Навигация


Искусство водить корабль или самолет, учитывая склонение магнитной стрелки и другие условия, называется навигацией (от латинского слова «навис» — корабль. Навигацией также называют и период, в течение которого возможно судоходство).

Современный морской компас устанавливается на массивной тумбе. Вместо стрелки в нем вращается легкий диск, в середине которого укреплены параллельно расположенные маленькие магнитики.
Современный морской компас устанавливается на массивной тумбе. Вместо стрелки в нем вращается легкий диск, в середине которого укреплены параллельно расположенные маленькие магнитики. Этот диск с магнитами называется картушкой. Возле компаса помещают шары из железа и постоянные магниты, при помощи которых добиваются уничтожения вредного влияния железных масс корабля на стрелки компаса, т. е. уничтожают девиацию компаса.

Надо, однако, сказать, что на современных кораблях, построенных почти целиком из железа, компас не может показывать правильное направление магнитного меридиана, так как на него действует магнетизм судового железа. Это легко понять, если взять компас, заметить направление магнитной стрелки и затем приблизить к нему какой-нибудь железный предмет. Компас перестает показывать правильное направление: север — юг. Это явление — отклонение стрелки от действительного направления магнитного меридиана под действием судового железа — называется девиацией (от латинского слова «девиацио» — уклонение).

Для уничтожения девиации компаса разработаны различные способы. Так, например, вокруг компаса на судне располагают железные шары и магниты, магнитное поле которых может компенсировать (уравновесить) магнетизм судового железа, и поэтому компас показывает правильное направление магнитной стрелки. Вопрос об уничтожении девиации компаса разработал знаменитый русский ученый А. Н. Крылов.

Для того чтобы иметь полное представление о земном магнитном поле в данном месте, кроме магнитного склонения, надо знать также магнитное наклонение и напряженность магнитного поля.

Так как магнитные полюсы находятся внутри Земли, то магнитная стрелка, подвешенная по центру тяжести, стоит не горизонтально, а наклонена к горизонту.

Угол этого наклона называется магнитным наклонением. С приближением к магнитному полюсу угол магнитного наклонения увеличивается. На магнитном полюсе магнитная стрелка принимает вертикальное положение; магнитное наклонение здесь равно 90°.

В разных точках магнитного поля сила магнитного притяжения различна, поэтому говорят о напряженности магнитного поля. Чем больше напряженность магнитного поля, тем сильнее магнитное притяжение.

 

Служба земного магнетизма

Географические и магнитные полюсы Земли не совпадают. Для разных точек земной поверхности угол между направлением на географический полюс (направление меридиана места) и направлением на магнитный полюс бывает разным; этот угол называется магнитным склонением.
Географические и магнитные полюсы Земли не совпадают. Для разных точек земной поверхности угол между направлением на географический полюс (направление меридиана места) и направлением на магнитный полюс бывает разным; этот угол называется магнитным склонением.

Если из года в год наблюдать в одном и том же месте положение магнитной стрелки компаса по отношению к географическому меридиану, то можно обнаружить, что это положение не остается постоянным: оно медленно меняется так, что северный конец стрелки перемещается от меридиана либо к западу, либо к востоку. Хотя эти изменения в положении магнитной стрелки происходят очень медленно, их нельзя не учитывать. Поэтому карты магнитного склонения приходится время от времени менять, учитывая эти медленные изменения склонения. Они называются вековыми изменениями магнитного поля Земли (вековым ходом).

В разных местах земного шара вековые изменения магнитного поля происходят по-разному. Для того чтобы исправлять карты магнитного склонения соответственно вековым изменениям, нужно постоянно наблюдать за изменением магнитного поля. Эти наблюдения выполняет Служба земного магнетизма, которая организована почти во всех современных государствах. Служба эта имеет постоянные пункты наблюдения, которые называются магнитными обсерваториями. Она же устраивает экспедиции для определения направления и величины магнитного поля в разных местах Земли. На основании этих наблюдений составляются карты магнитного склонения.

 

Земной магнетизм дает возможность разведывать

недра земного шара

Действие магнитных сил на земной поверхности не везде одинаково. Встречаются места, где магнитное поле значительно сильнее, чем в соседних районах. Такие районы получили название магнитных аномалий.

