Життя на Землі не існувало би без Сонця. Але воно, ймовірно, також не існувало б у нинішньому вигляді, якби від сонячного вітру нашу планету не захищало магнітне поле (його ще називають геомагнітним полем), яке виникло завдяки розплавленому металевому земному ядру. Цей невидимий «щит» перешкоджає постійному потоку заряджених частинок, що надходить від нашої зорі, прямо впливати на живі організми. А ще – допомагає багатьом тваринам орієнтуватись у просторі. Геомагнітне поле не є сталим: воно змінюється у часі та є різним у різних місцевостях. Тож людству конче потрібні не лише глобальні, а й деталізовані локальні моделі геомагнітного поля. Для території України таку модель побудували науковці Інституту геофізики ім. С.І. Субботіна НАН України. Цей унікальний і надзвичайно важливий результат переконливо доводить, що фундаментальна наука дуже часто має відчутну практичну користь. Наприклад, власна локальна модель геомагнітного поля допоможе оцінювати стан довкілля, знаходити поклади корисних копалин і калібрувати навігаційні системи, а також стане у пригоді під час гуманітарного розмінування. Крім того, дослідження геофізиків Академії підтверджують цікавий факт: за останні 125 років геомагнітне поле над територією України посилилося, хоча загалом над планетою воно слабшає. Але це вже предмет майбутніх студій. Наразі ж пояснюємо, що вже зроблено і чому це науковий успіх світового рівня та стратегічної ваги.
Дослідження, про яке йдеться, розпочалося ще 1961 року в лабораторії магніторозвідки Інституту геофізики ім. С.І. Субботіна НАН України. Тоді нею керувала докторка геолого-мінералогічних наук, професорка Зінаїда Крутиховська (1916–1986), відома науковиця-практик і фундаторка української школи геомагнетизму. Зараз ці дослідження продовжуються у відділі геомагнетизму (керівник – член-кореспондент НАН України Михайло Орлюк). А найсвіжіші публікації з цієї теми з’явилися зовсім нещодавно – торік. І за підсумками багаторічної роботи науковці Академії запропонували технологію та створили модель геомагнітного поля території України. Як же вона виглядає? Модель геомагнітного поля України – це серія цифрових карт модуля та компонент вектора індукції геомагнітного поля. Щоб створити її, автори спершу сформували цифрову базу даних – історичних і сучасних. Науковці скористалися цифровими даними для території нашої країни, накопиченими у глобальних моделях геомагнітного поля (Головному магнітному полі Землі – DGRF-IGRF; аномальному магнітному полі – WDMAM, EMAG2; узгодженій моделі сумарного поля – EMM), а також даними детальних магнітних спостережень, різномасштабних і різночасових наземних і аеромагнітних зйомок (у 1935–2015 роках), абсолютних компонентних магнітних зйомок на рядових пунктах і пунктах вікового ходу (1935, 1950, 1969–1972, 2005, 2010, 2015–2016 роки) та даними безперервного моніторингу магнітного поля у геомагнітних обсерваторіях «Київ», «Львів», «Одеса».
На основі цієї бази даних і власної оригінальної комплексної методики розрахунку компонент геомагнітного поля фахівці Інституту геофізики ім. С.І. Субботіна НАН України вперше для території нашої країни побудували високоточні цифрові карти модуля вектору індукції геомагнітного поля (на мапах його позначено латинською літерою В) і його аномалій (Ва), а також силових (північної (ВX), східної (ВY), горизонтальної (BH)) і кутових (схилення (D) і нахилення (І)) компонент на середину 2024 року. Науковці інтегрували цифрові дані та моделі геомагнітного поля України у глобальну мережу INTERMAGNET і узгодили їх із глобальними й регіональними моделями магнітного поля Землі. У такий спосіб учені Академії засвідчили, що вони є не просто користувачами вже наявних даних, а генерують нові знання, якими діляться з усім світом. Подібні наукові результати працюють на позитивний імідж Української держави на міжнародній арені, зокрема у міжнародній науковій спільноті. До того ж, розроблена в Інституті технологія дає змогу розраховувати ретроспективні та прогнозні моделі геомагнітного поля для часового інтервалу 1900–2030 року. Іншими словами, завдяки їй можна буде дізнатись, яким було магнітне поле у минулому і як воно змінюватиметься у короткостроковій перспективі.
Виконаний аналіз підвів авторів дослідження до висновку, що характеристикам геомагнітного поля на території України – модулеві вектора його індукції й усім його компонентам – властиві суттєві просторові та часові зміни. Наприклад, просторово модуль вектору індукції геомагнітного поля на середину 2024 року змінюється в межах 47 900—57 400 нанотесла, північна компонента має діапазон 17 500—25 200 нанотесла, східна — -1800—7800 нанотесла, а вертикальна — 44 000—53 400 нанотесла. Магнітне схилення змінюється від -4° до 21°, а магнітне нахилення має діапазон від 62,1° до 69,6°.
Що означають усі ці цифри?
Перше. Якщо говорити дуже загально і просто, то модуль вектора індукції геомагнітного поля – це сила геомагнітного поля у певній точці. Для різних регіонів України значення цього показника неоднакові, а отже, в якихось місцях (на Півночі, а також над теренами, багатими на поклади залізної руди) воно сильніше, а в інших (на Півдні) – слабше.
