Результатом постоянных многолетних наблюдений за магнитным склонением во многих обсерваториях Земли явилось сенсационное открытие: магнитное склонение в одних и тех же местах со временем изменяется. По данным многолетних наблюдений обсерватории Лондона установлено, что максимальное склонение магнитной стрелки зарегистрировано в 1940 г. (+11°), минимальное — в 1820 г, (-24°). Выяснилось, что и магнитные полюса Земли тоже перемещаются. Следовательно, карта магнитных склонений во время плавания Колумба отличалась от карт, созданных в настоящее время. Вот почему определенные нами по этой карте склонения будут отличаться от данных, полученных Колумбом. Исследования показали, что магнитная стрелка колеблется даже в течение суток. Причина же ее всегда беспокойного состояния в том, что она чутко отзывается на все изменения, которые происходят в гигантском магните — Земле. Для выявления причин изменения магнитного поля Земли во многих странах создана сеть магнитометрических станций, где регистрируются малейшие изменения показаний магнитной стрелки. По данным этих станций составляются и постоянно обновляются магнитные карты, на которых обязательно указывается год их составления.
Земля и ее оболочки
Изучая нашу планету, ученые выделили ряд присущих ей оболочек, или сфер: воздушную оболочку (атмосферу), жидкую оболочку (гидросферу) и литосферу — твердую оболочку, самую верхнюю часть которой называют земной корой. В начале XX в. учение о внешних оболочках Земли развил академик В. И. Вернадский, Он выделил прерывистую ледяную оболочку, которую известный советский гляциолог и физико-географ С. В. Калесник предложил назвать хионосферой, биосферу — область Земли, в которой развивается жизнь, и ноосферу — сферу разума. Более четверти века спустя еще один российский ученый, известный историк и географ Л. Н. Гумилев предложил рассматривать «все человечество… с географической точки зрения… как антропосферу — одну из оболочек Земли, связанную с бытием вида Homo sapiens». Наконец, ученые-географы выделили, как самостоятельную, оболочку Земли, в которой соприкасаются и взаимодействуют все перечисленные выше оболочки. По предложению академика А. А. Григорьева, она получила название географической оболочки Земли.
Самой верхней из внешних оболочек Земли является ее воздушная оболочка — атмосфера. Она в то же время является и самой легкой. Плотность ее воздуха даже в самых нижних слоях выражается тысячными долями (0,00129 г/см3). Плотность водной оболочки Земли — гидросферы — составляет уже около 1 г/см3. Под гидросферой располагается твердая земная кора — литосфера, Она состоит преимущественно из осадочных и кристаллических пород, средняя плотность которых 2,5–2,8 г/см3. Земная кора пронизана трещинами, из которых многие заполнены более тяжелыми, богатыми железом основными породами с плотностью 2,9–3 г/см3.
Геофизические исследования Земли, основанные на изучении колебаний земной коры, возникающих при землетрясениях или искусственных взрывах, показали, что наша планета имеет и внутренние оболочки, качественно отличные одна от другой. Действительно, если бы Земля была однородным телом, то сейсмические волны, вызванные искусственными взрывами, распространялись бы прямолинейно и с одинаковой скоростью. Изучение скоростей распространения различных волн в Земле показало, что земной шар состоит из ряда концентрических зон с различной плотностью и составом. По отражению упругих волн, вызванных землетрясениями, удалось установить и границы этих зон, а также сделать предложения о плотности вещества, температуре, давлении и других физических условиях в земных зонах. Согласно этим данным, внутреннее строение Земли можно схематически изобразить следующим образом (рис. 14). Верхние слои ее коры — это окаменевшие образования осадочных пород толщиной до 15–20 км. Следующий слой (зона А) мощностью от 8 до 60 км состоит из кристаллических пород (гранитов, диабазов, базальтов) и имеет среднюю плотность 2,6 г/см3 и давление 1000 атмосфер (атмосфера — единица измерения давления, равная давлению, которое производит столб ртути высотой в 760 мм на 1 см2; метрическая атмосфера соответствует давлению в 1 кг/см2). Мантия Земли (зоны В, С и D), имеющая толщину около 2900 км, состоит из окислов кремния, железа и марганца. Из-за огромного давления в оболочке Земли, которое возрастает до 7 х 106 атмосфер, плотность ее вещества увеличивается почти в 2 раза, электропроводность становится такой, как у металлов, а температура возрастает до 2727 °C. Железоникелевое ядро Земли (зоны Е, F) имеет радиус около 3500 км. На границе ядра и мантии плотность земного вещества резко возрастает до 9,5 г/см3, а само оно изменяет свое физическое состояние, и в зоне Е, а частично и в зоне F, становится жидким. Сердцевина ядра — это твердый, раскаленный до температуры 4727–5727 °C шар, где плотность вещества повышается почти до 18 г/см3 под действием грандиозного давления, которое достигает нескольких миллионов атмосфер, а электропроводность ядра значительно превышает электропроводность мантии.