В Советском Союзе имеется много мест, в которых стрелка компаса показывает аномальные склонения: около Одессы, в Кривом Роге, в Курской и Белгородской областях, на Урале и в ряде районов Сибири.

Сделайте опыт: накройте кусок железа или кусок железной руды (магнетита) картоном или фанерой и перемещайте компас по поверхности фанеры. Как только компас окажется вблизи места, под которым находится кусок железа, направление магнитной стрелки изменится. Она уже не покажет направление магнитного меридиана: ее конец будет направлен на то место фанеры, под которым скрыт кусок железа.

В ряде мест земной поверхности магнитная стрелка, вделанная в прибор (где она вращается на острие, как в компасе, или подвешена на тонкой гибкой нити), может быть прекрасным указателем залежей магнитных железных руд или вообще магнитных аномалий.

Кусок железа, положенный под фанеру, заставляет магнитную стрелку компаса отклониться. Таким образом, компас может быть прибором, обнаруживающим наличие вблизи него магнитных железных руд.
Кусок железа, положенный под фанеру, заставляет магнитную стрелку компаса отклониться. Таким образом, компас может быть прибором, обнаруживающим наличие вблизи него магнитных железных руд.

Свыше 150 лет назад русский ученый Петр Иноходцев обнаружил в районе теперешних Курской и Белгородской областей, что магнитные стрелки его приборов испытывают сильнейшее воздействие каких-то намагниченных тел, по-видимому, скрытых под земной поверхностью. Иноходцев тогда же высказал предположение, что между Курском и Волгой должно быть под землей большое скопление железной руды. В дальнейшем русские ученые не раз исследовали эти места, которые получили название района Курской магнитной аномалии (КМА).

Несмотря на то, что аномалия в районе Курской и Белгородской областей была очень хорошо изучена, все же до Великой Октябрьской социалистической революции не было точно известно, есть ли в этом районе железная руда, каковы условия ее залегания и ее запасы.

Великий основатель Советского государства В. И. Ленин поручил группе ученых во главе с И. М. Губкиным, А. Д. Архангельским и П. П. Лазаревым вновь исследовать этот район. Оказалось, что в земле на глубине от 150 до 300 м находятся огромные залежи — сотни миллиардов тонн сильно магнитных железных руд.

И в других районах нашей страны — на Урале, в Сибири, на Кольском полуострове — магнитные приборы позволили обнаружить места сильных магнитных аномалий; затем путем бурения в этих же местах установили наличие железной руды.

Для магнитной разведки употребляются более сложные приборы, чем обычный компас. Модель прибора, который носит название вертикальных магнитных весов, легко можно построить самому. Для этого необходимо взять пять тонких, хорошо отполированных иголок, одну вязальную спицу и пробку диаметром 15—20 мм, из трех деревянных планок сделать подставку (см. рис. на стр. 61 внизу). Одну из иголок необходимо пропустить по оси пробки, затем аккуратно, перпендикулярно иголке и возможно ближе к ней, проткнуть пробку спицей. Две пары оставшихся иголок следует воткнуть в деревянные планки подставки, как указано на рисунке, и положить на эти крестовины из иголок спицу, которая может вращаться около оси, сделанной из иголки.

Модель магнитных весов. Намагниченная спица указывает направление ,магнитного поля по отношению к горизонту.
Модель магнитных весов. Намагниченная спица указывает направление, магнитного поля по отношению к горизонту.

Передвигая спицу по отношению к оси, необходимо добиться, чтобы спица, положенная на подставку из иголок, заняла горизонтальное положение. Когда это удастся сделать, надо сильным магнитом или электромагнитом намагнитить спицу и снова положить ее на подставку. Окажется, что спица уже не будет занимать горизонтального положения, а наклонится под некоторым углом к горизонту. Этот угол окажется наибольшим, если ось вращения спицы будет расположена перпендикулярно к стрелке компаса.

Такой прибор представляет собой в то же время модель так называемой стрелки наклонения, ибо эта стрелка более или менее точно указывает, как направлено магнитное поле в данном месте по отношению к горизонту.

Такая стрелка очень чувствительна к воздействию на нее даже небольших намагниченных тел.

При помощи стрелки наклонения оказывается возможным находить намагниченные тела, скрытые под поверхностью, над которой стоит стрелка.

