На нас все время воздействуют небольшие, локальные магнитные поля. Какие-то из них постоянные, а какие-то – временные. Эти поля почти всегда рукотворны, то есть искусственного происхождения, и используются для выполнения той или иной полезной функции. Иногда они оказываются побочным продуктом при выполнении какой-либо полезной функции. Магнитные поля действуют в весьма ограниченном пространстве, поэтому их можно обнаружить только вблизи магнита. Но все это лишь слабые проявления гораздо более мощного магнитного поля, которое охватывает всю нашу планету и имеет исключительно естественное происхождение. Мы не можем почувствовать его, но все время им пользуемся.
Большинство из нас – особенно любители совершать длительные пешие походы по незнакомой местности – воспринимают компас как нечто совершенно естественное. Очень удобно брать в походы прибор, стрелка которого всегда указывает на север. Сколько бы компасов у вас ни было – десять, двадцать или двести и как бы вы их не размещали, все они всегда указывают на север. Вы можете перенести свою коллекцию компасов в любое место на Земном шаре, разложить ее на земле – и стрелки всех компасов будут указывать на север. Магнитное поле Земли повсеместно. Оно пронизывает наши города, леса и горные массивы. Мы живем в нем и хотя и не ощущаем его действия, компас всегда напомнит нам о его существовании.
Компас – гениально простой измерительный прибор. Его стрелка – это магнит, поэтому ее концы ведут себя по-разному, будучи северным и южным полюсами магнита. Если два магнита разместить рядом и перемещать относительно друга друга, то вскоре вы заметите, что сдвинуть между собой два северных полюса очень трудно, тогда как разноименные полюса магнитов сильно притягиваются. Именно поэтому так легко определить направление магнитного поля: если поместить небольшой подвижный магнит внутри магнитного поля, он будет поворачиваться вокруг собственной оси до тех пор, пока его северный и южный концы не окажутся ориентированными вдоль этого магнитного поля. Именно в этом и заключается принцип действия компаса: подвижный магнит, который поворачивается в направлении внешнего магнитного поля. Вы не можете видеть обширное магнитное поле Земли, но можете видеть стрелку компаса, реагирующую на него. Впрочем, компасы реагируют не только на магнитное поле Земли. Возьмите в руку компас и походите с ним по комнатам своего дома. Вы наверняка обнаружите магнитные поля вокруг электрических розеток, стальных кастрюль, бытовых электроприборов, магнитов, закрепленных на холодильнике, и даже возле утюга, если он недавно побывал возле какого-либо магнита.
Компасы, понятное дело, используются главным образом для ориентирования на местности. Проложить маршрут, находясь на поверхности сферы, не так-то просто, но магнитное поле Земли уже не одно столетие служит необычайно надежным инструментом для исследователей. У Земли есть северный магнитный полюс и южный магнитный полюс, и каждый обладатель компаса может легко ориентироваться на местности по какому-то из них. В качестве навигационного инструмента магнетизм прост, дешев и безотказен. Однако тут следует сделать несколько важных оговорок, причем оговорка номер один звучит неожиданно серьезно: магнитные полюса Земли не строго фиксированы и могут со временем менять местоположение.
В день, когда я пишу эти строки, северный магнитный полюс Земли расположен на север от Канады и находится примерно в 430 километрах от «истинного севера», то есть реального Северного полюса, который определяется осью вращения Земли вокруг собственной оси. С того же самого дня в прошлом году северный магнитный полюс сместился на 42 километра; сейчас он движется через Северный Ледовитый океан в направлении России. Это вряд ли вселит оптимизм в тех, кому часто приходится ориентироваться на местности, хотя, учитывая, насколько огромен наш мир, блуждание магнитных полюсов не такая уж проблема, как кажется поначалу. Причина такого блуждания в том, что внутренняя «начинка» нашей планеты отнюдь не похожа на статичный каменный шар.
Глубоко-глубоко у нас под ногами медленно перемешивается и взбалтывается насыщенное железом внешнее ядро Земли, вследствие чего происходит передача тепла от центра Земли к ее поверхности, а вращение планеты заставляет вращаться и расплавленное содержимое ядра. Из-за насыщенности железом это инертное внешнее ядро представляет собой электрический проводник, то есть может вести себя подобно электромагниту в тостере. Ученые полагают, что магнитное поле Земли создается электрическими токами, проходящими через ее внешнее ядро в ходе его вращения. Процесс основывается на медленном перемешивании расплавленной лавы во внешнем ядре Земли, а поскольку процесс перемешивания расплавленной лавы с течением времени меняется, происходит блуждание магнитных полюсов. Их ориентация примерно соответствует ориентации оси вращения Земли, так как вращение насыщенного железом внешнего ядра Земли обусловлено вращением планеты в целом, однако это соответствие лишь приблизительное.
