В наше время имеются очень совершенные навигационные приборы, позволяющие осуществлять мечту М. В. Ломоносова: «увеличивать точность морского пути».
В частности, добросовестно работают гирокомпасы, основанные на интересных механических свойствах волчка и дающие точное направление меридиана. Но, несмотря на это. на всех кораблях бережно хранят магнитные компасы, помня народную мудрость: «Старый друг лучше новых двух». Самым выносливым, самым простым и полностью автономным указателем курса корабля остается и, вероятно, надолго останется магнитный компас.
Но поскольку это так, то не теряется практический интерес. к происхождению магнитного склонения и к разработке наиболее простых и надежных путей для предвычисления магнитного склонения на будущее время. Еще больший интерес это загадочное явление вызывает у теоретика: пока еще приходится признать, что для него совсем не известна природа магнитного склонения, не известна причина отклонений магнитной стрелки на различные углы от географических меридианов и непрерывного изменения этих отклонений из года в год.
Есть серьезные основания считать, что основное намагничивание Земли связано с ее вращением вокруг оси, как об этом писали еще в начале нашего века Н. А. Умов и П. Н. Лебедев. При таком простом намагничивании во всех точках мирового океана показания магнитного компаса были бы совершенно точны, не существовало бы никакого склонения — ни к востоку, ни к западу. Однако склонение существует во всех областях океана. На первый взгляд может показаться, что оно вызвано какими-то магнитными массами, залегающими на дне океана: ведь вызываются же очень большие осложнения магнитного поля в районе знаменитой Курской магнитной аномалии благодаря наличию богатейших железных руд. Такое объяснение не выдерживает критики в применении к мировому океану за исключением каких-нибудь отдельных мелких районов. Если бы большое магнитное склонение вызывалось «рудами», то существовала бы увеличенная вертикальная составляющая напряженности магнитного поля над этими «рудами». В действительности там не только не наблюдается этого, но иногда полностью отсутствует вертикальная составляющая напряженности земного магнитного поля (например, в районе между Африкой и Южной Америкой, близ экватора, где магнитное склонение превышает 22°, а вертикальная составляющая обращается в нуль).
Есть иная причина, которая способна создать магнитное склонение. Это электрический ток соответствующей силы и соответствующего направления. В 1934 году А. Т. Миронов обнаружил электрический ток в водах Баренцева моря, а вслед за тем и в водах Черного моря. До настоящего времени еще не выяснено происхождение этих токов — вполне аналогичных теллурическим токам в земной коре, известным уже давно. По-видимому, они связаны с потоками заряженных частиц (корпускул), летящих от Солнца и достигающих нашей планеты.
В связи с открытием А. Т. Миронова можно было предположить, что теллурические токи в океане по крайней мере частично повинны в возникновении магнитного склонения. По существующим значениям склонения Л. А. Корнева определила силу и направление электрических токов, которые могли создать это склонение. Оказалось, что, например, в Атлантическом океане близ экватора, между Африкой и Южной Америкой, существующее склонение может быть вызвано током, сила которого равна 15 a на каждый погонный метр прямой, перпендикулярной к его направлению (а направлен он вдоль меридиана).
Где же текут эти токи?
Они могут течь в недрах Земли (как предполагает большинство магнитологов), но тогда мало понятно, почему склонение меняется «молниеносно» с точки зрения масштабов времени, принятых в геологии? Они могут течь в океанах и в очень высоких слоях атмосферы — в ионосфере, обладающей большой электропроводностью.
Первые измерения токов в поверхностных слоях моря заставляли отводить им довольно скромную роль. Но в 1956 году Ю. Г. Рыжков и Ф. А. Губин обнаружили, что в Индийском океане плотность электрических токов возрастает с глубиной. В 1957 году автор на борту корабля «Седов» впервые зарегистрировал в Атлантическом океане (посредством электронно-лампового потенциометра) еще более резкое возрастание плотности тока с глубиной. С носа и с кормы корабля на расстоянии по палубе 100 м опускались в воду два свинцовых электрода, обработанных по способу А. Т. Миронова. Они были подвешены на изолированных проводах, присоединенных к регистрирующему прибору. На поверхности океана разность потенциалов между электродами, зарегистрированная прибором, составляла только около 20—30 милливольт на километр. На глубинах она непрерывно росла по мере увеличения глубины погружения обоих электродов и на глубинах в несколько сот метров превышала 150 милливольт на километр.
