Чудеса: Популярная энциклопедия. Том 2 - Мезенцев Владимир Андреевич (читать хорошую книгу .txt) 📗
Пока на ферромагнетик не действует внешнее магнитное поле, он не проявляет свойств магнита — магнитные моменты доменов нейтрализуют друг друга (значительную роль тут играет тепловое движение атомов). Но зато, попав в поле внешних магнитных сил, такое вещество легко становится магнитом, причем его свойства сохраняются и тогда, когда воздействие внешнего поля снято. Это означает, что какая-то часть доменов остается ориентированной, не возвращается в хаотическое состояние.
Интересно, что в микроскоп можно воочию увидеть перестройку доменов при намагничивании: сначала беспорядок сменяется порядком, а затем, когда снимается внешнее поле, порядок снова нарушается. Можно даже услышать этот процесс. Каким образом? Поместите внутрь небольшой проволочной катушки стальной сердечник, присоедините катушку к мощному динамику, а затем поднесите к катушке магнит. Сталь ответит звуками, словно в жестяную банку падают мелкие камешки. Это перестраиваются в металле домены… Пока мы говорили о так называемых парамагнитных телах. Но кроме них есть и такие вещества, которые не притягиваются, а отталкиваются от магнита. К ним относятся, например, серебро, висмут. Это так называемые диамагнетики. В чем причина здесь? Когда мы намагничиваем железо, в нем возникают разноименные с магнитом полюсы: против северного полюса появляется всегда южный полюс. А у висмута или золота все наоборот — у северного полюса магнита возникает северный полюс, а у южного — южный. Вот почему диамагнетики и отталкиваются от магнита.
Такова в самой общей и довольно упрощенной форме «механика» магнитных взаимодействий. Как уже говорилось, во многом еще это «чудесное» свойство материи не выяснено с достаточной полнотой. И несомненно наука о магнетизме откроет в этом явлении еще немало удивительных вещей, которые — при желании! — всегда можно истолковать как чудо.
Наверное, многие из моих читателей помнят старую школьную шутку об электричестве. Профессор, экзаменуя студента первого курса, спрашивает: «Что такое электричество?» Обрадованный «легким» вопросом, парень быстро отвечает: «Ну это очень просто. Электрический ток представляет собой направленное движение электронов…» и т. д. «Завидую вам, — с легкой иронией говорит профессор, — вы единственный человек в мире, который знает, что такое электричество». Аналогичную картину можно себе представить и с магнетизмом. «Магнетизм? Ну это же так просто…»
Ключ к прошлому
Археолог бережно поднял из отвала сосуд, созданный из глины много веков назад безвестным мастером. Очистил его мягкой щеткой от остатков земли. О чем может рассказать ученому эта находка?
Об очень многом. И в том числе о магнитном поле Земли в далеком прошлом.
Не торопись спрашивать, зачем это нужно. Изучая природные процессы во времени, ученый получает в свои руки более обширные и объективные данные, а это нередко приводит к пересмотру даже фундаментальных взглядов.
Уже давно было замечено: магнитные полюсы нашей планеты далеко не постоянны. Точнее сказать, это вечные бродяги.
Вот только одно наблюдение. За шесть лет (1948–1954) северный магнитный полюс переместился почти на полтораста километров ближе к географическому полюсу. И такие смещения идут постоянно. Ученые убедились в этом, когда стали проверять местонахождение магнитных полюсов в прошлом. Помогли старинные карты, составленные по магнитным координатам. Координаты менялись. И не как-нибудь, а подчиняясь определенной закономерности. Выяснилось, что за последние пять-шесть веков магнитные полюсы планеты совершили путешествие по большому кругу, причем сейчас они завершают цикл.
Возникает вопрос: а что было тысячи и десятки тысяч лет назад? Как путешествовали магнитные полюсы Земли тогда, когда на земном шаре еще не было человека? Казалось бы, необыкновенно трудная, возможно неразрешимая задача. Но для науки рискованно устанавливать пределы ее возможностей! По существу вся история научного познания представляет собой не что иное, как бесконечный ряд побед над теми, кто ограничивал и ограничивает могущество человеческого познания. Нашелся «ключик» и к магнитному прошлому нашей планеты.