Друге. Північна, східна і вертикальна компоненти геомагнітного поля Землі на території України утворюють згаданий вище модуль і є, по суті, тривимірним описом того, з якою силою воно спрямоване на Північ, з якою силою воно відхиляється убік від цього напряму і з якою силою його тягне донизу. Науковці Академії розрахували кожну з цих сил для безлічі точок на мапі України і відтворили своєрідний геомагнітний «рельєф» нашої території. Знаючи значення всіх трьох показників у всіх обраних точках на моделі, значно легше орієнтуватись у просторі. Адже, на відміну від GPS, магнітні орієнтири не залежать від супутникових сигналів.
Третє. Магнітне схилення – це кут між напрямком на географічну Північ і напрямком, що його показує магнітна стрілка компаса у певній точці (адже ці напрямки не збігаються), а магнітне нахилення – це кут входу геомагнітних ліній у поверхню планети. Знати магнітне схилення вкрай важливо, щоби правильно орієнтуватись у просторі й орієнтувати різноманітні прилади, транспорт і т.п. А також, наприклад, тваринам, що мігрують, адже їхній організм «оснащений» природним магнітним компасом, який не дає збитися на манівці по дорозі на зимівлю й назад. Магнітне нахилення потрібне, серед іншого, для вивчення будови земної кори і пошуку покладів корисних копалин. То про що ж говорять визначені діапазони значень цих двох показників для території України? Отримані значення для магнітного схилення свідчать про неоднорідність геомагнітного поля (наприклад, через магнітні аномалії), які, своєю чергою, зумовлюють відхилення компасу ліворуч чи праворуч відносно справжньої Півночі. Велике відхилення (а 21° – це доволі суттєва цифра) може бути пов’язане із магнітними аномаліями, зокрема з наявністю порід, багатих на залізо. Значення для магнітного нахилення описують крутизну входження магнітних ліній у Землю. Залежність тут така: що ближче до Півночі, то більшим є кут, під яким магнітна сила «пірнає» у надра планети. На екваторі цей кут дорівнює нулю, тобто магнітна лінія простягається паралельно до поверхні планети, а на полюсах є максимальним, входячи у Землю під кутом 90°.
А що ж з аномаліями, яких ми вже побіжно торкнулися? Це зони, де геомагнітне поле поводиться незвично. Як з’ясували науковці Інституту геофізики ім. С.І. Субботіна НАН України, для території України аномалії просторових змін силових компонент геомагнітного поля варіюють у межах 5000–12000 нанотесла, а аномалії кутових змін сягають 25° для схилення та 7,5° – для нахилення. Тобто перші аномалії спричинені локальним посиленням геомагнітного поля – наприклад, над місцями, де залягають металеві руди. А другі, кутові аномалії показують, наскільки можуть хибувати навігаційні прилади. Найбільші просторові зміни пов’язані, за словами дослідників, з областями регіональних і великих локальних інтенсивних магнітних аномалій, зокрема Одеської, Львівської та Чернігівської, південно-східного краю Курської та Криворізько-Кременчуцької ділянок. Саме там фіксуються або великі поклади корисних копалин, або сліди давніх тектонічних розломів. Крім того, різні значення характеристик геомагнітного поля можуть відповідати різним глибинам залягання і різному хімічному складу Українського кристалічного щита – геологічного «фундаменту», на який «спирається» більшість території нашої країни (виходи граніту на поверхню є найяскравішими й найнаочнішими його проявами). Тому реконструйований науковцями Академії геомагнітний «ландшафт» України зможе багато розповісти і про особливості Українського щита. Але це теж тема для окремих досліджень.
А тепер про головну «родзинку» моделі, яку створили автори цього дослідження. Виявилося, що якщо глобальне геомагнітне поле стрімко слабшає (чим занепокоєні фахівці в усьому світі), то для України цей тренд не характерний – над її територією воно не лише не ослабло, а ще й посилилося. І на підтвердження цього унікального явища науковці мають розрахунки. За останні майже 125 років спостережень найпомітніше змінилися два показники – загальна сила геомагнітного поля та його схилення: від 1900 до 2025 року модуль поля збільшився на 4000 нанотесла, а магнітне схилення зросло від -1,45° до 8,8°. Це нетривіальний результат, який вартий пильнішої уваги. Щоби збагнути, чому так відбувається і наскільки тривалим є цей феномен, потрібні, знов-таки, подальші дослідження.
Отримані дані про стан і динаміку геомагнітного поля України мають надзвичайно велике значення для геології, геофізики та геомагнетизму. Загалом створена науковцями Академії модель стратегічно важлива для безпеки, повоєнного відновлення і сталого розвитку нашої держави. Її можна застосовувати дуже широко і для багатьох потреб: у науці – щоб вивчати просторово-часові зміни магнітного поля; у геологічній розвідці – щоби прогнозувати корисні копалини; в екології – щоб оцінювати стан довкілля; у навігації та орієнтуванні – щоби будувати мапи (зокрема й мапи спеціального призначення). Крім того, цифрові дані про вектор геомагнітного поля та його модуль відіграють принципову роль у міждисциплінарних дослідженнях сонячно-земних зв’язків, кліматичних змін, можливого впливу на перебіг біологічних процесів, а також стануть у пригоді для оцінювання забрудненості територій та для гуманітарного розмінування.
Але результати, про які ми розповіли, є не кінцевим пунктом, а лиш однією із зупинок на довгому науковому шляху. Оскільки геомагнітне поле продовжує швидко змінюватися, то його мапи доведеться періодично оновлювати, щоби користуватись актуальними, а не застарілими даними. Це потрібно як зацікавленим організаціям, так і Українській державі. Тож науковці Інституту геофізики ім. С.І. Субботіна НАН України далі працюють у цьому напрямі.
За інформацією Інституту геофізики ім. С.І. Субботіна НАН України