Вокруг Света - Журнал «Вокруг Света» №3 за 2003 год

В XVIII – XIX веках проблемами геомагнетизма занимались такие выдающиеся ученые-энциклопедисты, как Гумбольдт, Гей-Люссак, Максвелл и Гаусс. Среди проектов, организованных Гауссом и Гумбольдтом, был, в частности, беспрецедентный по масштабам в истории геомагнетизма «Геттингенский союз». В рамках этого проекта в 50 точках земного шара на протяжении 5 лет (с 1836 по 1841 год) в течение 28 интервалов времени проводились одновременные измерения геомагнитного поля.

В начале XX века, в 1909 году, на воду была спущена плавучая магнитная лаборатория – яхта «Карнеги», принадлежавшая Отделу земного магнетизма Института Карнеги в Вашингтоне. На ней в течение почти 20 лет производились измерения магнитного поля в самых разных точках Мирового океана, а в 1953 году в свой первый рейс отправилась советская немагнитная шхуна «Заря», которая за три десятка лет постоянных экспедиций прошла все океаны, оставив за бортом 350 тысяч морских миль.

В 1947 году советским физиком Я.И. Френкелем для объяснения причин возникновения магнитного поля была предложена гипотеза земного динамо, впоследствии развитая и существенно дополненная другими учеными и превратившаяся в стройную теорию происхождения геомагнитного поля.

Эпохальным событием в истории магнитологии стало объяснение природы магнитных аномалий океана. Честь этого открытия принадлежит двум ученым – Д. Метьюзу и Ф. Вайну. В своей единственной совместной статье, опубликованной в 1963 году в журнале «Nature» под названием «Магнитные аномалии над океаническими хребтами», они предложили модель, которая объясняла все главные особенности океанических магнитных аномалий с необыкновенной легкостью и изяществом. Эта работа и легла в основу всех современных исследований геомагнитного поля.

Как только были сформулированы основные постулаты теории литосферных плит, стало ясно, что дно океана – это грандиозный носитель информации об инверсиях магнитного поля за многие миллионы лет.

Действительно, согласно тектонике литосферных плит – восходящие конвективные потоки мантии приподнимают литосферу и, раздвигая ее, образуют срединно-океанические хребты, сквозь трещины в которых изливаются базальтовые лавы. Магма же, заполнив трещину в срединно-океаническом хребте, остывает и превращается в кристаллическую горную породу – таким образом разрастается и постоянно обновляется океаническая литосфера. Ее формирование невозможно без постоянной подпитки расплавами горных пород, поднимающимися из недр Земли. А это значит, что в процессе охлаждения и кристаллизации изверженные расплавы неизбежно «запишут» всю информацию о магнитном поле Земли.

Таким образом, дно океана представляет собой гигантский «конвейер», две ленты которого перемещаются с одинаковой скоростью – от оси срединно-океанического хребта к берегам континентов. Так, в Атлантическом океане одна лента конвейера движется от оси Срединно-Атлантического хребта к берегам Американского континента, а вторая – к Европе и Африке. Состоят эти ленты из изверженных горных пород, которые поднимаются из глубин Земли в осевой части хребта сначала в расплавленном состоянии. У поверхности дна океана они, соприкасаясь с морскими водами, затвердевают и начинают свое движение в сторону континентов, причем поднявшийся из глубин блок горных пород раскалывается надвое вдоль оси хребта и каждая из половинок движется к «своему» берегу.

Таким образом, расплавленные горные породы, поднимаясь вверх по каналам к трещинам в оси срединно-океанического хребта, остывают и намагничиваются в соответствии с направлением и величиной геомагнитного поля в тот момент. А литосферные плиты разъезжаются от оси срединно-океанического хребта, унося на своих «спинах» свидетельства инверсий геомагнитного поля.

Пожалуй, самым важным следствием этой модели явилось осознание того факта, что непрерывная последовательность магнитных аномалий от оси хребта до окраин континента – есть не что иное, как законченная, полная история инверсий геомагнитного поля за все время жизни океанов.

Михаил Лейбов

Досье: Vita germetika

Что роднит противогаз, который еще в германскую натягивали на стриженые головы солдаты, пытаясь спастись от тевтонского иприта в сыром окопчике у мазурских болот, и современный космический скафандр? Общее между ними в том, что и простейший противогаз времен Первой Мировой, и космический скафандр наших дней – призваны «отгораживать» человека от враждебной среды, несущей ему гибель. способ спасения тоже общий. Его можно назвать «герметизацией» жизни.

