Что означает «миграция» полюса в сторону Сибири?

В середине января ученые заявили, что необычно большая скорость, с которой смещается северный магнитный полюс Земли, привела к досрочному обновлению Всемирной модели магнитного поля — необходимой в том числе для нормального функционирования навигационных систем (а еще для работы карт в наших мобильных телефонах). Используется модель по всему миру, в том числе и в России, а отечественные магнитные обсерватории также предоставляют данные, необходимые для ее создания. «Известия» попросили российских ученых объяснить, что значат эти новости, может ли обновление модели привести к серьезным последствиям, что вообще происходит с магнитным полюсом и кто занимается такими исследованиями в России.

«Что-то происходит...»

«Что-то странное происходит на вершине мира. Северный магнитный полюс Земли удаляется от Канады и движется в сторону Сибири, движимый расплавленным металлом, скрытым внутри планеты. Полюс движется так быстро, что ученым-геологам пришлось пойти на неожиданный шаг» — так начинается статья Александры Витце, опубликованная на сайте авторитетного научного журнала Nature 9 января 2019 года.

Модель магнитного поля Земли
 

В ней, в частности, говорится о том, что высокая скорость, с которой северный магнитный полюс планеты меняет свое местоположение, вынудила ученых досрочно обновить так называемую Всемирную модель магнитного поля (World Magnetic Model или WMM), которая в том числе лежит в основе всех навигационных систем: от приборов военных и гражданских кораблей и самолетов до карт, доступных пользователям смартфонов.

Об этом же сообщили и на сайте Британской геологической службы(British Geological Survey) — одной из организаций, которая отвечает за выпуск обновленной версии модели. Ее сотрудник Чиаран Бегган объяснил, что в последние несколько десятилетий полюс, который обычно находится где-то между российскими и канадскими владениями на Севере, всё быстрее смещался в сторону Сибири. «Полюс двигается со скоростью примерно 50 км в год. При этом он почти не двигался с 1900-х по 1980-е, но заметно ускорился в последние 40 лет», — отметил он.

Спустя несколько дней об этом написали большинство англоязычных СМИ, а вслед за ними — и российские. При этом в сообщениях отмечалось, что неточности в существующей модели могут привести в том числе к трудностям в навигации. В первую очередь в Арктике, то есть на территории, расположенной в непосредственной близости от северного магнитного (не путать с географическим) полюса.

Схема перемещения северного магнитного полюса Земли
 

Представить обновленную версию должны были уже 15 января, однако в итоге эту дату перенесли на 30 января из-за шатдауна в США, где не работает большая часть служб, связанных с правительством. Сотрудники Национального управления океанических и атмосферных исследований США (NOAA) также принимали участие в обновлении модели. Один из них, Арно Чуллиа, пояснил изданию Nature, что ошибка «увеличивается постоянно».

Вообще-то магнитные полюса земли «блуждают» постоянно, при этом смещение северного магнитного полюса в последние годы действительно ускорилось. 

При этом само по себе увеличение скорости его движения — уже не новость, пояснил «Известиям» Владимир Павленко, ведущий научный сотрудник ИГЕМ РАН, советник ректора по международному сотрудничеству в Арктике Северного арктического федерального университета, вице-президент Международного арктического научного комитета.

— В Российской академии наук есть собственный геофизический центр, который на протяжении длительного времени осуществляет мониторинг изменения координат и направления движения северного магнитного полюса Земли, — отмечает ученый. 

Владимир Павленко, ведущий научный сотрудник ИГЕМ РАН, советник ректора по международному сотрудничеству в Арктике Северного арктического федерального университета, вице-президент Международного арктического научного комитета

В частности, специалист этого центра, по словам ученого, подтвердил сообщения об ускорении движения северного магнитного полюса в 2018 году на одной из арктических конференций. Николай Семаков, кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник Института нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН, который работает на одной из российских магнитных обсерваторий, рассказал «Известиям», что о подобном сценарии они предупреждали еще несколько десятилетий назад. 

— Тридцать лет назад мы опубликовали прогноз, согласно которому «истинный магнитный полюс через 200–250 лет окажется в Восточном полушарии». Об этом в том числе говорилось в монографии «Физика Земли. Новый взгляд на некоторые проблемы», изданной новосибирским издательством «Наука» в 1989 году. Сейчас такой прогноз представляется «замедленным», — говорит ученый. 

«Путешествие с компасом, под которым лежит топор» 

Всемирная модель магнитного поля — одна из двух моделей, которые используются для определения местоположения магнитных полюсов Земли.

— Положение северного магнитного полюса Земли в настоящее время не определяется непосредственно из полевых наблюдений, а вычисляется, исходя из Мировой магнитной модели или близкой к ней модели IGRF (International Geomagnetic Reference Field). Обе эти модели строятся на основе обобщения спутниковых и наземных данных о магнитном поле Земли, — рассказывает Андрей Костеров, доцент кафедры физики Земли СПбГУ НИИФ (Научно-исследовательского института физики им. А.В. Фока).

