земли и есть главная причина движений в ядре Земли.

В.И.Афанасьева [1963, 1966] предположила взаимное влияние изменения геомагнитного поля и скорости вращения Земли, объясняя замедление и ускорение вращения Земли взаимодействием магнитного момента Земли и радиационной зоны Земли, момент которой изменяется в зависимости от изменения корпускулярного излучения Солнца. Изменение скорости вращения Земли может приводить к изменению циркуляции вещества в ядре Земли, что скажется на изменении магнитного поля Земли.

Корреляция изменения солнечной активности и геомагнитного поля также неоднократно отмечалась. Например, в работе [Калинин Ю.Д., Розанова Т. С., 1984] найдена корреляция изменения солнечной активности и скорости западного дрейфа геомагнитного поля за последние два тысячелетия.

В то же время многими исследователями отмечается связь солнечной активности с изменением скорости вращения Земли. В работах В. И. Афанасьевой [1966] и И. П. Дружинина и Н. В. Хамьяновой [1969] показана высокая вероятность связи переломов в изменении длины суток с изменениями солнечной активности. Солнечная обусловленность изменения длины суток показана в работе [Калинин Ю.Д., Киселев В. М., 1976].

Были предложены два механизма воздействия изменений солнечной активности на скорость вращения Земли: через магнитосферу и через атмосферу. Большинство исследователей до сих пор предпочитает первый механизм, хотя уже много лет назад было показано, что исследования процессов, происходящих в атмосфере Земли обнаруживают их тесную связь с изменением солнечной активности.

К выводу о том, что основной причиной продолжительных изменений характеристик состояния атмосферы и океана является колебание солнечной активности пришел автор работы [Masao О., 1966]. Зональность атмосферной циркуляции в эпохи высокого уровня солнечной активности нарушается, меридианальные процессы усиливаются, сдвигаются барические центры. Изменение солнечной активности меняет тип атмосферной циркуляции [Байдал М.Х., 1972; Саруханян Э. И. и Смирнов Н. П., 1970; Яблонскис И. С., 1971].

Сытинский А.Д. показал [1963, 1966], что флуктуации угловой скорости вращения Земли есть следствие планетарных атмосферных возмущений. Возможный механизм влияния атмосферных процессов на изменение скорости вращения Земли предложил Н. К. Сидоренков [1975] в виде межполушарной тепловой машины. Прямая связь изменения скорости вращения Земли с изменением климата была выявлена в работе [ ЬашЬеск К., Сагепауе А., 1976].

Корреляция изменения солнечной активности, климатических процессов, скорости вращения Земли и вариаций геомагнитного поля общепризнана. Однако механизм взаимосвязи этих явлений не ясен. Предлагаются разнообразные схемы — преобразование энергии протонов, проникающих в атмосферу в области мировых магнитных аномалий, в энергию движения крупных воздушных масс [Витинский Ю.И., Оль А. И., Сазонов Б. И., 1976]. В. В. Буха [1983] предложил такую схему: солнечный корпускулярный поток, проникая в приполярных областях в атмосферу, интенсифицирует циркуляцию воздушных масс, что приводит к потеплению. С продвижением магнитного полюса по поверхности Земли, районы такого влияния сдвигаются. На связь климатических процессов с внешними (по отношению к Земле) воздействиями указывают исследования многих авторов. А. В. Шнитников [1969] в качестве одной из причин многовековой (1800-летней) изменчивости увлажнения называет ритм констелляций Земли, Солнца и Луны.

В последнее время появляется все больше свидетельств о сходстве характеристик протекания климатических и геомагнитных процессов.

С целью выявления возможностей влияния геомагнитных изменений на климат Д. К. Нургалиев [1998] проанализировал данные о толщине колец деревьев в Северной Америке, ряды палеотемператур для Белорусии и Башкирии, сравнив результаты этого анализа с результатами анализа археомагнитных данных для Украины и Молдавии.

В рассмотренных рядах, относящихся к климатическим характеристикам, обнаружены колебания, которые выделяются и по данным о вариациях геомагнитного поля. Это колебания с периодами примерно 500, 700, 1100 и 1650 лет.

В.Бучварова и М. Ковачева [1993] сопоставили изменение напряженности геомагнитного поля в Болгарии с ходом температуры. В длиннопериодном изменении напряженности поля прослеживается увеличение к современности, а в ходе температуры — понижение. Более детальные прямые сопоставления повидимому проблематичны. Совпадение климатического оптимума 5−7 тысяч лет назад с минимумом напряженности геомагнитного поля говорит о том, что длиннопериодные вариации температуры и напряженности геомагнитного поля изменяются в противофазе.

Исследование климата Западной Сибири, проведенное Г. Ф. Букреевой с соавторами [1995], в результате применения количественной оценки элементов палеоклимата методами многомерного статистического анализа, позволило получить спектр палеоклиматических изменений в последние 10 тысячелетий. На основании исследования данных об изменениях температуры (июльской и январской), продолжительности безморозного периода и среднегодовых осадков, выявлены периодические колебания с периодами 7700, 3300, 1800, 1500−1400, 1100−900, 700, 600−400 и 300 лет.

Вид спектра колебаний, суперпозиция которых представляет собой картину климатических изменений, практически совпадает с видом спектра, полученным в результате анализа изменения напряженности геомагнитного поля за последние тысячелетия, что, безусловно, не может быть случайностью.

М.Ф.Веклич [1987] связывает изменения климата с колебаниями солнечной активности, указывая на существование изменений солнечной активности с характерными временами 5−7 и 2,7−3 тысяч/и лет, 500−700, 250−300, 100 и 40−50 лет.

Такое сходство характерных времен климатических изменений, изменений солнечной активности и напряженности геомагнитного поля очевидно демонстрирует их причинно-следственную связь, и скорее всего свидетельствует о реализации механизма воздействия Солнца через атмосферу и климат на скорость вращения Земли и процессы генерации геомагнитного поля.