tumnigИзвестия высших учебных заведений. Нефть и газOil and Gas Studies0445-01083033-8174Industrial University of Tyumen10.31660/0445-0108-2021-2-39-52tumnig-925Research ArticleГЕОЛОГИЯ, ПОИСКИ И РАЗВЕДКА МЕСТОРОЖДЕНИЙ НЕФТИ И ГАЗАGEOLOGY, PROSPECTING AND EXPLORATION OF OIL AND GAS FIELDSТермоэлектрическая модель магнитного поля ЗемлиThermoelectric model of the Earth's magnetic fieldДмитриевА. Н.DmitrievA. N.

Дмитриев Аркадий Николаевич, д. г.-м. н., профессор кафедры прикладной геофизики

Тюмень

Arkadiy N. Dmitriev, Doctor of Geology and Mineralogy, Professor at the Department of Applied Geophysics

Tyumen

dmitriev38@inbox.ruПахаруковЮ. В.PakharukovYu. V.

Пахаруков Юрий Вавилович, д. ф.-м. н., профессор кафедры физики, методов контроля и диагностики

Тюмень

Yury V. Pakharukov, Doctor of Physics and Mathematics, Professor at the Department of Physics, Monitoring and Diagnostic Methods

Tyumen

Тюменский индустриальный университетРоссияIndustrial University of TyumenRussian Federation202110062021023952Copyright © Дмитриев А.Н., Пахаруков Ю.В., 20212021Дмитриев А.Н., Пахаруков Ю.В.Dmitriev A.N., Pakharukov Y.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://tumnig.tyuiu.ru/jour/article/view/925

Рассмотрен вариант термоэлектрической модели дипольного магнитного поля Земли. Ее основой являются присутствующие в ядре планеты геотермоэлектрические токи. Последние циклически изменяют свое направление, что со временем приводит либо к потеплению на Земле, если их движение направлено в сторону земной коры, либо к похолоданию — при движении в сторону внутреннего ядра. При каждой смене направления движения термотоков одновременно происходят инверсии полюсов магнитного поля Земли (МПЗ). Процесс инверсии мгновенный (в масштабах планетарного времени) и не является результатом постепенного разворота на 180° земной магнитной оси. В моменты инверсий термотоков в ядре суммарное геомагнитное поле уменьшается до уровня 4,6·10-6 Тл, постоянно поддерживаемого термотоками полупроводящих пород нижней мантии. Рассмотренный вариант термоэлектрической модели МПЗ может оказаться перспективным для изучения магнитных полей планет Солнечной системы.

A variant of the thermoelectric model of the Earth's dipole magnetic field is considered. It is based on geothermoelectric currents present in the planet's core. The currents cyclically change their direction, which leads over time either to warming on the Earth, if their movement is directed towards the Earth's crust, or to cooling, when moving towards the inner core. With each change in the direction of movement of the thermal currents, the poles of the Earth's magnetic field are inverted simultaneously. The inversion process is instantaneous (on the scale of planetary time) and is not the result of a gradual reversal on the 180° Earth's magnetic axis. At the moment of inversions of thermal currents in the core, the total geomagnetic field decreases to the level of 4.6∙10-6 T, which is constantly supported by thermal currents of semi-conducting rocks of the lower mantle. The considered version of the thermoelectric model of the Earth's magnetic field may be promising for studying the magnetic fields of planets in the Solar system.

