ФИЗИКА ЗЕМЛИ, 2004, № 1, с. 23-36
УДК 550.383.32
БЫСТРЫЕ 360-, 600-ЛЕТНИЕ КОЛЕБАНИЯ ГЕОМАГНИТНОГО ПОЛЯ
© 2004 г. С. П. Бурлацкая1, С. Ф Бурлацкий2, А. Ф. Бурлацкий3
1 Институт физики Земли им. Г.А. Гамбурцева РАН, г. Москва 2 Институт химической физики РАН, г. Москва 3 КРИв, г. Москва Поступила в редакцию 04.12.2001 г.
На основе мировых археомагнитных определений для 14 крупных регионов для последних 6 тыс. лет с помощью формального - математического преобразования были рассчитаны значения недиполь-ного поля для величины наклонения 1нд и склонения Бнд.. Синусоидального вида кривые имеют размах колебаний 20° для I и 40° для Б. Показано, что основным колебанием в 1нд.. является глобальное 600-летнее колебание. В Бнд. это колебание также присутствует. Вторым быстрым изменением, присущим как 1нд. , так и Бнд., является 360-летнее региональное колебание. Быстрые вековые вариации геомагнитного поля отражают недипольную часть геомагнитного поля Земли. Показано, что движение магнитного центра внутри Земли проявляется на поверхности Земли 600-летними изменениями глобального характера. Согласованность изменения 360-летней вариации недипольного поля с картиной изолиний поля мировых аномалий дает основание (гипотетически) считать эти явления взаимосвязанными, а возможно, и подчиненными одно другому: вариации недипольного поля -следствие влияния поля мировых аномалий.
ВВЕДЕНИЕ
В работах, связанных с изучением вариаций геомагнитного поля, одним из кардинальных был вопрос связи быстрых вариаций (БВ) и недиполь-ной части геомагнитного поля [Яновский, 1978; Бурлацкая 1965; 1987; Бурлацкая, Ермушев, 1994]. Цель данной работы - изучение поведения быстрых вариаций, их возможная связь с недипольным
полем и их природа, выявление основных вариаций в спектре недипольного геомагнитного поля.
В основу работы положены мировые археомаг-нитные определения геомагнитного поля для разных территорий для последних примерно 6 тыс. лет. [Археомагнитные определения ..., 1977; Архео-магнитные определения ..., 1986; Бурлацкая 1965; 1987]. В таблице дан перечень территорий,
Перечень исследуемых территорий, географические координаты, ссылки на оригинальные работы
№№ Территория Усл. обознач. Ф, град. с.ш. X, град. в.д. Оригинальные работы, ссылки
1 Англия Англ. 51.5 0 [Археомагнитные... , 1977]
2 Центральная Европа Ц.Е. 42 23 «
3 Болгария-Югославия Б-Ю 42 23 [КоуаеЬеуа, 1980; 1992]
4 Украина-Молдавия У-М 50 30 [Загний, 1981]
5 Украина-Крым У-К 50 30 [Археомагнитные... , 1977]
6 Кавказ (Закавказье) К-з 42.5 45 [Бурлацкая, Челидзе, 1987; 1990]
7 Средняя Азия С.Аз. 40 65-67 [Археомагнитные... , 1986]
8 Монголия М 46 105-107 «
9 Китай К-й 40 115 «
10 Западная Япония З. Яп. 35 135 [Археомагнитные... , 1986; Ка^'ш е! а1., 1967]
11 Япония Яп. 36 140 [Маепака, 1990]
12 Центральная часть С. Ам. 39 255 [Археомагнитные... , 1986]
13 Северной Америки С. Ам. 41 287 ^егпЪе^, 1989]
14 Исландия Исл. 64 338 [Археомагнитные... , 1986]
См. также библ. к каталогам и к работе [Бурлацкая, 1987 ]
(а)
(б)
.Б-Ю ^ 1 ¡Н.д. -Л^Л л А л
У-М »У—К -V
• К-З \ , V Л Л г лл-
V • З. Яп Яп V ^ N
10 0 -10
10 0 -10
0Н.Д.
