Это история о том, как путешествия по миру исследователя 19-го века, два стержневых магнита и охота во время Второй мировой войны на подводные лодки противника привели к изобретению портативного феррозондового магнитометра. И как это изобретение, в свою очередь, привело к «магическому профилю», мощному доказательству теории тектоники плит.

В 1950-х годах идея о том, что континенты Земли могут двигаться, в значительной степени высмеивалась, а морское дно все еще оставалось загадкой. Но это скоро изменилось: после Второй мировой войны и ее морских сражений у исследователей внезапно появились новые мощные инструменты, такие как подводные аппараты и гидролокаторы, которые позволяли картографировать и исследовать морское дно более детально, чем когда-либо прежде. Среди этих новых технологий было небольшое портативное устройство, известное как феррозондовый магнитометр.

Магнитометры, устройства, измеряющие магнитное поле Земли, в то время были далеко не новой технологией. Ученые веками знали, что Земля производит собственное магнитное поле; моряки использовали компасы, чтобы ориентироваться по нему. Но сила этого поля была поразительно непостоянной в разных местах.

Во время своих путешествий по земному шару в начале 1800-х годов немецкий исследователь и географ Александр фон Гумбольдт собрал измерения магнитного поля Земли в разных местах, отметив, что интенсивность поля возрастает дальше от экватора. Эти вариации побудили Гумбольдта в 1831 году предпринять скоординированные усилия по точному измерению этой магнитной напряженности по всему миру. В этой работе он, среди прочего, заручился помощью немецкого математика Карла Фридриха Гаусса.

В 1833 году он сообщил о создании первого магнитометра, который мог измерять абсолютную напряженность магнитного поля Земли в любом месте. Его магнитометр был обманчиво простым: он состоял из двух стержневых магнитов, один из которых подвешен в воздухе на волокне, а другой размещен на известном расстоянии. Отклонение подвешенного магнита от геомагнитного севера зависит как от напряженности магнитного поля Земли, так и от силы притяжения второго стержневого магнита. Эти измерения позволили создать первые глобальные карты напряженности магнитного поля Земли.

Но к началу Второй мировой войны ВМС США искали еще более точные измерения магнетизма. В частности, военно-морской флот хотел иметь возможность отображать очень маленькие аномалии в магнитном поле Земли — аномалии, которые могут быть вызваны, например, наличием металлических объектов, таких как подводные лодки, под поверхностью воды.

В 1936 году ученые разработали такой точный датчик, названный феррозондовым магнитометром. В феррозондовом магнитометре вместо вращающейся иглы, как в компасе, в две катушки проволоки намотан кусок железа. Одна катушка проводит переменный ток по длине железного сердечника, изменяя магнитное состояние сердечника, сначала насыщая его магнетизмом, а затем обесцвечивая. В ненасыщенном состоянии ядро ​​может притягиваться внешним магнитным полем, таким как земное. В насыщенном состоянии сердечник выталкивает внешнее поле обратно. Вторая катушка предназначена для обнаружения этих изменений в магнетизме — и попутно может очень точно измерить силу внешнего поля.

Но чтобы использовать это устройство для поиска подводных лодок, оно должно быть портативным, и его можно будет установить на самолет. Именно здесь в историю вступает российский геомагнетист Виктор Вакье. Вакье работал в Питтсбургской лаборатории исследований залива, подразделении компании «Галф ойл», где в течение нескольких лет он упорно работал над портативной версией феррозондового магнитометра. В 1941 году успешные испытания устройства Вакье привлекли внимание военно-морского флота, которые увидели защитный потенциал его устройства. К декабрю 1942 года при финансировании со стороны флота феррозондовые магнитометры были доставлены в воздух и активно охотились за подводными лодками противника.

После войны ученые очень хотели увидеть, что этот точный портативный магнитометр может рассказать о морском дне. Океанографы переоборудовали устройство, чтобы его можно было буксировать за исследовательскими судами, которые перемещались взад и вперед через океаны. В 1950-х и начале 1960-х годов Вакье (к тому времени работавший в Институте океанографии Скриппса в Ла-Хойя, Калифорния) и другие исследователи начали использовать феррозондовый магнитометр для измерения и картирования магнитных аномалий, сохранившихся в породах морского дна.

Карты показали любопытный узор магнитной полярности в виде зебры на морском дне, чего никогда не было в континентальных скалах. На этом рисунке полосы горных пород с нормальной полярностью — ориентация север-юг, соответствующая направлению текущего магнитного поля Земли — чередуются с полосами обратной полярности. Эти полосы, как предположили ученые, могут быть результатом того, что магнитное поле Земли время от времени меняет направление.

Что еще более показательно, узор из полос зебры оказался симметричным по обе стороны от длинных извилистых подводных горных цепей, известных как срединно-океанические хребты. Эта закономерность стала одним из самых убедительных доказательств гипотезы о расширении морского дна, идеи о том, что по мере того, как земная кора разделяется на срединно-океанические хребты, магма поднимается вверх, образуя новую океанскую кору. По мере затвердевания новой коры ее железосодержащие минералы совпадают с текущей ориентацией магнитного поля Земли, и затвердевающие породы становятся новой полосой в узоре.

В 1968 году около 100 земных ученых встретились для того, чтобы стать важным моментом в истории тектоники плит. На встрече в рамках двухдневного симпозиума, проведенного в Институте космических исследований Годдарда в Нью-Йорке, геологи Уолтер Питман и Джеймс Хейртцлер из обсерватории Земли Ламонт-Доэрти в Палисейдсе, штат Нью-Йорк, представили профиль магнитных аномалий, которые они измерили в 1966 году. с борта НЭС «Елтанин».

Симметрия по обе стороны Тихоокеанского-Антарктического хребта была кристально чистой, настолько совершенной, что ее стали называть «магическим профилем». Этот профиль, ставший возможным благодаря серии изобретений за предыдущее столетие, кульминацией которых стал портативный прецизионный магнитометр, стал одним из самых убедительных доказательств распространения морского дна — и, в конечном итоге, теории тектоники плит.