геотермоэлектрические токиинверсия магнитных полюсовмагнитное поле Землимагнитное поле нижней мантиитермоэлектрическая модель магнитного поля Землиgeothermoelectric currentsinversion of magnetic polesthe Earth's magnetic fieldmagnetic field of the lower mantlethermoelectric model of the Earth's magnetic fieldReferencesRikitake, T. Electromagnetism and the Earth's interior / T. Rikitake. − Amsterdam − London − New York, Elsevier Publishing Company, 1966. − 308 p. − Текст : непосредственный.Rikitake, T. (1966). Electromagnetism and the Earth's interior. Amsterdam - London - New York, Elsevier Publishing Company, 308 p. (In English).An iterative study of time independent induction effects in magnetohydrodynamics / M. Bourgoin, P. Odier, J.-F. Pinton, Y. Ricard. − DOI 10.1063/1.1739401. − Текст : непосредственный // Physics of Fluids. − 2004. − Vol. 16, Issue 7. − P. 2529−2547.Bourgoin, M., Odier, P., Pinton, J.-F., & Ricard, Y. (2004). An iterative study of time independent induction effects in magnetohydrodynamics. Physics of Fluids, 16(7), pp. 2529-2547. (In English). DOI: 10.1063/1.1739401Electromagnetic induction in non-uniform domains / A. Giesecke, C. Nore, F. Stefani [et al.]. − DOI 10.1080/03091929.2010.507202. − Текст : непосредственный // Geophysical & Astrophysical Fluid Dynamics. − 2010. − Vol. 104, Issue 5−6. − P. 505−529.Giesecke, A., Nore, C., Stefani, F., Gerbeth, G., Léorat, J., Luddens, F., & Guermond, J. (2010). Electromagnetic induction in non-uniform domains. Geophysical & Astrophysical Fluid Dynamics, 104(5-6), pp. 505-529. (In English). DOI: 10.1080/03091929.2010.507202The Riga dynamo experiment / A. Gailitis, O. Lielausis, E. Platacis, G. Gerbeth, F. Stefani. − DOI 10.1023/A:1024851818821. − Текст : непосредственный // Surveys in Geophysics. − 2003. − Vol. 24. − P. 247–267.Gailitis, A., Lielausis, O., Platacis, E., Gerbeth, G., & Stefani, F. (2003). The Riga dynamo experiment. Surveys in Geophysics, 24, pp. 247-267. (In English). DOI: 10.1023/A:1024851818821Laboratory Dynamo Experiments / G. Verhille, N. Plihon, M. Bourgoin [et al.]. − DOI 10.1007/s11214-009-9546-1. − Текст : непосредственный // Space Science Reviews. − 2010. − Vol. 152, Issue 1−4. − P. 543–564.Verhille, G., Plihon, N., Bourgoin, M., Odier, P., & Pinton, J. F. (2010). Laboratory Dynamo Experiments. Space Science Reviews,152(1-4), pp. 543-564. (In English). DOI: 10.1007/s11214-009-9546-1Соколов, Д. Д. Динамо : на пути от астрофизических моделей к лабораторному эксперименту / Д. Д. Соколов, Р. А. Степанов, П. Г. Фрик. − DOI 10.3367/UFNr.0184.201403g.0313. – Текст : непосредственный // Успехи физических наук. – 2014. – Т. 184, № 3. – С. 313–335.Sokolov, D. D., Stepanov, R. A., & Frick, P. G. (2014). Dynamos: from an astrophysical model to laboratory experiments. Uspekhi Fizicheskih Nauk, 184(3), pp. 292-311. (In English). DOI: 10.3367/UFNr.0184.201403g.0313Alfven, H. Electric currents in cosmic plasma / H. Alfven. – DOI 10.1029/RG015i003p00271. – Текст : непосредственный // Reviews of Geophysics. – 1977. – Vol. 15, Issue 3. – P. 271–284.Alfven, H. (1977). Electric currents in cosmic plasma. Reviews of Geophysics, 15(3), pp. 271-284. (In English). DOI: 10.1029/RG015i003p0027Зельдович, Я. Б. Гидромагнитное динамо как источник планетарного, солнечного и галактического магнетизма / Я. Б. Зельдович, А. А. Рузмайкин. – DOI 10.3367/UFNr.0152.198706c.0263. – Текст : непосредственный // Успехи физических наук. – 1987. – Т. 152, Вып. 6. – С. 263–284.Zeldovich, Ya. B., & Ruzmaikin, A. A. (1987). The hydromagnetic dynamo as the source of planetary, solar, and galactic magnetism. Uspekhi Fizicheskih Nauk, 152(6), pp. 263-284. (In Russian). DOI: 10.3367/ufnr.0152.198706c.0263First principles calculations on the diffusivity and viscosity of liquid Fe-S at experimentally accessible conditions / L. Vocadlo, D. Alfe, G. D. Price, M. J. Gillan. – DOI 