Немного о движении полюсов. В частности - перевод одноименной статьи и небольшие комментарии.
Магнитные полюса, определяемые как точки на поверхности в северном и южном полушарии, в которых геомагнитное поле направленно вертикально, уже давно являются темами для различных научных исследований. Их положение и, в особенности, движение вызывает общественный интерес, которой в последнее время сильно возрастает.
В данной статье приводится обзор текущей и исторической миграции магнитных полюсов, затрагиваются причины их движения и обсуждается их будущее положение.
Текущее местоположение полюса
Исторически местоположения полюсов определяются непосредственным обследованием соответствующих полярных областей. Вычисляемые с использованием глобальной модели магнитного поля Земли координаты часто не совпадали с непосредственно определяемыми, поскольку многие из этих моделей ограниченно применимы к полярным широтам в связи с малым количеством данных. Однако за последние десятилетия эта согласованность резко увеличилась, что связано, в первую очередь с применением искусственных спутников (таких как Ersted, CHAMP, и SAC-C), измеряющим геомагнитное поле. Поэтому последние, «спутниковые» модели магнитного поля позволяют как определять положение магнитных полюсов, так и следить за их движением с высокой точностью.
Северный магнитный полюс (СМП) в 2007 году находился в Канадском Арктическом архипелаге, двигаясь в северо-западном направлении, а южный магнитный полюс (ЮМП) находится у побережья Антарктиды, к югу от Австралии. Mandea и Dormy [2003] обобщили наземные наблюдения и проанализировали движение СМП, скорость которого “удвоилась за последние 30 лет, достигнув приблизительно 40 км в год в 2001 году.” Другие исследователи [Olsen et al., 2006] называют еще более высокие цифры - 50 км в год в 2000 и почти 60 км в год в 2003 году. Однако, начиная с 2003 года, скорость движения северного магнитного полюса замедлилась и в 2007 году составляла чуть более 50 километров в год. Южный же магнитный полюс за тот же промежуток времени, сохранил свою скорость передвижения, которая составляет всего 5-10 километров в год.
Положения северного и южного полюсов, согласно модели Олсена CHAOS [2006] и подтвержденные наземными исследованиями, показаны на рисунке 1. Под наземными исследованиями в районе СМП подразумеваются результаты совместных канадско-французских экспедиций в 2001 [Newitt et al., 2002] и в конце апреля 2007 года. Данные, полученные в 2001м году прекрасно согласуются с данными моделирования. Большие расхождения данных моделирования и реальных измерений имеют место быть в «доспутинковую» эпоху, особенно в отношении ЮМП [Mandea и Dormy 2003]. Однако, эта разница в основном отражает мелкие локальные особенности магнитного поля, которые могут быть смоделированы только с учетом данных со спутников, поэтому «модельные» данные подходят для определение скорости движения полюсов, даже если конкретные координаты полюсов не отличаются высокой точностью.
Рис. 1. Положение СМП согласно прямым измерениям (синие круги), расчетным данным на основе модели геомагнитного поля CHAOS (красные квадраты). Прогноз положения (зеленые квадраты) на ближайшие несколько лет сделан, исходя из предположения, что средняя скорость и направление движения СМП не будут меняться после 2007 года.
Историческая миграция северного и южного магнитных полюсов.
Как быстро движутся полюса? Mandea и Dormy [2003] определили скорость северного и южного магнитных полюсов в интервале времени с 1900 по 1990 год с помощью модели GUFM [Jackson et al. 2000]. Полученные данные с учетом данных, полученных по модели CM4 [Sabaka et al. 2004] (для 1965-2000) и расширенной модели CHAOS (для 1999-2007), показаны на рисунке 2.
Рис. 2. Скорость движения СМП и ЮМП по данным трех моделей геомагнитного поля: GUFM (1900-1990), CM4 (1965-2000) и CHAOS (1999-2007)
Хотя скорость движения СМП и достигает 60 километров в год, скорость движения ЮМП в целом не превышала 20 км в год в течение всего прошлого века. Связь между скоростью движения СМП и геомагнитными толчками – резкими изменениями в скорости вековых вариаций одного или нескольких параметров магнитного поля - была отмечена Mandea и Dormy [2003]. Можно предположить, что и текущие изменения связанны с обнаруженным в 2003 году геомагнитным толчком [Olsen, Mandea, 2007].
Каковы причины столь различного движения магнитных полюсов? Магнитные полюса двигаются, потому что главное магнитное поле со временем изменяется, а различный уровень движения СМП и ЮИП объясняется различной морфологией поля в северном и южном полушариях [Mandea и Dormy, 2003].
Помимо этого, структура магнитного поля на мантийной границе (на глубине около 2900 километров) более сложная, чем дипольная структура на уровне поверхности Земли и выше. в северной полярной области находятся так называемые «reversed-flux patches» - зоны обратной намагниченности, в которых магнитное поле направленно вверх, противоположно стандартному направлению поля в северном полушарии. Рост и направленное к полюсу движение канадских зон обратной намагниченности отвечает за большую часть уменьшение дипольной области за последние 150 лет и является причиной миграции СМП, находящегося внутри этой зоны
Скорее всего, движение полюса начнет замедляться, когда он выйдет из зоны обратной намагниченности и войдет область «нормального поля» в районе Сибири. Если концентрация потока в районе Сибири уменьшится, изменение движения СМП может быть довольно резким, как это уже было в 1630, 1730 и 1860 годах, в соответствии с GUFM моделью Джексона. Скорость движения полюса будет оставаться высокой, пока полюс находится в области сильного обратного магнитного потока, и можно ожидать снижения скорости, как только он пересечет область обратного потока. Однако связывать движение полюса по поверхности Земли с магнитным полем в центре и на границе мантии нужно с известной долей осторожности, поскольку положение полюса очень чувствительно к малейшим изменениям в морфологии поля
Положение полюса в будущем
Где будут находиться полюса в ближайшие годы? На этот вопрос довольно трудно ответить. Прогнозирование магнитного поля Земли на длительные промежутки времени является сложной задачей из-за хаотичного характера процессов, генерирующих магнитное поле. Тем не менее регулярное движение СМП за последние десять лет побудило нас на экстраполировать его положение на ближайшие 10 лет. Прогноз положения СМП, если считать скорость его движения неизменной по направлению, постоянной и равной 50 км в год показаны на рисунке 1. Согласно этим прогнозам, СМП приблизится к географическому северному полюсу на расстояние 400 км в 2018 году и продолжить свое движение в сторону Сибири. Естественно, такие 10-летние прогнозы необходимо рассматривать с крайней осторожностью.
