Введение к работе
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. Вариации являются одной из главных характеристик магнитного поля Земли. Они были обнаружены в результате рассмотрения данных прямых наблюдений угловых элементов (склонения и наклонения) геомагнитного поля и его величины (напряженности).
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 палео- и 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.
Данные о параметрах геомагнитного поля в прошлом накапливаются исследователями всего мира в течение многих лет. В результате исследования угловых элементов геомагнитного поля
был обнаружен западный дрейф поля; по данным, полученным в различных точках земной поверхности, был определен в общих
;.,.., ;. , . . і ." і р -і ,. фь.іциГІ і імм;іі Mil і її' її < > і) >-і;. ~ы:и: \и >.і\ч.-ш
. . --..^.--. .:. :>!..- її': . JWl; ічфіІІШ; її J'.i.-li,-S!lk' ilailj ,й,і,;-|Іі1 >ь і ,'
і еимаїпитного ноля в зависимости от долготы места наблюдения,
; .:.;;:!;)'. ' її' .-.-:^:1.-: 111 * і ! .'очагш: ін.'К ,- пол;: ;Ч!.1,- ік'Ді-. i.ii'i'KK
.ч .її. к'ctiiii. \-нп1'П1кы\ іі;-ііГ'-'іиі',;-речииі.і» ирі'<ір;ін, іі'.енні -
времешплх характеристик вариаций поля даже для последшіх двух-
трех тысячелетии, хотя попытки обобщить имеющиеся данные и
выяснить закономерности изменешш геомагнитного поля
предпринимались различными исследователями неоднокра ш.>
'.ІПІК ІІІ .!МЬІ\ у.І!ЛШІІ,И. ІП'С.ЧЄЛНИл . "ОООШеНИП .ІІІЛІеіГ.,
исследование С.П.Бурлацкой [1984].
На основантш рассмотрения картины вековых вариаций геомагнитного поля С.И.Брагинский [1967] предположил, что вековые варцащш могут быть качественно объяснены в рамках теории Пїдромагнитного 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. Однако количество и качество использованных археомапштных данных в то время не дало возможности решить вопрос - "дает ли представление поля волнами хоть и грубое, но физігчески реальное приближение" истинной картины поля [Брагинский СИ., 1979]. Приближение понимания механизма генеращш геомагнитного поля возможно только в результате получения новых данных об изменении геомагнитного поля в разных районах Зегшого шара.
Массовым материалом, в результате исследования намагниченности которого можно получить данные о древнем геомагнитном поле, является керамика, существование которой в основном относится к ппгттгттним R тыгячеттгтиям R болмутинстрр
Широкое распространение керамики в последние Н тысячелетий
і]чзи;:.'і:5і:т получить данные об изменении напряженности і .-пмагнигноп'- пиля в х^плнчных районах и исследовать '.:. рф. j.ktmv .,- іі.фиапиП. ^юму !і была поа'яіцг да рлґнма антра '->!. дне полег чем тридцати л-?т.
кроме как для решения теофизических задач, знания об изменении напряженности 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 пространственно -временных 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, 115 лет. Вариация с периодом 115 лет была выявлена впервые в результате анализа данных об изменении напряженности геомагнитного поля в районе Москвы в последние 5 столетий.
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).
-
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.
-
В результате анализа совокупности мировых данных об изменении напряженности геомагнитного поля в течение 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.
Одші ліз колебаїшй ішеют западньїіі, другие - восточный дрейф, причем колебания с наибольшей амплитудой имеют дрейф разной напшвленности. Скорость прейфя тля вге-х ьош=бяний мт*"но
.::. .; !.;!(.ії,о!«Ч' ;; рльноп '). е г р.чл ь і од
' v-.ц,^ _.", ;:ш,і імОеші.хл st jiispiiamiii іі.ііірл.і-еііііое ілі 1-j ""ттгпти'Лг к-... '. рать;, долі >. ппл.-. i-cf;o;..u Про^илкиилеь у, .(... \і"!і. і і .'.. ; і v.ni:iirr/,'i !->;ірі!;іг;ші .-.:1'.Hi.i'- iivpih'.i.''і u. y^yjnayjyjt^na ярсмзднам И-ШСМЧИЬОСЛЬ суммарной аМПЛИТуДЫ
колебаний напряженности геомагнитного поля ("возмущешюстн" поля) с nqoHoaaMH менее 600 лет, которая имеет вид пульсаций.
Лостовегснтть результптп". Достоверность рсля'лътлтов
>пред;ля;л<л: -"ючыиим количеством .лїрелелешш н;шр>,,кепнос in ..J^^uiiliuiu «i«jJiji, ііоЛу ЧСЫлвкл. а релульїаїс исследования термонамагшічешіости материалов, как собственных (около двух тысяч восьмисот определени" ), так и литературных (свыше полутора тысяч определений;, использованных при построении кривых изменения напряженности поля в различных районах Земли, в результате анализа которых были получены фазово-амплитудные характеристики вариаций напряженности геомагнитного поля, исследован вид спектра вариаций и определены основные закономерности изменения напряженности геомагнитного поля в последние восемь тысячелетни.
Основные защищаемые положения.
-
Вид спектра вариации напряженности геомагнитного поля в диапазоне длин волн с периодами от 30 до 8000 лет для интервала времени от шестого тысячелетия до нашей эры до современности.
-
Представление изменения напряженности геомагнитного поля на поверхности Земли в виде суперпозиции гармонических колебаний, имеющих разное (как восточное, так и западное) направ ление дрейфа и долготный ход амплитудно-фазовых характеристик.
З.Характеристики 8000-летнего колебания напряженности
і !;;.-!,і;і;.' {. i!(i;',K wI'uVK.lj: Hi:.'ill >;<чЛ Ь іі'.н'і!, 1 і., '.':: И і--і.
данные оо изменении напряженности геомагнитного пот» у
,;:.'!!, . - ;;! . ' ич л -ч ; V шоп ли ' '. .'і ^л<<:
о Л; '; Л і. і Лі Л .j ІД^ - lUellil- у L* J.-ul'-Lii-iii OOI.OL ДШІІііД.^ ОС- iUiuwjLi.CiiiiJrx
напряженности земного мапштного поля в последние восемь тысяч
т,ч Л на дій совокупности мировых данных позволил онределшъ
пространственно-временные характеристики вариаций
оолшшапюго поля и показать правомочность представления яарнации суперпозицией нолей, гміішньіх 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 геомаг
нитного поля, полученные в результате анализа всей совокупности
имеющихся данных, свидетельствует в пользу пересмотра
общепринятого представления 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 вьшолнены 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 ав
тором на заседаниях Общемосковского семинара по
палеомагнетизму и магнетизму горных пород (Москва, 1968-1998
тт.), Всесоюзных конференциях по постоянному геомагнитному
полю и палеомагнетизму (1966, 1970, 1973, 1976 гх.), 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 гх.), семинарах по палеомагнетизму и магнетизму горных
пород (обсерватория Борок, 1984, 1996, 1997 гх.)
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 (Intematinal Assotiation of Gemagnetism and Aeronomy) (в 1969, 1973, 1975, 1977 и 1985 гх.) и Генеральных ассамблеях Европейского геофизического союза (EGS) (1994, 1996, 1997, 1998 гх.).
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. Общші объем работы - 2 ЧІ