Если вы повторите при помощи вращающейся намагниченной спицы опыт нахождения куска железа, положенного под фанеру, то вы увидите, что стрелка наклонения гораздо точнее, чем стрелка компаса, укажет местоположение куска железа.

При магнитной разведке площадь, которую хотят разведать, разбивают на квадраты; ставят на угол квадрата магнитные весы и определяют при помощи их изменение магнитного поля. Затем перемещают прибор на другой угол квадрата и так ведут измерения вдоль всех линий, которые называются профилями измерения магнитного поля. Точки измерения переносят на карту местности, и на этой карте строят кривую, которая в виде графика покажет распределение изменений магнитного поля. По этому графику судят о том, в каких местах под  земной поверхностью можно ожидать намагниченных пород.

На основе магнитной съемки делают вывод: в таких-то местах и на такой-то глубине можно встретить намагниченные горные породы, в том числе руды металлов.

В настоящее время магнитные весы настолько усовершенствованы, что при помощи их обнаруживают под землей не только сильно магнитные железные руды, но и значительно более слабо намагниченные горные породы.

Для правильного истолкования наблюдений магнитной разведки важно знать, как сильно могут намагничиваться различные горные породы, например известняк, глина, песчаник, гранит, базальт. Чтобы сравнить способность различных горных пород намагничиваться в поле Земли, можно построить простую модель крутильных весов.

Для этого нужно иметь небольшой электромагнит. Он помещается в ящике, одна из стенок которого делается прозрачной (из стекла или плексигласа). В верхней стенке ящика делается отверстие, в которое вставляется клемма (из набора радиодеталей). К стерженьку клеммы прикрепляется (сургучом или канифолью) тонкая проволочка (чем тоньше, тем чувствительнее будет прибор). К другому концу этой проволоки прикрепляется алюминиевое коромысло, сделанное из фольги, согнутой несколько раз. На одном конце этого коромысла на трех ниточках укрепляется половина желатиновой облатки (из-под лекарств), а на другом конце — передвижной противовес, перемещение которого дает возможность уравновесить коромысло. После того как в облатку будет положен кусочек или порошок истолченной горной породы и когда коромысло уравновесится, снятая стенка ящика из стекла или плексигласа снова закрывается. Поворачивая клемму на верхней стенке ящика, добиваются того, чтобы облатка с испытуемым веществом была расположена недалеко от полюсов электромагнита. Затем электромагнит приключают к аккумулятору или к сухой батарее и наблюдают за втягиванием вещества в междуполюсное пространство. Чтобы узнать, с какой силой притягивает электромагнит испытуемое вещество, нужно закрутить нить, на которой висит коромысло, в сторону, противоположную притяжению электромагнита. Для этого поворачивают клемму, к которой прикреплен подвес, до тех пор, пока облатка с веществом не выйдет из поля электромагнита: угол поворота клеммы служит показателем способности вещества намагничиваться. Клемму желательно снабдить указательной стрелкой, при помощи которой можно отмечать углы поворота головки клеммы. Такая модель крутильных весов дает возможность исследовать степень намагничивания различных веществ.

Теперь для магнитной разведки применяются приборы, устанавливаемые на самолетах. Такие приборы очень быстро, со скоростью передвижения самолетов, автоматически записывают графики изменения магнитного поля в данной местности.

При помощи аэромагнитной съемки за последние годы открыто много крупных аномалий в различных местах нашей страны. Некоторые из этих аномалий оказались связанными с залежами богатых железных руд, как например Соколовско-Сарбайское месторождение в Кустанайской области Казахской ССР.

Магнитная разведка дает возможность делать некоторые заключения о строении земной коры, что очень ценно для геологического познания верхних слоев земного шара.

 

Служба земного магнетизма - В СССР данню функцию выполнял Научно-исследовательский Институт земного магнетизма (НИИЗМ) на базе Павловской (Слуцкой) магнитной обсерватории.

Магнитные аномалии - районы встречающиеся на поверхности Земли, в которых направление и значение вектора магнитного поля Земли очень сильно отличается от обычных значений геомагнитного поля для данной местности.

Курская магнитная аномалия - открыта в 1931 году. Считается одним из самых крупнейших в мире местрождений железных руд. Площадь около 120 тыс. км²

Аэромагнитная съемка - метод измерения напряжённости геомагнитного поля с самолёта; проводится для тектонического районирования, геологического картирования, поисков месторождений полезных ископаемых.