град б-Ю 10
0
-10
10 0 -10
• У-М 1А 1
г ^ V
к-з
3. Яп Яп
град 10 0 -10
10 0 -10
10 0
-10
10 0
-10
40 30 20 10 0 10 20 40 30 20 10 0 10 20
до н.э. н.э. х 102 лет до н.э. н.э. х 102 лет
Рис. 1. (а) 1НД. и (б) Бнд для четырех регионов за последние 6 тыс. лет.
для которых есть археомагнитные определения; их условные обозначения; географические координаты регионов в целом и ссылки на оригинальные работы. Из таблицы видно, что изученные территории относятся к интервалу широт от 35° до 64° с.ш. и долготам - от 0° до 338° в.д. Надо заметить, что половина (7 из 14) всех определений относится к странам Европы: Англия, Центральная Европа, Болгария-Югославия, Украина-Молдавия, Украина-Крым, Кавказ; и к ним по долготе близко примыкает Исландия. Дальше на восток есть данные для Средней Азии, Монголии, Китая, отдельно для Зап. Японии и Японии в целом. Эти территории располагаются в Восточном полушарии Северной полусферы Земной поверхности. На стороне Западного полушария есть определения для центральной части Северной Америки.
Формально математическое представление недипольной части геомагнитного поля 1нд. и Бнд. сводилось к расчетам разностных значений архе-омагнитных определений 1арх. и Барх. и величин ди-польного поля 1дип. и Бдип. для каждой из территорий; последние были найдены по формулам сферической тригонометрии. [Храмов, 1967; 1982]
1Н.д. _ ррх. — рип..
рнд. = Рарх. — Бдип. [Бурлацкая, 1987; Бурлацкая, Ермушев, 1994].
1. ВЫЯВЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ВАРИАЦИИ В СПЕКТРЕ НЕДИПОЛЬНОГО ГЕОМАГНИТНОГО ПОЛЯ
Вариации геомагнитного поля представлены среднестолетними величинами (индекс "1") с шагом 50 и 100 лет, отнесенными к середине 100-летнего интервала. Средняя погрешность - в пределах века. На рис. 1 показаны вариации неди-польного поля в течение последних ~6 тыс. лет для четырех регионов: Болгарии-Югославии; Украины-Молдавии-Крыма; Кавказа; Японии. Данные на рис. 1а относятся к изменению наклонения недипольного поля 1Н-д.; на рис. 16 - к вариациям склонения - БН.д. . Данные неравноценны в первую очередь из-за неравномерного распределения фактического материала вдоль временной шкалы. Для заполнения пустот применена графическая интерполяция для определений, относящихся к первой трети исследуемого временного интервала. Спектр длиннопериодных вариаций одинаков на рядах с применением интерполяции и без нее.
Вид кривых показывает, что колебания как наклонения, так и склонения являются суперпозицией нескольких вариаций. Наибольший размах колебаний - 2А для 1Н-д. (без всплесков) порядка 20°, для Бнд. ~ 40°. Амплитуда склонения вдвое больше амплитуды наклонения. Форма
кривых квазисинусоидальная. Для выявления наиболее характерных вариаций, присущих всем территориям (если таковые есть), одновозраст-ные данные для четырех территорий были усреднены. На рис. 2 показаны результаты такого усреднения: (а) для наклонения и (б) для склонения. Верхняя кривая (в обоих случаях (а) и (б) - это среднестолетние значения элемента ("1"), где видны колебания 300-600-летней продолжительности. В случае (б) видны и более длиннопериод-ные вариации. Выявление этих кривых осуществляется путем усреднения данных - "п" и расчета разностных, отфильтрованных в заданных пределах значений "п"-"т" [Бурлацкая, 1987]. Сглаженные "2" и "3" (ср. 200- и 300-летние) кривые и разностные - "2"-"6" обнаруживают присутствие 600-летнего колебания. Фильтрация кривых "1"-"3" и "2"-"4" выявляет на фоне не полностью снятых 600-летних вариаций ~ 300-400-летние. Следует отметить всплеск ~ 300-400-летних колебаний в середине исследуемого интервала времени -на рубеже первого - второго тысячелетия до н.э. (Подробнее о всплеске см. ниже).