Впрочем, пора уточнить, зачем же все-таки нужно ломать нам голову над трассами магнитных «бродяг». Ответ здесь не столь труден, как кажется.
Как уже говорилось, все мы живем в магнитном поле Земли. От его состояния зависят многие и многие природные явления и процессы. Магнитное поле оказывает несомненное влияние на живые организмы (об этом мы будем говорить дальше). Поэтому знать закономерности столь всеобъемлющего явления, как магнетизм земного шара, значит суметь разобраться во множестве других, самых различных вопросов, которые связаны с магнитным полем Земли и ждут от науки ответа.
Между тем, изучая магнетизм планеты, ученые сталкиваются с целым рядом загадок. Например, многолетние наблюдения напряженности магнитного поля показывают, что в разных местах она изменяется по-разному. Особенно интенсивны такие изменения в горных районах, подверженных землетрясениям. Почему? Понятно, насколько важно найти здесь ответ. Пока же можно лишь предположить, что подобная закономерность каким-то образом связана с самой природой земного магнетизма и с намагниченностью глубинных пород Земли. В изменениях магнитной напряженности ясно просматриваются также суточные и годовые циклы. Тут объяснение лежит на поверхности. Как видно, на магнетизм Земли влияет ее вращение и наша звезда — Солнце. А почему вообще земной шар — магнит? И чем магнитное поле Земли отличается от магнетизма на других небесных телах? С какими неожиданностями могут встретиться космонавты в своих полетах? Как улучшить службу «магнитной погоды»? Наконец, какие изменения в магнитном поле Земли мы можем ожидать в будущем?
Вопросов, как видите, предостаточно. И прояснить их может путешествие в магнитное прошлое Земли.
Сквозь тьму времени
Миллионы лет назад, как и в наши дни, на Земле происходили вулканические извержения. Выброшенные из недр расплавленные породы застывали потоками лавы. А в ней-то и сохраняются интересующие нас сведения.
В магме содержатся соединения железа, способные намагничиваться. При извержении, пока лава раскалена, этого не происходит. Высокая температура, как известно, размагничивает тела. Тепловое движение атомов нарушает в металле установленный полем порядок. Но как только лава начинает остывать, соединения железа приобретают свою прежнюю способность намагничиваться. И тогда магнитное поле Земли накладывает на изверженные породы свою четкую печать: намагниченные частицы вещества располагаются уже не хаотично, а вдоль силовых линий поля.
Теперь нам остается определить направление намагниченности у образца, взятого на месте древнего извержения. Узнав это, не трудно вычислить, где находились тогда магнитные полюсы Земли. Одновременно соответствующими методами определяют, когда произошло извержение.
Такой способ расшифровки магнитной летописи планеты не единственный. «Запоминать» местонахождение магнитных полюсов могут и осадочные породы. Опускаясь на дно Мирового океана, частицы стремятся расположиться также вдоль силовых линий Земли-магнита.
Наконец, на века и тысячелетия «консервируется» магнетизм в глиняных сосудах и строительных кирпичах. Ведь глина содержит минералы, способные намагничиваться.
Правда, кирпичи далеко не железные магниты. Обнаружить их намагниченность можно лишь с помощью высокочувствительных приборов. Но такие приборы теперь уже существуют. Изучая характер намагниченности глиняных изделий тысячелетней давности, ученые с уверенностью определяют, как путешествовали магнитные полюсы Земли в прошедшие века нашей истории. Даже небольшой обломок древней амфоры, найденный при раскопках, может рассказать многое. При этом, однако, нужно твердо знать, в каком положении по отношению к сторонам света находилась амфора при ее обжиге.
Вот, например, какая удача ожидала палеомагнитологов на развалинах древнего Карфагена. Римские легионы завоевали и разрушили этот город в 146 году до н. э. При раскопках ученые обнаружили гончарные мастерские, а в печах лежали еще не вынутые глиняные горшки, — они обжигались в тот самый день, который стал для Карфагена последним.
