Земля - это огромный магнит. Ее магнитное поле простирается на расстояние, равное 20-25 радиусам планеты, и образует наряду с атмосферой и ионосферой третий, "броневой" пояс - магнитосферу. Она защищает Землю от мощного потока космических частиц - протонов, альфа-частиц, небольшого количества электронов, позитронов и некоторых других. Только в районе магнитных полюсов они могут достичь атмосферы. Чтобы узнать все это, людям потребовалось не одно столетие.

Знакомство человека с магнитными свойствами горных пород восходит к античным временам. Уже тогда был известен магнетит - невзрачный на вид темно-серый минерал, называемый еще магнитным железняком. Одни исследователи считают, что минерал обязан своим названием древнему городу Магнесия в Малой Азии, хотя там и не обнаружено магнитных руд. Другие связывают его со старой легендой о пастухе Магнусе: однажды он оперся о камень своим посохом и потом с трудом оторвал его - так сильно камень притягивал к себе железный наконечник посоха...

Древнеримский ученый Плиний Старший оставил рассказ об опасном месте, встретившемся на пути мореплавателей в Эфиопском (Красном) море. Корабль, проплывавший мимо загадочной горы, расположенной в этом море, будто бы рассыпался, т.к. железные гвозди из обивки выдергивались силой магнита.

Земное магнитное поле интересовало многих ученых, которые пытались использовать его для ориентирования по сторонам света. В Китае уже почти 4000 лет назад было известно свойство природного магнита поворачиваться одним концом на север, а противоположным - на юг. "Магнит - это камень, который дает направление железной игле" - такое определение природного магнита приводили китайские ученые в энциклопедии, составленной во II веке. В 1187 году английский монах Александр Некэм писал в своем трактате: "В пасмурные дни или темные ночи, когда не видно небесных светил, моряки намагничивают железную иглу, продевают ее сквозь соломинку, плавающую на воде, и таким образом определяют, где север".

В 1269 году французский ученый Пьер де Мерикур, по прозванию Перегрин, написал трактат "Письмо о магните". Это был первый в Европе труд по магнетизму. Перегрин изложил в своем сочинении свойства магнитного камня, объяснил, как находить у него полюса и как намагничивать железную иглу. Ученый предложил назвать конец намагниченной стрелки, указывающей на север, северным, а противоположный - южным. Он усовершенствовал компас, соединив его с морской астролябией (до XVIII века этот прибор служил для определения широт и долгот), а также сконструировал два новых магнитных компаса. Один из них содержал плавающий магнит, другой - "сухую" намагниченную стрелку, вращавшуюся вместе с вертикальной осью. Второй компас имел 360 делений и линейку для измерения азимутов.

Многие естествоиспытатели того времени считали, что компасную стрелку направляет точно на север сила притяжения Полярной звезды. Перегрин первым догадался, что сама Земля создает силу, заставляющую стрелку магнитного компаса двигаться. Но все эти открытия целых три века почти никому не были известны. Книгу Перегрина опубликовали только в 1558 году в Германии.

Многие ученые и мастера старались усовершенствовать компас. История сохранила имена некоторых из них. Так, в Италии есть памятник Флавио Жиойе (XIV век), сумевшему улучшить существовавшую тогда конструкцию магнитного компаса. Из поколения в поколение передавалась легенда о молодом моряке Флавио, полюбившем красавицу Анжелику. Отец девушки был капитаном корабля. Однажды из-за густого тумана его корабль сбился с курса и ударился о скалы. Капитан оказался единственным из всей команды, кому удалось спастись, и он поклялся выдать дочь замуж только за того, кто создаст прибор, позволяющий отыскивать путь в ночи и тумане. Флавио Жиойя сделал такой прибор, и отец сдержал слово. Юноша скрепил магнитную стрелку с бумажным кругом (картушкой), нанес на него градусные деления и рисунок, получивший название "роза ветров". (Роза ветров - векторная диаграмма, характеризующая режим ветра в данном месте по многолетним наблюдениям.) К центру круга он провел лучи, соответствующие 32 направлениям - румбам. (Румб - в морской навигации мера угла окружности горизонта, разделенного на 32 части.)

В 1492 году моряки из экспедиции Христофора Колумба через несколько дней после отплытия из Европы с беспокойством обнаружили отклонение стрелки компаса на 5 градусов от направления на Полярную звезду. Колумб с трудом успокоил свою команду и убедил продолжать путешествие, ведь магнитное склонение, т.е. угол отклонения магнитной стрелки от направления на географический север, в различных участках земного шара неодинаков. Причины этого ему найти не удалось.