Кривые на рис. 26 относятся к вариациям склонения. Вариация склонения "1" обнаруживает 600-летнее и более продолжительные колебания. Анализ с помощью сглаженных "п" и разностных "п"-"т" значений уточняет спектр колебаний склонения недипольного поля. Сглаженные величины Бнд. "2" и "3" выявляют 600-, 900- и примерно 1200-летние колебания. Разностные значения "1"-"3" и "2"-"4" (см рис. 16) обнаруживают 300400-летние колебания с увеличением размаха колебаний на рубеже первого - второго тысячелетия до н.э. Может быть, - это проявление экскурса "Этруссия", относящегося к этому времени [Бурлацкая, 2001]. Не очень четкие 600-летние вариации видны на кривой "4"-"6", четче их видно на кривой "2"-"6".
Фильтрация в пределах "6"-"9" (и, для сравнения, "5"-"10") выявляет колебания порядка 900 лет. На кривых "12"-"18" и "10"-"20" можно найти следы примерно 1800-летнего колебания.
На рис. 3 сделано сопоставление кривых типа "2"-"6". Вверху - сравнение хода наклонения 1нд. и склонения Бнд недипольной части геомагнитного поля. (Данные Бнд сдвинуты на 300 лет назад; при таком сдвиге сходство вариаций I и Б наиболее очевидно; см. [Бурлацкая, 2002]). Значения ~600-летних вариаций обоих элементов недипольной части поля показывают единый ход их изменения. Это - свидетельство единства процесса вариаций недипольной части поля. На рис. 3 (внизу) показано сравнение быстрых археомаг-нитных вариаций Барх с величинами недипольной части поля Бнд.. Следует отметить всплеск (экскурс) в конце первого тысячелетия до н.э., описание которого есть в работе [Бурлацкая, 2002].
Этот всплеск делит картину изменения геомагнитного поля на две: до него и после.
Из графиков видно удовлетворительное сходство сопоставленных величин за последние 3000 лет. Факт смены режимов изменения поля отмечался в работе [Бурлацкая, 2002]. Следует иметь в виду и то обстоятельство, что данные за первую половину изучаемого временного интервала гораздо менее весомые. Тем не менее можно, по-видимому, считать, что удовлетворительное совпадение значений быстрых археомагнитных вариаций и величин недипольного поля свидетельствует об их единой природе; другими словами быстрые вариации геомагнитного поля отражают недиполь-ную часть геомагнитного поля.
2. ПРИРОДА БЫСТРЫХ ВАРИАЦИЙ
Неоднократно в разных работах подчеркивался факт недостаточности археомагнитных определений, их неодинакового распределения по временной шкале. Для последних 2-3-х тыс. лет данных больше и они весомее; в особенности для последних 20 веков н.э. Целью изучения этих данных было выявить, оценить природу быстрых вариаций.
На рис. 41 показаны вариации наклонения недипольного поля (а) 1нд. за последние 2 тыс. лет. и (б) склонения Бнд.; для: Англии, Центральной Европы, Болгарии-Югославии, Украины-Молдавии, Украины-Крыма, Кавказа, Средней Азии, Монголии, Китая, Западной Японии, Японии в целом, двух пунктов Северной Америки, Исландии (см. табл.). Для Бн д есть набор данных для тех же территорий, исключая Среднюю Азию, Монголию, Китай, Исландию. Визуальное сопоставление вариаций дает общее представление: размах колебаний -порядка 20° для наклонения и порядка 40°для склонения. Вариации 1нд. и Бнд - сложные колебания, результат суперпозиции р
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.