10.1016/s0031-9201(00)00151-5. – Текст : непосредственный // Physics of the Earth and Planetary Interiors. – 2000. – Vol. 120, Issue 1–2. – P. 145–152.Vocadlo, L., Alfe, D., Price, G. D., & Gillan, M. J. (2000). First principles calculations on the diffusivity and viscosity of liquid Fe-S at experimentally accessible conditions // Physics of the Earth and Planetary Interiors, 120(1-2), pp. 145-152. (In English). DOI: 10.1016/s0031-9201(00)00151-5Минеев, В. Н. Об измерении вязкости расплавов металлов при высоких давлениях и расчетах вязкости применительно к ядру Земли / В. Н. Минеев, А. И. Фунтиков. – Текст : непосредственный // Успехи физических наук. – 2004. – Т. 174, № 7. – С. 727–742.Mineev, V. N., & Funtikov, A. I. (2004). Viscosity measurements on metal melts at high pressure and viscosity calculations in relation to the Earth's core. Uspekhi Fizicheskih Nauk, 174(7), pp. 727-742. (In English).Фунтиков, А. И. Об измерениях вязкости жидких железа и его соединений с серой при высоких давлениях и состоянии ядра Земли / А. И. Фунтиков. – Текст : непосредственный // Физика экстремальных состояний вещества – 2004 : [сборник] / Под редакцией В. Е. Фортова, В. П. Ефремова и др. – Черноголовка, 2004. – С. 18–19.Funtikov, A. I. (2004). Ob izmereniyakh vyazkosti zhidkikh zheleza i ego soedineniy s seroy pri vysokikh davleniyakh i sostoyanii yadra Zemli. Fizika ekstremal'nykh sostoyaniy veshchestva - 2004. Chernogolovka, pp. 18-19. (In Russian).Бражкин, В. В. Универсальный рост вязкости металлических расплавов в мегабарном диапазоне давлений : стеклообразное состояние внутреннего ядра Земли / В. В. Бражкин, А. Г. Ляпин. – DOI 10.3367/ufnr.0170.200005c.0535. – Текст : непосредственный // Успехи физических наук. – 2000. – Т. 170, № 5. – С. 535–551.Brazhkin, V. V., & Lyapin, A. G. (2000). Universal viscosity growth in metallic melts at megabar pressures: the vitreous state of the Earth's inner core. Uspekhi Fizicheskih Nauk, 170(5), pp. 535-551. (In Russian). DOI: 10.3367/ufnr.0170.200005c.0535Смайли, Д. Е. Прямые наблюдения вязкости внешнего ядра Земли и экстраполяция измерений вязкости жидкого железа / Д. Е. Смайли, В. В. Бражкин, А. Палмер. – Текст : непосредственный // Успехи физических наук. – 2009. – Т. 179, № 1. – С. 91–105.Smylie, D. E., Brazhkin, V. V., & Palmer, A. (2009). Direct observations of the viscosity of Earth's outer core and extrapolation of measurements of the viscosity of liquid iron. Physics-Uspekhi, 52(1), pp. 79-92. (In English).Бурмин, В. Ю. Скорость распространения продольных сейсмических волн в мантии Земли / В. Ю. Бурмин. – Текст : непосредственный // Физика земли. – 2004. – № 8. – С. 34–40.Burmin, V. Yu. (2004). P wave velocities in the mantle. Physics of the Earth. Izvestiya. Physics of the Solid Earth, 40(8), pp. 641-646. (In English).Бурмин, В. Ю. Вязкость земного ядра по сейсмическим данным / В. Ю. Бурмин. – Текст : непосредственный // Доклады академии наук. – 2008. – Т. 418, № 6. – С. 825–828.Burmin, V. Yu. (2008). Vyazkost' zemnogo yadra po seysmicheskim dannym. Doklady akademii nauk, 418(6), pp. 825-828. (In Russian).Пасынок, С. Л. Свободные колебания внутреннего ядра Земли для неравновесной модели Земли / С. Л. Пасынок. – Текст : непосредственный // Вестник Московского университета. Серия 3. Физика, Астрономия. – 1997. – № 4. – С. 43–46.Pasynok, S. L. (1997). Svobodnye kolebaniya vnutrennego yadra Zemli dlya neravnovesnoy modeli Zemli. Vestnik Moskovskogo universiteta. Seriya 3. Fizika, Astronomiya, (4), pp. 43-46. (In Russian).