Атмосфера. Структура атмосферы. Меридиональное распределение температуры на разных высотах, страница 7

И вот тогда на помощь пришла теория «тектоники литосферных плит». Согласно этой теории, восходящие конвективные потоки мантии[6] приподнимают литосферу[7] и, раздвигая ее, образуют срединно-океанические хребты (рис. 1.4), сквозь трещины в которых изливаются базальтовые лавы. Магма[8], заполнив трещину в срединно-океаническом хребте, застывает и превращается в кристаллическую горную породу – таким образом разрастается и постоянно обновляется океаническая литосфера. Ее формирование и развитие невозможно без постоянной подпитки расплавами горных пород, поднимающимися из недр Земли. Следовательно, в процессе охлаждения и кристаллизации изверженные расплавы постоянно «пишут» всю информацию о магнитном поле Земли.

Таким образом, согласно работе Метьюза и Вайна, дно океана представляет собой две гигантские «ленты», перемещающиеся с одинаковой скоростью в обе стороны от океанического хребта к берегам континентов (рис. 1.5). Самым важным следствием этой модели явилось осознание того факта, что непрерывная последовательность магнитных аномалий от оси хребта до окраин континентов есть законченная полная история инверсий геомагнитного поля за все время жизни океанов.

На основе исследований океанических магнитных аномалий была создана детальнейшая магнитохронологическая шкала – история инверсий геомагнитного поля за 4 миллиарда лет! Согласно полученным данным, процесс «ротации» магнитных полюсов занимает не менее 10 тысяч лет. Точные причины подобных кардинальных изменений в состоянии магнитного поля Земли до сих пор неизвестны. Тем не менее, многие ученые склоняются к мысли, что в период инверсии магнитное поле Земли ослабевает или исчезает вовсе. В такие периоды пропадает магнитная защита от потоков космического излучения, что может оказывать колоссальное влияние на биосферу планеты. Хотя в последние годы гипотеза Метьюза-Вайна подвергается серьезной критике в части адекватности интерпретации отдельных результатов экспериментальных исследований, адекватность основополагающей идеи вряд ли будет подвержена ревизии.

Процессы взаимодействия земного магнитного поля с заряженными космическими частицами в магнитосфере. Радиационные пояса Земли

Когда заряженная частица из космоса проникает в магнитосферу, на нее начинает действовать сила Лоренца наподобие того, как действует эта сила на проводник с током в магнитном поле. Сила направлена перпендикулярно силовым линиям магнитного поля и вектору скорости частицы. В результате частица начинает совершать спиралеобразное вращательное движение вокруг магнитных силовых линий. Двигаясь вдоль силовой линии и приближаясь к поверхности Земли, частица попадает в области более высокой напряженности магнитного поля (рис. 1.6). В результате составляющая вектора скорости вдоль линии постепенно уменьшается, а затем меняет направление. Частица как бы отражается в области повышенной напряженности поля и начинает двигаться в обратном направлении к другой сопряженной зеркальной точке в другом полушарии, где вновь происходит отражение. Одно колебание протон с энергией около 100 МэВ совершает приблизительно за 0.3 с. Время жизни такого протона в магнитной ловушке составляет около 100 лет. Помимо колебательного движения из одного полушария в другое захваченные частицы медленно движутся также и в долготном направлении. В зависимости от кинетической энергии частиц один оборот вокруг Земли занимает от нескольких минут до суток.

Множество заряженных частиц, захваченных магнитным полем Земли, образует так называемый радиационный пояс Земли. Каждый тип частиц с учетом их кинетической энергии образует «свой»  радиационный пояс. Поэтому четко выраженной структуры у радиационного пояса Земли нет. Его разделение на внешний и внутренний радиационные пояса, принятое на первой стадии исследований  и сохранившееся до настоящего времени, носит условный характер. Тем не менее, частицы высоких энергий из внутреннего пояса глубже всего проникают в атмосферу, достигают высот, где велика вероятность столкновений с атомами и молекулами атмосферы, теряют свою кинетическую энергию при столкновениях, рассеиваются и поглощаются атмосферой [25].