Точное наблюдение за положением полюсов будет возможно после запуска Swarm, миссии Европейского космического агентства, состоящей из трех космических аппаратов предназначенных для исследования магнитного поля Земли [Friis-Christensen et al., 2006]. Запуск Swarm запланирован на 2010й год и рассчитан на 5 лет, в течении которых будут производиться беспрецедентно точные измерения параметров магнитного поле Земли. Эта миссия позволит оценить наши текущие прогнозы и будет способствовать улучшению качества прогнозов будущих.
Ссылки
Friis-Christensen, E., H. Lühr, and G. Hulot (2006), Swarm: A constellation to study the Earth’s magnetic field, Earth Planets Space, 58, 351–358.
Jackson, A., A. R. T. Jonkers, and M. R. Walker (2000), Four centuries of geomagnetic secular variation from historical records, Philos. Trans. R. Soc. London, Ser. A, 358, 957–990.
Mandea, M., and E. Dormy (2003), Asymmetric behavior of magnetic dip poles, Earth Planets Space, 55, 153–157.
Newitt, L., M. Mandea, L. McKee, and J. Orgeval (2002), Recent acceleration of the north magnetic pole linked to magnetic jerks, Eos Trans. AGU, 83(35), 381.
Olsen, N., and M. Mandea (2007), Investigation of a secular variation impulse using satellite data: The 2003 geomagnetic jerk, Earth Planet. Sci. Lett., 255, 94–105, doi:10.1016/j.epsl.2006.12.008.
Olsen, N., H. Lühr, T. J. Sabaka, M. Mandea, M. Rother, L. Tøffner-Clausen, and S. Choi (2006), CHAOS—A model of Earth’s magnetic field derived from CHAMP , Ørsted, and SAC-C magnetic satellite data, Geophys. J. Int., 166, 67–75, doi:10.1111/j.1365246X.2006.02959.x.
Sabaka, T. J., N. Olsen, and M. Purucker (2004), Extending comprehensive models of the Earth’s magnetic field with Ørsted and CHAMP data, Geophys. J. Int., 159, 521–547, doi:10.1111/j. 1365–246X.2004.02,421.x.
Информация об авторах
Нильс Ольсен (Nils Olsen) - доктор физических наук, доцент геофизического отдела Копенгагенского университета, старший научный сотрудник Датского Института Космических Исследований, председатель международной ассоциации земного магнетизма и аэрономии.
Помимо прочего, его модели геомагнитного поля с 2000 года по сей день являются общепризнанными и используются, в частности в NOAA и в WDC)
Миоара Мандеа (Mioara Mandea) - профессор, доктор физических наук, сотрудник Université Paris Diderot - Institut de Physique du Globe, глава отдела Германского Национального Научно-исследовательского Центра Геомагнетизма, генеральный секретарь международной ассоциации геомагнетизма и аэрономии
А вот комментарий от замдиректора Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн РАН (ИЗМИРАН), доктора физико-математических наук Вадима Головкова
Информация о перемещении северного магнитного полюса в Сибирь циркулирует в мировых СМИ уже около полутора лет. Ее источником стало неверно понятое сообщение руководителя магнитной службы Канады. Он сказал, что магнитный полюс Земли перемещается с территории Канады, и что если бы с такой скоростью и направлением он двигался еще 50 лет, то мог бы достичь Новой Земли. Но это была просто красивая иллюстрация к теме перемещения полюса. На самом деле магнитный полюс располагается там, где совпали геомагнитный полюс (точка, в которой сходятся показания компаса) и Канадская магнитная аномалия. Движения локальной аномалии приводят к тому, что магнитный полюс всегда будет перемещаться в пределах Канадской магнитной аномалии. Российскому сектору Арктики придется ждать тысячи и даже миллионы лет, пока он приблизится к нам.
Текущее положение магнитных и геомагнитных полюсов Земли можно посмотреть на сайте киотского отделения Мирового центра данных по геомагнетизму.
Но можно пойти чуть дальше. На этом же сайте лежат координаты магнитных полюсов по данным текущей модели IGRF-10 (International Geomagnetic Reference Field, международный эталон геомагнитного поля), а если есть координаты – то можно вычислить и скорость.
небольшое расхождение графика c графиком Ольсена в промежутке 1950 - 1980 вызвано использованием разных моделей
если увеличить масштаб на промежутке 2000-2014, видно, что пик скорости движения северного полюса приходится на 2000-2005й год, а в дальнейшем скорость падает. южный же магнитный полюс вообще “еле шевелится”
ну а движение геомагнитных полюсов практически совпадает, поэтому на графике оно выглядит как одна линия.