Сама идея выживания в такой среде опирается на очевидную мысль – создать вокруг человека некий покров, под защитой которого он без ущерба для себя сможет находиться какое-то время. Причем, в этих условиях необходимо не просто сохраниться, но и выполнять сложнейшую работу. Главная трудность заключается в том, что человек способен жить и действовать в сравнительно узком «коридоре» биосферных условий. Планетарная «ниша» его обитания, обеспечивающая приемлемый состав воздуха, температуру и атмосферное давление, очень невелика и ограничивается пространством, простирающимся от поверхности Земли всего лишь на 6 километров.

Путь, ведущий в это пространство, первыми начали осваивать воздухоплаватели и авиаторы еще в начале прошлого века. К 30-м годам прошлого столетия высоты полетов аэропланов, а также дирижаблей стремительно увеличивались, столь же стремительно нарастал и объем новой информации об условиях обитания на больших высотах – свыше 6 000 м. Оказалось, что за этим рубежом начинался критический порог, после преодоления которого кислородное голодание становилось для «обычного» человека опасным – на этой высоте потеря сознания происходила буквально за несколько минут. За пределами же в 7—8 км в организме наступают уже крайне серьезные нарушения. Иногда даже экстренный спуск не в силах предотвратить наихудший исход. Только уникальные – «штучные» —люди в состоянии переносить дефицит кислорода на этой высоте.

Начиная с 10 км для дыхания нужен уже чистый кислород. Далее же, пропорционально «высотности» это время еще больше сокращается – на 16-километровой высоте оно равно уже 15 секундам. Поэтому на высоте свыше 12 км даже при дыхании чистым кислородом человек не может существовать без создания вокруг него избыточного давления.

Кроме кислородного голодания большую опасность на значительных высотах представляет понижение атмосферного давления, что приводит к декомпрессии. Азот, растворенный в тканях человека, переходит в газообразное состояние, что приводит к возникновению болевых ощущений.

Таким образом, для стратосферных полетов одной лишь кислородной маски недостаточно. И уже в 30-е годы были начаты работы по проектированию первых высотных скафандров, создающих вокруг человека атмосферу с избыточным давлением по отношению к окружающей атмосфере. Тогда их создавали для полетов людей на высотных воздушных шарах – стратостатах – предках первых низкоорбитальных космических кораблей.

Скафандр должен был стать универсальным средством защиты. Уже тогда определилось главное требование к нему – герметичность. Кроме того, он должен защищать человека не только от низкого барометрического давления, но и от перегрева и охлаждения.

Экспериментально доказано, что предельная температура тела, при которой еще сохраняется жизнь, составляет не более 42—43 и не менее 27°С. При особых условиях у людей с очень крепким организмом допустимо лишь кратковременное охлаждение до 22—24°С. Трудности, с которыми встретились создатели первых скафандров, были беспрецедентными, ведь они должны были обеспечить не просто физическое существование исследователя в экстремальных условиях, но и дать ему возможность выполнять необходимую работу, двигаться внутри летательного аппарата.

Первый отечественный скафандр «Ч-1» был спроектирован инженером Е. Чертовским более 70 лет назад, в 1931 году, и представлял собой простой герметичный комбинезон со шлемом, снабженным небольшим стеклом для обзора. В «Ч-1» можно было делать все что угодно, но только не работать. Да и ходить, по всей видимости, тоже, поскольку он не имел шарнирных соединений в локтевых и коленных суставах. По крайней мере, при внутреннем наддуве дыхательной смесью сгибать и разгибать конечности было невероятно сложно.

В 1932—1934 годах за скафандром-«прародителем» последовал следующий, получивший название «Ч-2». И хотя на нем уже были установлены шарниры, но и они полностью не решили проблемы подвижности рук и ног. Поэтому «настоящим» стал лишь третий скафандр Чертовского «Ч-3», который появился к 1937 году. До начала войны Чертовской создал целую серию скафандров – от «Ч-4» до «Ч-7», но его несомненным и главным вкладом в развитие отечественной техники стал все-таки «Ч-3» – первый высотный скафандр в нашей стране. По-видимому, осознание масштабов сделанного им пришло позже, а в конце 30-х конструктор получил премию Центрального Совета ОСОАВИАХИМа за разрешение проблемы подвижности скафандра.