Magnetka /kresba/: Směr siločar a tím také směr intenzity magnetického pole můžeme vyšetřovat pomocí magnetky. Působením magnetického pole na magnetku vzniká v obou pólech magnetky síla pH, což je součin z hodnoty magnetického množství v pólu magnetu p a intenzity magnetického pole H. Síla pH působí v kladném severním pólu magnetky ve směru magnetických siločar, kdežto v záporném /jižním/ pólu magnetky proti směru siločar. Tím vzniká dvojice sil, která stáčí magnetku od směru magnetického pole a to tak, že severní /kladný/ pól magnetky ukazuje vždy ve směru siločar. Rovnovážná poloha magnetky je ve směru siločar.
Magnetická osa /kresba/: Otáčivou magnetickou střelkou můžeme také určit směr siločar vnějšího zemského magnetického pole. Dosavadními měřeními bylo zjištěno, že siločáry zemského magnetického pole na jižní polokouli vystupují a na severní sestupují. Místa, kde směr magnetických siločar je kolmý k zemskému povrchu, nazýváme zemské magnetické póly. Jejich spojnice – zemská magnetická osa – je odchýlena od osy rotace asi o 11½°.
Mapa severního magnetického pólu: Severní magnetický pól, který má ovšem jižní magnetismus, protože od něho magnetické siločáry sestupují, leží na severním americkém pobřeží. Již v roce 1831 určil James Clark Ross jeho polohu na západním pobřeží poloostrova Boothia Felix /v mapě označeno šipkou/. Nyní se nalézá severní magnetický pól na severozápadě ostrova Prince Waleského /označeno křížkem v kruhu/.
Mapa jižního magnetického pólu /kresba/: Poloha jižního magnetického pólu, který má naopak severní magnetismus, byla určena teprve roku 1908 /šipka s křížkem/, výpravou Shaklentonovou a to v Jižní zemi Viktoriině. Od té doby se pól přemístil o několik stupňů na severovýchod. /Křížek v kruhu označuje polohu v roce 1947/. Změny poloh magnetických pólů odpovídají dlouhodobým změnám zemského magnetického pole. Zemské magnetické póly nejsou rozloženy symetricky a proto ani jejich spojnice neprochází středem Země, nýbrž je od něho vzdálena asi o 1/6 poloměru zemského.
Působení Země na jiná tělesa: Víte, že naše Země působí na ostatní tělesa asi tak, jako kdyby její hmota byla soustředěna do středu Země. Právě tak vyplývá z teoretických úvah a z pozorování, že magnetické pole Země je takové jako pole magnetického dipólu, tj. krátkého magnetu, který si představujeme ve středu Země, jak je znázorněno na obrázku. Vektory magnetické intenzity T, které můžeme určit pro jednotlivá místa zemského povrchu, rozkládáme obvykle na složku H, rovnoběžnou s povrchem a složku Z, kolmou na zemský povrch.
Schéma deklinace: Horizontální intenzita H směřuje přibližně k severnímu magnetickému pólu a její směr určuje směr magnetického poledníku /meridiánu/. Úhel mezi zeměpisným a magnetickým poledníkem se nazývá deklinace a může být západní nebo východní podle toho, na kterou stranu se odchyluje magnetický poledník od zeměpisného. V Praze je nyní /r. 1955/ deklinace západní a má hodnotu 1°40′. Úhel, který svírá totální magnetická intenzita T a složka H, nazývá se inklinace a leží v rovině magnetického poledníku.
Magnetická mapa: Skutečný průběh jednotlivých magnetických elementů na zemském povrchu znázorňujeme v magnetických mapách. Nejčastější jsou mapy deklinace. Na této mapě jsou čarami, které nazýváme isogony, spojena místa, která mají stejnou deklinaci ve stupních. Čára, která spojuje místa nulové deklinace, nazývá se agona a prochází nyní západním Slovenskem. Každý rok se nyní posunuje o několik kilometrů k západu. V Čechách je deklinace západní /isogony na mapě jsou značeny čárkovaně/ a na Slovensku východní /isogony jsou vytaženy plně/.
Mapa isodynam: Podobným způsobem je na další mapě znázorněn průběh horizontální intenzity H. Čáry, které spojují místa stejných intenzit H nebo Z, nazýváme isodynamy. Na mapě isodynam H vidíme, že největší hodnotu má horizontální složka v okolí rovníku, až 0,4 Oerstedu a nulovou hodnotu má na magnetických pólech. Naší republikou prochází nyní isodynama 0,2 Oerstedu.