Обычными способами определялись температура и соленость океанской воды на глубинах, а по этим данным (посредством таблиц) были получены значения электропроводности воды на глубинах погружения электродов. По зарегистрированной разности потенциалов и по найденной электропроводности вычислялась плотность токов. Оказалось, что при существующих плотностях токов на различных глубинах токи в океанах действительно могут активно участвовать в создании магнитного склонения.
Окончательно определить, в какой мере и какую роль играют эти токи, можно только посредством прямого измерения магнитного склонения на глубинах. Действительно, ведь токи, пронизывающие толщу океанской воды, находятся под корабельным компасом и отклоняют его магниты в одну определенную сторону от географического меридиана. Если компас опустить на какую-то глубину, то часть токов окажется по-прежнему под ним и будет действовать на его магниты в прежнем направлении; но появится другая часть токов, которые окажутся над компасом и будут воздействовать на его магниты в противоположную сторону. Следовательно, магниты компаса отклонятся от географического меридиана меньше, чем они отклонялись на палубе корабля; склонение на глубинах будет меньше, чем то, которое наблюдалось на уровне океана.
Для регистрации показаний компаса на глубинах автор сконструировал автоматическую аппаратуру, которая устанавливалась внутри прочного водонепроницаемого бронзового (немагнитного) контейнера. С борта корабля «Седов», специально пришедшего в 1959 году в наиболее интересный район Атлантического океана (немного к югу от экватора), контейнер с прибором опускался до глубины 2100 м и буксировался на этой глубине. К контейнеру были прикреплены две лопасти надежного рулевого устройства, позволявшего быть уверенным в том, что направление буксировки точно параллельно направлению хода корабля. На самом корабле в это время работал гирокомпас, основанный на свойствах быстро вращающегося волчка о пишущим приспособлением — курсографом, по которому непрерывно следили за истинным курсом корабля. После извлечения контейнера с глубин и проявления фотопленки, на которой зафиксировались сотни снимков компаса и маленьких часов, показания компаса сравнивались с показаниями курсографа. Несложные вычисления обнаружили, что примерно треть существующего магнитного склонения создается электрическими токами в океане. Намечены дальнейшие исследования, которые, вероятно, позволят выяснить происхождение остальных двух третей.
Исследование теллурических токов в океане представляет не только теоретический интерес, но и интерес чисто практический. Дело в том, что еще Фарадей предсказал наличие в океане токов иного происхождения, не связанных с солнечной Корпускулярной деятельностью, а вызванных простой индукцией, при движении морской воды в течениях поперек магнитных силовых линий земного магнитного поля. Самому Фарадею не удалось обнаружить такие токи в реке Темзе, где он их искал: в ту пору измерительные приборы были еще недостаточно чувствительны.
В настоящее время фарадеев эффект использовали американские гидрологи, которые впервые измерили таким образом скорости движения вод в мощном течении Гольфстрим. При существовавших там скоростях течения до 280 см/сек в таком районе не возникают опасения о возможности грубых погрешностей. Напротив, в районах с небольшими скоростями течений фарадеев эффект может дать электродвижущую силу, настолько малую, что ее будут до неузнаваемости искажать разности потенциалов, возникающие за счет теллурических токов в океане.
Еще большие относительные погрешности при измерении скоростей течения электромагнитным методом должны возникать в тропиках, близ экватора, где очень малы вертикальные составляющие напряженности земного магнитного поля, а, следовательно, очень мал и фарадеев эффект. Между тем теллурические токи играют заметную роль в Атлантическом и в Индийском океанах (вероятно, и в Тихом океане). Для электромагнитного метода измерений скоростей течений могут оказаться неблагоприятными также и условия, возникающие близ полярных кругов, ввиду соседства поясов с повышенной деятельностью полярных сияний и связанных с ними магнитных бурь.