Долгинов, А. З. О происхождении магнитных полей Земли и небесных тел / А. З. Долгинов. – DOI 10.3367/UFNr.0152.198706b.0231. – Текст : непосредственный // Успехи физических наук. – 1987. – Т. 152, Вып. 2. – С. 231–262.Dolginov, A. Z. (1987). Origin of the magnetic fields of the earth and celestial bodies. Soviet Physics Uspekhi, 30(6), pp. 475-493. (In English). DOI: 10.1070/PU1987v030n06ABEH002851Арсеньев, С. А. Теоретическое моделирование главного магнитного поля Земли и планет / С. А. Арсеньев. – Текст : непосредственный // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. – 2015. – № 4–2. – С. 313–321.Arsen'ev, S. A. (2015). Teoreticheskoe modelirovanie glavnogo magnitnogo polya Zemli i planet. Aktual'nye problemy gumanitarnykh i estestvennykh nauk, (4-2), pp. 313-321. (In Russian).Elsasser, W. M. On the origin of the Earth's magnetic field / W. M. Elsasser. ‒ DOI 10.1103/PhysRev.55.489. ‒ Текст : непосредственный // Physical Review. ‒ 1939. ‒ Vol. 55, Issue 5. ‒ P. 489‒498.Elsasser, W. M. (1939). On the origin of the Earth's magnetic field. Physical Review, 55(5), pp. 489-498. (In English). DOI: 10.1103/PhysRev.55.489Vestine, E. H. The Earth's core / E. H. Vestine. – Текст : непосредственный // Trans. Am. geophys. union. ‒ 1954. ‒ Vol. 35. ‒ Р. 63‒72.Vestine, E. H. (1954). The Earth's core. Trans. Am. geophys. union, (35), pp. 63-72. (In English).Runcorn, S. K. The Earth's core / S. K. Runcorn. – DOI 10.1029/TR035i001p00049. – Текст : непосредственный // Transactions, American Geophysical Union. ‒ 1954. ‒ Vol. 35, Issue 1. ‒ Р. 49‒63.Runcorn, S. K. (1954). The Earth's core. Transactions, American Geophysical Union, 35(1), pp. 49-63. (In English). DOI: 10.1029/TR035i001p00049Dmitriev, A. N. A New Look On the Nature of the Earth's Magnetic Field / A. N. Dmitriev. ‒ DOI 10.1088/1755-1315/44/2/022001. ‒ Текст : непосредственный // IOP Conference Series : Earth and Environmental Science. ‒ 2016. ‒ Vol. 44, Issue 2. ‒ P. [1‒5].Dmitriev, A. N. (2016). A New Look On the Nature of the Earth's Magnetic Field. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 44(2), pp. [1‒5]. (In English). DOI: 10.1088/1755-1315/44/2/022001Дмитриев, А. Н. О возможной причине существования двух полюсов у природных поляризованных проводников / А. Н. Дмитриев. – Текст : непосредственный // Разведочная геофизика. – 1980. – Вып. 88. – С. 125–129.Dmitriev, A. N. (1980). O vozmozhnoy prichine sushchestvovaniya dvukh polyusov u prirodnykh polyarizovannykh provodnikov. Razvedochnaya geofizika, (88), pp. 125-129. (In Russian).Дмитриев, А. Н. Геолого-геофизические основы поисков электрически поляризованных объектов — нефтяных и рудных залежей (на примере Западной Сибири) / А. Н. Дмитриев. – Тюмень : Изд-во ТГУ. – 2007. – 226 с. – Текст : непосредственный.Dmitriev, A. N. (2007). Geologo-geofizicheskie osnovy poiskov elektricheski polyarizovannykh ob''ektov - neftyanykh i rudnykh zalezhey (na primere Zapadnoy Sibiri). Tyumen, Tyumen State University Publ., 226 p. (In Russian).Дмитриев, А. Н. Решение прямой и обратной задач на основе уточненной модели природы естественного электрического поля / А. Н. Дмитриев. – Текст : непосредственный // Геология и геофизика. – 2012. – Т. 53. № 6. – С. 797–812.Dmitriev, A. N. (2012). Forward and inverse self-potential modeling: a new approach. Russian Geology and Geophysics, 53(6), pp. 611-622. (In English).Калашников, С. Г. Электричество / С. Г. Калашников. – Москва : Наука, 1977. – 592 с. – Текст : непосредственный.Kalashnikov, S. G. (1977). Elektrichestvo. Moscow, Nauka Publ., 592 p. (In Russian).Савельев, И. В. Курс общей физики. Том II. Электричество и магнетизм. Волны. Оптика / И. В. Савельев. – Москва : Наука, 1970. – 336 с. – Текст : непосредственный.Savel'ev, I. V. (1970). Kurs obshchey fiziki. Tom II. Elektrichestvo i magnetizm. Volny. Optika. Moscow, Nauka Publ., 336 p. (In Russian).Жарков, В. Н. Внутреннее строение Земли и планет / В. Н. Жарков. – Москва : Наука, 1983. – 416 с. – Текст : непосредственный.Zharkov, V. N. (1983). Vnutrennee stroenie Zemli i planet Moscow, Nauka Publ., 416 p. (In Russian).Магницкий, В. А. Внутреннее строение и физика Земли / В. А. Магницкий. – Москва : Наука, 2006. – 389 с.Magnitskiy, V. A. (2006). Vnutrennee stroenie i fizika Zemli. Moscow, Nauka Publ., 389 p. (In Russian).