Mapa inklinace: Na další mapě vidíme průběh inklinace. Čáry spojující místa stejné inklinace nazýváme isokliny. Na severní polokouli, kde magnetická totální intenzita směřuje dolů a proto isoklinační úhel je pod vodorovnou rovinou, jsou isokliny vytaženy plně. Na jižní polokouli, kde inklinační úhel je nad vodorovnou rovinou, jsou isokliny čárkované. Místa, kde je inklinace nulová, spojuje tak zvaná aklina a její průběh se shoduje s průběhem magnetického rovníku. U nás je nyní hodnota inklinace asi 65°.
Magnetický theodolit: Průběh magnetické intenzity na zemském povrchu zjišťujeme absolutním magnetickým měřením. Obvykle měříme na jednotlivých bodech deklinaci, horizontální intenzitu a inklinaci. Deklinaci měříme magnetickým theodolitem, který vidíte na obrázku. Hlavní částí je horizontální magnetka, která je ve čtyřhranné schránce uprostřed přístroje. Magnetka je zavěšena na tenkém kovovém vlákně, upevněném v torsní hlavě na horním konci válcového nástavce. Polohu magnetky pozorujeme dalekohledem, který je na obrázku vlevo a odčítáme na horizontálním děleném kruhu. K určení deklinace musíme znát směr magnetického poledníku, tj. směr osy magnetky a směr zeměpisného poledníku.
Magnetický theodolit s rameny: Magnetickým theodolitem určujeme také hodnotu horizontální intenzity. K tomu účelu je theodolit opatřen dvěma rameny, která jsou kolmá k ose dalekohledu i k ose magnetky, pokud visí v horizontální poloze. Na ramena do označených vzdáleností se vkládá odchylkový magnet, který vychýlí magnetku ze směru magnetického poledníku. Pak otáčíme theodolitem tak dlouho, až osa magnetky je opět kolmá na směr ramen.
Magnetka /kresba/: Na magnetku pak působí, jak je vidět na obrázku, jednak horizontální intenzita zemského magnetického pole H a intenzita magnetického pole odchylkového magnetu H₁. Tyto intenzity se vektorově skládají a osa magnetky má směr výslednice. Horizontální intenzitu H můžeme vypočíst z pravoúhlého trojúhelníka, kde známe stranu H₁ a úhel, který odečteme na horizontálním kruhu theodolitu.
Měření inklinace /kresba/: Přesné měření inklinace je založeno na indukci. Je známo, že ve vodiči, pohybuje-li se v magnetickém poli, vzniká elektromotorická síla. Má-li vodič tvar kruhové cívky, která rotuje kolem osy, záleží velikost indukované elektromotorické síly na magnetickém toku, který prochází plochou cívky. Je-li osa cívky kolmá na směr magnetického pole, je indukována elektromotorická síla maximální, protože celou plochou cívky může procházet magnetický tok /obrázek vlevo/. Naopak je-li osa cívky rovnoběžná se směrem magnetického pole, neprochází plochou cívky při jejím otáčení žádný magnetický tok a v cívce pak nevzniká elektrický proud /obrázek vpravo/.
Zemský induktor: Přístroj pro měření inklinace se nazývá zemský induktor. Podstatnou částí je otáčivá cívka na stativu, spojená s galvanometrem /na obrázku vpravo/. Cívku uvádíme do rotace otáčením kličky /vlevo na obrázku/. Otáčení se přenáší pružnou osou a ozubeným soukolím na osu cívky. Při měření nastavíme osu cívky do roviny magnetického poledníku a skláníme ji tak dlouho, až galvanometr neukazuje žádnou výchylku. Směr totální magnetické intenzity se pak shoduje se směrem osy rotující cívky, který odečteme na vertikálním kruhu přístroje.
Magnetická loď: Při měření zemského magnetického pole je zvláštním problémem měření na moři. Pro tato měření jsou zkonstruovány speciální nemagnetické lodi. Zvláště je známá loď „Carnegie“, kterou vidíte na obrázku. Byla spuštěna na moře roku 1909 a do roku 1929, kdy byla zničena požárem v Asii /Nové Hebridy/, vykonala 17 cest kolem světa za účelem magnetických měření.
Záznam deklinace a inklinace: Magnetické mapy jsou konstruovány vždy pro určitou epochu, a to proto, že magnetické pole se mění s časem, jak je vidět již z pohybu zemských magnetických pólů. V Londýně byla prováděna poměrně přesná měření deklinace a inklinace od roku 1580. Za tuto dobu se měnila hodnota deklinace v mezích od 11° východní deklinace do 24° západní deklinace a hodnota inklinace se měnila v mezích od 74½° do 66½°. Tyto dlouhodobé změny zemského magnetického pole nazýváme sekulární variace.