Таким образом, при потребности в более точной навигации вы должны вносить поправку на текущее положение магнитного полюса, потому что он не совпадает с истинным Северным полюсом. Сегодняшние географические карты показывают направление обоих полюсов. Только что я посмотрела на карту южного побережья Великобритании (такие карты издаются картографическим управлением Великобритании и отличаются высокой точностью), в ней наверху указаны и северный магнитный полюс, и истинный Северный полюс. Глядя на нее, я прихожу к выводу, что если бы вы двигались по компасу строго на север и прошли бы при этом 40 километров, то в результате отклонились бы от истинного направления на север примерно на 1 километр в сторону запада. Географическая карта – относительно постоянный документ, тогда как магнитное поле, которое вы используете как инструмент ориентирования на местности, со временем изменяет направление. Наличие современных технологий вроде GPS избавляет нас от беспокойства по поводу блуждания магнитных полюсов. Но в авиации, где применяется одна из самых сложных навигационных систем нашего времени, фактор блуждания магнитных полюсов приходится учитывать.
В следующий раз, оказавшись в аэропорту, обратите внимание на обозначения в начале каждой взлетно-посадочной полосы (ВПП). Каждая ВПП в мире помечается определенным числом, которое обозначает ее ориентацию по отношению к направлению на север и выражается в градусах, поделенных на десять. Так, взлетная полоса в аэропорту Glasgow Prestwick имеет номер 12, поскольку самолет, приземляющийся на нее, должен следовать курсом 120 градусов. Каждая ВПП обозначается числом от 01 до 36[82]. Когда мы говорим о курсе, которым следует самолет, то имеем в виду направление его движения относительно магнитного севера, поскольку компас указывает именно это направление. В 2013 году взлетная полоса 12 в Глазго стала взлетной полосой 13, что было обусловлено смещением магнитного полюса. Разумеется, она осталась на прежнем месте, но магнитное поле Земли изменило ориентацию. Авиаторы отслеживают эти изменения и по мере необходимости вносят соответствующие поправки в обозначения взлетных полос. Учитывая, что полюса блуждают относительно медленно, это не составляет труда.
Впрочем, блуждание полюсов – далеко не вся история. Непостоянство магнитного поля Земли приходится учитывать не только тем, кто решает навигационные проблемы. Оно помогло, пусть и косвенно, окончательно подтвердить одну из наиболее противоречивых, простых и впечатляющих гипотез, когда-либо выдвигавшихся геологами. Континенты, эти бескрайние каменистые массы, которые доминируют на поверхности Земли, не стоят на месте. Они движутся.
В 1950-е годы человеческая цивилизация вступила в новую технологическую и научную эпоху. Закладывались основы современного общества. В ту пору начали появляться и набирать популярность микроволновые печи, Lego, Velcro и бикини. Люди постепенно смирились с необходимостью жить в атомном веке, заново переписывались социальные правила, в нашу жизнь вошли кредитные карточки. Несмотря на эти впечатляющие технологические достижения, мы все еще очень мало знали планету, на которой живем. Геологи классифицировали все минералы, встречающиеся на Земле, но не могли объяснить саму Землю. Как образовались горы? Почему этот вулкан находится здесь, а не там? Почему одни горные породы такие старые, а другие – молодые? Почему горные породы выглядят по-разному в зависимости от того, под каким углом на них смотреть?
Одна из загадок, которую людям особенно не терпелось разгадать, состояла в том, что восточное побережье Южной Америки и западное побережье Африки выглядели так, словно когда-то представляли собой одно целое, а затем его взяли да и разорвали на две части. Там все сходится: виды горных пород, формы и древние окаменелости. Как объяснить такие совпадения? Большинство ученых считали их лишь забавным курьезом, не заслуживающим серьезного внимания. Им казалось немыслимым, что столь огромные образования, как континенты, могли «разъехаться» в стороны. В начале XX века немецкий исследователь Альфред Вегенер, собрав все существовавшие на тот момент научные факты, выдвинул идею «континентального дрейфа». Вегенер предположил, что Южная Америка и Африка когда-то были соединены друг с другом и что одна из этих огромных масс земли откололась от другой и начала дрейфовать по поверхности планеты. Очень немногие ученые серьезно отнеслись к этой гипотезе: мысль о том, что целый континент мог проделать путь в 5000 километров, большинству ученых казалась нелепой. Если бы это на самом деле было так, то под действием какой силы происходил такой дрейф? Сам Вегенер предположил, что континенты «пропахали» себе путь через океанические скальные породы, но не смог подтвердить свою догадку фактами. Правда, никому не удалось выдвинуть более правдоподобную версию. Со временем гипотеза Вегенера была преданы забвению.