Значительно позже выяснилось, что, например, в Японии магнитное склонение мало', а в центральной части Гренландии оно достигает 60 градусов (в западном направлении), и по направлению магнитной стрелки здесь едва ли можно определить положение Северного полюса. Только там, где склонение равно нулю, стрелка компаса действительно указывает на север.

В 1544 году европейцы сделали и другое важное открытие. Пастор Гартман из Нюрнберга, работавший в молодости механиком, установил, что северный конец намагниченной стрелки всегда стремится наклониться вниз. Английский моряк Норман в 1576 году заметил, что в Лондоне стрелка устанавливается под углом 71 градус 50 минут относительно горизонтальной плоскости. В высоких широтах склонение достигает еще больших величин. В Южном полушарии Земли вниз поворачивается южный конец стрелки. Тогда исследователи предположили, что стрелка компаса реагирует на источники магнетизма, скрытые глубоко в недрах Земли.

Служивший придворным лекарем у английской королевы Елизаветы выдающийся естествоиспытатель Уильям Гильберт потратил 18 лет жизни и почти все свое состояние на опыты по изучению магнетизма. Результаты он изложил в книге "О магните, магнитных телах и о большом магните - Земле" (1600 год). Гильберт исследовал все лечебные и другие свойства магнита, упомянутые в древних трактатах. Он экспериментально доказал, что Земля представляет собой огромное намагниченное тело с двумя полюсами.

Гильберт выточил из магнитной железной руды шар, который назвал "терелла", т.е. "маленькая Земля". В ходе опытов стрелки компасов располагались вокруг магнитного шара так же, как и вокруг земного на различных широтах. Ученый ошибочно полагал, что магнитные полюса Земли совпадают с географическими.

В 1694 году англичане были потрясены гибелью своей эскадры на пути к Гибралтарскому проливу. Для выяснения причины катастрофы и проведения магнитных измерений в Атлантическом, а затем и в Тихом океане правительство Британии направило экспедицию под руководством астронома и геофизика Эдмунда Галлея. Вернувшись в Англию, Галлей издал первую в мире магнитную карту, нанеся на нее линии равного склонения (1701 год).

Большой вклад в изучение земного магнетизма внес великий русский ученый Михаил Васильевич Ломоносов. Он усовершенствовал астрономические и навигационные приборы, создал первый в мире самопишущий компас, позволяющий в любое время определять изменения движения корабля за счет действия ветра, оплошностей рулевого и т.п. С помощью часового механизма, двигавшего бумажную ленту, компас автоматически вычерчивал на ней любвые отклонения от заданного румба.

Первая систематическая магнитная съемка океанов была выполнена американской немагнитной шхуной "Карнеги" в 1910 году, названной так по имени миллиардера, пожертвовавшего большую сумму денег на научные исследования. Все ее части, включая двигатель, якорь, цепи, были сделаны из латуни, бронзы, марганцевой немагнитной стали и дерева. Шхуну снастили довольно точной для того времени аппаратурой. После почти 20-летнего плавания, в 1929 году, на судне возник пожар, и оно затонуло.

В 1952 году в СССР спущена на воду немагнитная шхуна "Заря". Корпус ее изготовлен из сосны и дуба, а все крепления - из немагнитных сплавов (латуни и бронзы). На шхуне установлено научное оборудование, позволяющее непрерывно и с высокой точностью регистрировать основные элементы земного магнетизма.

Магнитное поле Земли весьма слабое - около 0,3 Гс вблизи экватора и 0,7 Гс в полярных районах. Для сравнения: магнит небольшого размера обычно создает поле напряженностью в несколько десятков гауссов. (В гауссах (Гс) измеряется магнитная индукция, в вакууме она совпадает с напряженностью магнитного поля. Единица названа в честь великого немецкого математика Карли Фридриха Гаусса.)

Непрерывные записи любой магнитной обсерватории показывают, что земное магнитное поле непостоянно. Отмечаются небольшие ежедневные циклические изменения - суточные вариации. Вариации склонения составляют угол в несколько минут, вариации напряженности земного магнитного поля - порядка 0,0001 Гс.

Иногда наблюдаются значительные изменения магнитного поля - до нескольких градусов по склонению и до 0,1 Гс по напряженности. Такие сильные возмущения называют магнитными бурями. Магнитная буря, продолжающаяся несколько суток, часто сопровождается нарушением радиосвязи, а в высоких широтах - полярным сиянием; она отрицательно влияет на здоровье людей. Чем же вызвано это явление?