Магнитная и метеорологическая обсерватория при Университете Торонто

И согласно обеим этим моделям, добавляет он, получается, что северный магнитный полюс «довольно резко ускорил свое движение» примерно с 2000 года. 

Данные, которые ложатся в основу Всемирной модели магнитного поля, предоставляют магнитные обсерватории, которые работают по всей планете, пояснил «Известиям» заместитель директора Института физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН, доктор геолого-минералогических наук, профессор РАН, профессор МГУ, и доступ к ним имеют ученые со всего мира. 

— WMM — модель глобальная, она не может быть чьей-то, поскольку для ее корректного функционирования необходима информация о состоянии и изменениях магнитного поля Земли от как можно большего количества обсерваторий со всей планеты, — объясняет Роман Веселовский. 

Сама по себе WMM — это математическая модель, которая позволяет вычислять числовые характеристики магнитного поля Земли в любой точке на ее поверхности (а также над и под земной поверхностью). В том числе — напряженность или силу магнитного поля, его склонение и наклонение. Склонение означает угол между направлением на северный географический полюс и направлением на северный магнитный полюс, на который, собственно, и указывает стрелка компаса.

— Она «зашита» во все устройства, оснащенные компасом (смартфоны, GPS-навигаторы и т.п.). Если неправильно учесть магнитное склонение в данном месте, можно улететь/уплыть/заехать не туда. Магнитные полюса (северный и южный) находятся в постоянном движении — миграции. Соответственно, в каждой точке на поверхности Земли меняется и магнитное склонение, — продолжает ученый.

Именно поэтому ее обновляют регулярно — раз в пять лет. Однако в этот раз это сделали досрочно: предыдущая версия появилась в конце 2014 года, следующая должна была появиться в конце 2019-го и действовать до 2025 года. По словам Романа Веселовского, именно тот факт, что ученые были вынуждены досрочно обновить World Magnetic Model (Всемирная модель магнитного поля), говорит о значимости изменений.

— Если модели магнитного поля (WMM, IGRF) вовремя не обновить, то ошибки с навигацией возникнут на всей Земле, но эти ошибки будут тем больше, чем ближе мы приближаемся к полярным областям. Результат несвоевременного обновления модели магнитного поля будет примерно таким же, как путешествие с компасом, под которым лежит топор (вспомним Жюля Верна).

Сеть обсерваторий 

Все магнитные обсерватории, действующие в мире, объединены в общую международную сеть Intermagnet — именно благодаря ей полученные на них данные становятся доступными ученым из разных стран. На сайте организации можно посмотреть их полный список и расположение на карте. Всего обсерваторий больше ста, десять из них расположены на территории России. В том числе станции действуют в Новосибирской и Иркутской областях, на Камчатке, недалеко от села Паратунка, в Магадане, Хабаровске и в Якутии — недалеко от Якутска и от поселка Тикси. Действуют обсерватории также в Петербурге и Ярославской области (собственно магнитных обсерваторий в стране больше, однако не все включены в международную сеть и занимаются соответствующими измерениями).

Обсерватория имени Эрнста Кренкеля — геофизическая полярная обсерватория на острове Хейса архипелага Земля Франца-Иосифа

Чем ближе обсерватории сети Intermagnet расположены друг к другу, тем точнее будут полученные с их помощью данные, объясняет Роман Веселовский. Поэтому идеальным, по его словам, был бы вариант, при котором их сеть равномерно покрывала бы весь земной шар. Но этот вариант очень дорогой и крайне трудный в реализации. Пока же изучать магнитное поле Земли помогают в том числе ее искусственные спутники, с которых ведутся дополнительные измерения.

Значимость данных, полученных на той или иной обсерватории, помимо прочего, определяется продолжительностью времени, в течение которого на ней велись непрерывные наблюдения, объясняет Николай Семаков. Сам он работает в расположенной в Новосибирске обсерватории, которая относится к Институту нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН. При этом иногда даже после многолетних наблюдений от использования станции приходится отказываться из-за возникшего «магнитного засорения» прилегающей территории.

Специалисты, которые работают собственно в обсерваториях, ведут постоянное наблюдение за состоянием магнитного поля — различные параметры земного магнетизма там фиксируют ежесекундно, говорит ученый, чтобы на основе этих данных вывести минутные, часовые или среднегодовые значения. Последние в том числе используются и при создании Всемирной модели магнитного поля.  

Магнитное поле Земли взаимодействует с солнечным ветром

Кроме того, такие обсерватории выполняют дополнительные задачи — например, туда приходят запросы от Гидромета, связанные с конкретными магнитными бурями, — а также «по мере возможности», объясняет Николай Семаков, занимаются собственными исследованиями. В случае с сотрудниками новосибирской обсерватории речь идет как раз об изучении особенностей движения расчетных и истинных магнитных полюсов.