Кузнецов, В. В. Физика Земли / В. В. Кузнецов. – Новосибирск, 2011. – 842 с. – Текст : непосредственный.Kuznetsov, V. V. (2011). Fizika Zemli. Novosibirsk, 842 p. (In Russian).Uffen, R. J. A method of estimating the melting point gradient in the Earth's mantle / R. J. Uffen. – DOI 10.1029/TR033i006p00893. – Текст : непосредственный // Transactions, American Geophysical Union. – 1952. – Vol. 33, Issue 6. – Р. 893–896.Uffen, R. J. (1952). A method of estimating the melting point gradient in the Earth's mantle. Transactions, American Geophysical Union, 33(6), pp. 893-896. DOI: 10.1029/TR033i006p00893Tozer, D. C. The electrical properties of the Earth’s interior / D. C. Tozer. – DOI 10.1016/0079-1946(59)90010-2. – Текст : непосредственный // Physics and Chemistry of the Earth. – 1959. – Vol. 3. – P. 414–436.Tozer, D. C. (1959). The electrical properties of the Earth's interior. Physics and Chemistry of the Earth, 3, pp. 414-436. (In English). DOI: 10.1016/0079-1946(59)90010-2Melting of Iron at Earth's Inner Core Boundary Based on Fast X-ray Diffraction / S. Anzellini, A. Dewaele, M. Mezouar [et al.]. – DOI 10.1126/science.1233514. – Текст : непосредственный // Science. – 2013. – Vol. 340, Issue 6131. – P. 464–466.Anzellini, S., Dewaele, A., Mezouar, M., Loubeyre, P., & Morard, G. (2013). Melting of Iron at Earth's Inner Core Boundary Based on Fast X-ray Diffraction. Science, 340(6131), pp. 464-466. (In English). DOI: 10.1126/science.1233514Loper, D. E. Structure of the core and lower mantle / D. E. Loper. – DOI 10.1016/S0065-2687(08)60243-5. – Текст : непосредственный // Advances in Geophysics. – 1984. – Vol. 26. – P. 1–34.Loper, D. E. (1984). Structure of the core and lower mantle. Advances in Geophysics, 26, pp. 1-34. (In English). DOI: 10.1016/S0065-2687(08)60243-5Лифшиц, И. М. Электронная теория металлов / И. М. Лифшиц, М. Я. Азбель, М. И. Каганов. – Москва : Наука, 1971. – 416 с. – Текст : непосредственный.Lifshits, I. M., Azbel, M. Ya., & Kaganov, M. I. (1971). Elektronnaya teoriya metallov. Moskow, Nauka Publ., 416 p. (In Russian).Матвеев, А. Н. Электричество и магнетизм / А. Н. Матвеев. – Москва : Высшая школа, 1983. – 464 с. – Текст : непосредственный.Matveev, A. N. (1983). Elektrichestvo i magnetism. Moscow, Vysshaya shkola Publ., 464 p. (In Russian).Тюшев, А. Н. Курс лекций по физике. Часть 5. Квантовая физика / А. Н. Тюшев. – Новосибирск : СГГА, 2011. – 167 с. – Текст : непосредственный.Tyushev, A. N. (2011). Kurs lektsiy po fizike. Chast' 5. Kvantovaya fizika. Novosibirsk, SGGA Publ., 167 p. (In Russian).Павлов, П. В. Физика твердого тела : учебник / П. В. Павлов, А. Ф. Хохлов. – Москва : Высшая школа, 2000. – 494 с. – Текст : непосредственный.Pavlov, P. V., & Khokhlov, A. F. (2000). Fizika tverdogo tela. Moscow, Vysshaya shkola Publ., 494 p.Журавлев, В. А. Лекции по квантовой теории металлов / В. А. Журавлев. – Москва : Институт компьютерных исследований, 2002. – 240 с. – Текст : непосредственный.Zhuravlev, V. A. (2002). Lektsii po kvantovoy teorii metallov. Moscow, Institut komp'yuternykh issledovaniy Publ., 240 p. (In Russian).Кузнецов, В. В. Введение в физику горячей Земли / В. В. Кузнецов ; отв. ред. А. В. Николаев ; Российская академия наук, Дальневосточное отделение, Институт космофизических исследований и распространения радиоволн. – Петропавловск-Камчатский : Изд-во Камчатского государственного ун-та им. Витуса Беринга, 2008. – 366 с. – Текст : непосредственный.Kuznetsov, V. V. (2008). Vvedenie v fiziku goryachey Zemli. Petropavlovsk-Kamchatsky, 366 p. (In Russian).Бронштэйн, В. А. Планета Марс / В. А. Бронштэйн. – Москва : Наука, 1977. – 96 с. – Текст : непосредственный.Bronshtein, V. A. (1977). Planeta Mars. Moscow, Nauka Publ., 96 p. (In Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.