Под действием магнитного поля Земли и вращения планеты вокруг своей оси в верхних слоях атмосферы (их называют ионосферой) возникают электрические токи. Они поддерживаются за счет постоянного образования большого количества заряженных частиц - ионов и свободных электронов - из расщепляемых солнечной радиацией молекул атмосферных газов.

Эти электрические токи оказывают существенное влияние на состояние магнитного поля Земли. В периоды повышенной солнечной активности всплески радиационного излучения вызывают усиление электрических токов ионосферы, что и служит причиной возникновения магнитных бурь.

Почему же Земля - магнит? Этот факт до сих пор остается одной из самых больших научных загадок. Много гипотез уже было предложено и отвергнуто. Для образования магнитного поля необходимо либо намагниченное тело, либо электрический ток. Долгое время считалось, что земное поле создано огромным магнитом, находящимся в глубинах планеты.

Сторонники этой гипотезы считают, что нашу планету правильнее было бы называть большой динамо-машиной, чем большим магнитом. (Динамо - устаревшее название электрического генератора постоянного тока.)

Магнитное поле существует на Земле повсеместно. Его распределение по поверхности отображают на специальных магнитных картах при помощи изолиний. Поскольку поле непрерывно меняется, карты приходится составлять заново через каждые несколько лет, а некоторые даже ежегодно.

Круные блоки пород с повышенной намагниенностью влияют на магнитное поле. Поэтому при поисках месторождений полезных ископаемых особое внимание обращают на магнитные аномалии (от греч. "аномалиа" - "неровность") - те районы, где наблюдаются отклонения от нормального поля. Аномалии возникают потому, что горные породы в земной коре намагничены по-разному. Наибольшую намагниченность создают минералы, содержащие железо. Осадочные породы обычно слабомагнитны.

Магниторазведка основана на изучении тех изменений магнитного поля на поверхности Земли, которые зависят от магнитных свойств полезных ископаемых и окружающих горных пород. Метод магниторазведки применяют давно. Уже в XVII столетии в Швеции и России (на Урале) для поиска железных руд использовали компас. В 20-х годах ХХ века были обнаружены магнитные породы, образующие Курскую магнитную аномалию, отмеченную еще в 1783 году.

Геологи-геофизики, изучающие аномалии магнитного поля Земли, называются магниторазведчиками. Они исследуют аномалии высокоточным прибором - магнито'метром. Основная его часть - вращающаяся рамка с измерительной обмоткой.

Магниторазведка играет важную роль при поисках бокситовых и никелевых месторождений, а также россыпных месторождений золота. Но наиболее эффективные результаты она дает при определении железорудных меторождений.

В геологии используется еще одна замечательная особенность горных пород - они сохраняют в своей "памяти" магнитное поле тех далеких времен, когда эти породы образовались. Такая намагниченность называется остаточной, а само свойство - палеомагнетизмом.

Горные породы намагничивались в течение всего периода своего формирования под действием магнитного поля Земли, даже несмотря на огромные перепады температур в ее недрах. Это обеспечивало стойкость их остаточного намагничивания к дальнейшим изменениям в земной коре в течение длительного промежутка времени. Остаточная намагниченность соответствует интенсивности и направлению магнитного поля Земли того времени и в том месте, где образовались породы. Поэтому "магнитная память" помогает восстановить картину распределения земного магнитного поля в отдаленные эпохи.

Но не только горные породы помогают раскрыть тайны прошлого. Древние керамические изделия, например кирпичи и посуда, тоже "запоминали" ту намагниченность, которую получали при обжиге.

Палеомагнитные исследования позволили установить, что направление естественной остаточной намагниченности некоторых горных пород оказалось противоположным современному магнитному полю. Впервые такие породы обнаружены во Франции в 1906 году. Теперь известно, что "обратно" намагниченных пород так же много, как и намагниченных в "прямом направлении". Просто в период формирования этих пород направление земного магнитного поля было противоположным современному: северный магнитый полюс располагался тогда на месте современного южного и наоборот. Конечно, смена магнитных полюсов - не очень быстрый процесс. На это уходит не менее 10000 лет. А между такими изменениями проходит еще больший срок.

Причина подобного явления до сих пор не рагадана учеными. Многие исследователи связывают с ним и резкие изменения в животном и растительном мире. Возможно, в такие периоды магнитное поле сильно ослабевает или даже исчезает. Тогда на Землю, не защищенную магнитным полем, проникает космическое излучение, влияющее на флору и фауну. Некоторые ученые высказывают смелое предположение, что и человек своим появлением обязан именно такой смене полярности магнитных полюсов.