Ранее, по его словам, получать более точные данные о состоянии магнитного поля помогали так называемые пункты векового хода — в СССР действовала целая сеть таких пунктов, расположенных в том числе в труднодоступных районах. В 1990-е, отмечает ученый, большинство из них были заброшены.

— Это особенно печально в связи с устремленностью истинного магнитного полюса к «пустынным» в отношении обеспеченности магнитными обсерваториями и ПВХ сибирским берегам, — говорит Николай Семаков.

Долгое время ближайшими к северному магнитному полюсу обсерваториями были канадская магнитная обсерватория «Резолют-Бей» и российская «Мыс Челюскин» (наблюдения на ней прекратились в 2011 году). При этом наблюдения показывали, что северный магнитный полюс постепенно смещается от канадской станции к российской. Среди других отечественных обсерваторий, которые на протяжении предыдущих десятилетий находились ближе всего к месту «блуждания» полюса, Николай Семаков называет в том числе станции на острове Хейса, мысе Желания, Диксоне и в районе поселка Тикси.

Кроме того, чтобы собрать необходимые данные, ученые периодически проводят дополнительные наблюдения, в том числе на дрейфующих льдах.

Евгений Константинович Федоров — советский геофизик, начальник Гидрометслужбы СССР, государственный и общественный деятель, академик АН СССР, генерал-лейтенант инженерно-технической службы, Герой Советского Союза

— Здесь уместно вспомнить академика Евгения Константиновича Федорова, который в начале 1977 года не позволил прекратить магнитные наблюдения на станции «Северный полюс – 22». Станция на уникальной льдине проработала до 1982 года и провела магнитные наблюдения в непосредственной близости к магнитному полюсу. А в 1934 году он же вместе с Иваном Дмитриевичем Папаниным тоже «нестандартно» организовал магнитную обсерваторию на мысе Челюскин, — рассказывает ученый.

— Насколько мне известно, за историю геомагнитных наблюдений (с середины XIX века) подобное увеличение скорости миграции полюсов не наблюдалось. В геологическом прошлом такие быстрые перемещения полюса неоднократно случались, — объясняет Роман Веселовский.Правда, по его словам, сейчас организовывать дополнительные наблюдения «оказывается гораздо более сложным делом, чем в 1980-е годы».

В статье, которую группа ученых, в том числе Николай Семаков, опубликовала в журнале «Наука из первых рук» в 2016 году, отмечалась необходимость развития новых магнитных обсерваторий в арктической зоне России, а также создания своеобразного организационного центра, который мог бы координировать их работу. Сейчас, по словам геомагнитолога, была достигнута предварительная договоренность о создании магнитной обсерватории на острове Самойловском в устье реки Лены. Других организационных изменений, по словам Николая Семакова, «пока не наблюдается».

Увеличение числа обсерваторий, считает Роман Веселовский, позволит повысить точность наблюдений, однако поскольку модель аналитического магнитного поля «уверенно работает», можно сказать, что и сейчас действующих станций достаточно.

Идти за полем 

Все специалисты, с которыми связывались «Известия», говорят, что такая скорость смещения магнитного полюса зафиксирована впервые в истории научных наблюдений, однако вряд ли это происходит впервые в истории планеты.

Внутренняя структура Земли

Само по себе смещение полюса связано со внутренними процессами, которые происходят в жидком ядре планеты, расположенном на глубине от 2,9 тыс. до 5,1 тыс. км — именно оно генерирует магнитное поле планеты и приводит к перемещению полюса. Однако, как отмечается в том числе и в статье, опубликованной в журнале Nature, точно объяснить, почему полюс начал так активно «двигаться» именно сейчас, нельзя.

Роман Веселовский называет это «нормальной жизнью» магнитного поля, которое, напоминает ученый, «живет» в несколько ином масштабе времени, нежели мы. При этом для большинства жителей Земли досрочное обновление Всемирной модели магнитного поля, по его словам, не повлечет никаких последствий.

— В досрочном обновлении WMM для обычного человека нет ничего страшного; изменения магнитного поля необходимо своевременно учитывать, что и было сделано, — говорит ученый.

С этой точкой зрения согласен и Владимир Павленко. Правда, по его словам, «активность» магнитного полюса действительно приводит к определенным трудностям в Арктике.

— Что касается вопросов, связанных с локализацией определенных объектов в северном полярном полушарии и в арктической шапке, то, конечно, есть определенные сложности. Потому что интерпретация получаемых данных от центров не только России, но и Канады и США занимает определенное время и не всегда удается успевать за внесением соответствующих изменений в навигационные карты, — объясняет он, добавляя при этом, что происходит это, несмотря на все изменения, в плановом режиме. 

Именно своевременное внесение обновлений, судя по всему, — главное, на чем стоит сосредоточиться человечеству. Прогнозировать поведение поля, по словам Романа Веселовского, люди по-прежнему не умеют, но даже если просто вовремя реагировать на его изменения и обновлять модели, «ничего страшного не случится»