Schéma variací: Kromě dlouhodobých změn existují ještě změny krátkodobé, především tak zvané denní variace s periodou 24 hodin. Tyto variace jsou poměrně velmi pravidelné a jejich velikost závisí jednak na zeměpisné šířce místa, kde variace sledujeme, jednak na roční době. Variace se značně zvětšují se zeměpisnou šířkou, jak je vidět na obrázku, kde jsou zachyceny průměrné změny deklinace během dne na různých místech. Vliv ročního období se projevuje tím, že v zimě /čárkovaná křivka/ jsou variace menší. V našich šířkách dosahují denní změny deklinace 10′ i více. Stejný charakter mají změny ostatních složek magnetického pole.
Změny magnetického pole /kresba/: Občas se objevují také nepravidelné změny magnetického pole, které přesahují až stokrát hodnotu denních variací a které nazýváme magnetické bouře. Za jejich příčinu pokládáme korpuskulární záření, které vychází z určitých center na slunci, obvykle ze slunečních skvrn. Zemským magnetickým polem jsou dráhy těchto korpuskulí /elektricky nabitých částic/ zakřivovány tak, že obíhají kolem Země v rovině rovníku ve vzdálenosti asi 1,5krát větší než je vzdálenost měsíce. Tím vzniká ekvátorový elektrický proud, jehož magnetický účinek způsobuje poruchy zemského magnetického pole. K zemskému povrchu pronikají částice pouze ve dvou úzkých pásmech kolem zemských magnetických pólů.
Polární záře: Vnikání elektricky nabitých částic do zemské atmosféry v polárních oblastech vyvolává silnou ionisaci spojenou s velkolepými světelnými jevy, které nazýváme polární záře. Mohou to být světelné oblouky, paprsky nebo draperie různých barev. Při silných magnetických bouřích vlivem silného porušení magnetického pole se mohou posunout polární záře až do nízkých zeměpisných šířek. Magnetické bouře a polární záře bývají spojeny s poruchami příjmu radiových vln, protože šíření těchto vln závisí též na stavu ionisace vysoké atmosféry.
Průhonická observatoř: Změny směru a velikosti magnetické intenzity se nepřetržitě sledují na magnetických observatořích, které jsou rozmístěny po celé zeměkouli. V naší republice je jedna observatoř na jižním Slovensku v Hurbanovu a druhá v průhonické oboře u Prahy. Observatoře jsou vždy stranou od velkých měst, kde působí rušivě množství železa a elektrický proud. Průhonická observatoř je na obraze. V popředí vidíme domek a pilíř pro provádění absolutního měření. Ve zděném domku v pozadí jsou umístěny přístroje pro nepřetržitou registraci magnetických variací.
Magnetka se zrcátkem: Obvykle registruje současně magnetickou deklinaci a horizontální i vertikální intenzitu. Pro sledování horizontální intenzity a deklinace se používá magnetek se zrcátkem, zavěšených na tenkém vlákně. Vlákno je pevněno v torsní hlavici, kterou můžeme nastavit do příslušného směru. Při registraci deklinace je magnetka zavěšena v beztorsní poloze tak, že se její osa shoduje se směrem magnetického poledníka. Magnetka pro registraci horizontální intenzity je torsí vlákna udržována ve směru východ–západ.
Magnetická váha: Pro registraci změn vertikální intenzity se používá tak zvané magnetické váhy. Jsou to dvě magnetky opatřené křemenným břitem, který je uložen na křemenném ložisku podobně jako u jiných vah. Těžiště je mimo osu otáčení. Moment váhy systému G otáčí proto systémem ve smyslu ručiček hodinových a proti němu působí moment vyvolaný účinkem vertikální magnetické intenzity Z na póly magnetek, takže při normální hodnotě vertikální intenzity je váha v rovnováze. Zvětší-li se vertikální intenzita Z, zvětší se síla, která táhne severní /+/ pól magnetky dolů a jižní /−/ nahoru a tím vznikne vychýlení, které vyvolá i výchylku světelného paprsku dopadajícího na zrcátko.
Registrační přístroj /kresba/: Světelné paprsky odražené od zrcátek jednotlivých magnetických systémů dopadají na fotografický papír navinutý na válci, který je poháněn hodinovým strojem tak, že se otočí jednou za 24 hodin. Současně dopadá na fotografický papír paprsek odražený od pevného zrcátka, jehož stopa je pak rovná čára. Rozdíl vzdáleností mezi stopou paprsku od pohyblivého zrcátka spojeného s magnetkou, je úměrný změně polohy magnetky a tím i změně hodnoty magnetického elementu. Pomocí tří přístrojů postavených vedle sebe a odrážejících světelné paprsky na jeden válec zachycujeme obvykle na jeden fotografický papír průběh deklinace a horizontální i vertikální intenzity.
Světelný záznam: Jeden takový záznam z variační stanice v Průhonicích, registrovaný od 21. září 1954 15,30 hod. do 22. září 1954 15 hod. vidíte před sebou. Nejhořejší křivka znázorňuje průběh deklinace. Křivka pod ní označená H, je průběh horizontální intenzity. Rovná čára mezi nimi, je base, od které hodnoty variací deklinace a horizontální intenzity odečítáme. Dole na záznamu je průběh vertikální intenzity Z a její base Bz. Čára nad průběhem Z je běh teploty ve variační stanici. Mezi 16. a 20. hod. 21. září je vidět slabší magnetická porucha. Sledování variací na observatořích nám dovoluje určit, jak se mění magnetické pole i na jiných místech.
Čínský vozík: Již dávno před tím, než lidé znali podstatu zemského magnetického pole, používali prakticky jeho vlastností k orientaci. Ze staré Číny z doby až 1000 let před naším letopočtem dochovaly se zprávy o vozíku, na kterém byla otáčivě umístěna figurka, jejíž ruka ukazovala stále k jihu. Ve figurce byl zřejmě umístěn magnet, jehož jižní pól ukazoval ve směru vztažené ruky, takže to byl prvý typ kompasu.
Původní kompas: Do Evropy se dostal kompas asi ve 12. století a používali ho především námořníci. Původní kompasy byly kousky magnetovce, jež byly připevněny na dřevěné špalíky plovoucí v nádobě s vodou. Ve 13. století byl sestrojen kompas, ve kterém již byla magnetka připevněna na vertikální ose a kompas byl opatřen také zaměřovacím zařízením k určování azimutu /směr/ nebeských těles, jak je zachyceno na obrázku.
Námořní kompas: Na počátku 14. století byl kompas opatřen magnetkou na hrotu a větrnou růžicí. Tím byl vyvinut typ námořních kompasů, kterých se používá dosud. Vlevo vidíte vlastní moderní námořní kompas, vpravo zaměřovací zařízení pro určování azimutu libovolných bodů.
Geologický kompas: Kompasu se nepoužívá pouze pro orientaci, nýbrž i pro jiné účely. Například geologové používají speciálního kompasu pro měření směru a sklonu vrstev hornin. Stupnice geologického kompasu je číslována obráceně a také je obráceně označen východ a západ. Kromě toho je kompas opatřen inklinometrem se stupnicí a libelou.
Busola: Přístrojem pro rychlou a poměrně spolehlivou orientaci v terénu je busola, která se též používá často v armádě. Přístroj je prakticky kompas opatřený průzorem ve sklopném víčku a kovovým zrcátkem. Průzorem si můžeme nastavit busolu do určitého směru a v zrcátku odečteme současně polohu magnetky. Tím je určen úhel mezi severem a hledaným směrem. Podobně můžeme pomocí skosené hrany pouzdra busoly orientovat mapu a přenášet směry z terénu do mapy a naopak.
Měření kompasem: Při měření směru vrstvy přikládáme kompas podélnou stranou k vrstvě a na stupnici, která je, jak bylo řečeno, číslována obráceně, odečítáme přímo směr vrstvy. /Obraz vlevo/. Při měření sklonu /obraz vpravo/ přikládáme kompas podélnou hranou ve směru spádnice a sklon odečítáme na stupnici inklinometru.
Schéma hledání ložisek nerostů: Magnetické pole Země nám také umožňuje vyhledávat některé ložiska hospodářsky důležitých nerostů, skrytá hluboko pod zemským povrchem. Pokud je takové ložisko tvořeno alespoň částečně nějakým magnetickým minerálem, např. magnetikem nebo pyrrhotinem, zhušťují se v ložisku siločáry zemského magnetického pole, což se projeví na povrchu nad ložiskem.
Schéma magnet. poruchy a vrty: Největší taková porucha magnetického pole, která převyšuje dvakrát jeho normální hodnotu, byla objevena magnetickým měřením v SSSR u Kurska. Vrty, kterými byly zjišťovány příčiny této anomalie, byla navrtána několik set metrů mocná poloha železitých kvarcitů s vysokým obsahem železa. Zásoba železa na tomto ložisku se odhaduje na mnoho set milionů tun.
Skupina geogyziků: Vyhledáváním ložisek užitečných nerostů pomocí fyzikálních měření se zabývá užitá geofyzika, která se u nás široce rozvíjí. Na obrázku vidíte skupinu pracovníků geofyziků, kteří konají magnetická měření s polní magnetickou vahou v území, kde lze předpokládat magnetovcová ložiska. Tímto způsobem může měření magnetického pole přispívat k doplňování znalostí nerostného bohatství našeho státu.
y
