Mindebből látható először is, hogy a mágneses sarkok nem állandóak és azufán, hogy nem feküsznek egy földátmérő két végpontján.
A többi mágneses elemeknek is hosszú időszakú változásai vannak.
111. Földi áramok. MATTEUCCI természettudós 1848-ban észlelte legelőször, hogy a telegráfvonalak működésében esetleges zavarok állanak be. Megállapította egyszersmind, hogy e szabálytalanságok a sarki fény jelentkezésével és a földmágnességi zavarokkal egyidejűek.
Ez eltérések tanulmányozása a természettudóst a következő jelenségek felismerésére vezette:
A telegráfvonalokon gyakran a szolgálati áramoktól teljesen elütő áramok vonulnak át, a melyek megzavarják a közlekedést, megszólaltatják a csengőket, néha szikrákat csalnak elő; ilyen áramlatok észlelhetők a föld alatti, tenger alatti, vagy légi vonalakban egyaránt és ma földi áramok néven ismeretesek.
A telegráfvonalak kitűnő eszközei e hirtelen áramlatok tanulmányozásának, melyeknek elektromindító ereje néha jelentékeny: már 800 voltos elektromindító erőt is észleltek 500 km. hosszúságon. E szerint nagyon határozott jelenséggel van dolgunk, melynek megnyilvánulása igen tiszta és a mely úgy látszik, a légkör állapotával semmiféle viszonyban sincs, sőt ellenkezőleg a földmágnességi zavarokkal függ szorosan össze.
108
Miként a mágneses elemeknek, a földi áramoknak is rendes járása van és úgy látszik, hogy szabályos változásokat mutatnak; de a legnagyobb változásaik esetlegesek és összeesnek a sarki fénynyel, a mágneses viharokkal és a rengés-tüneményekkel; a telegráfvonalaknak megszakítása 1903. november 1-én meglepő példa reá, minthogy mágneses viharral, sarki fénynyel, földrengéssel, mely azon a napon rombadöntötte Türkiz perzsa várost és roppant kiterjedésű napfolt feltűnésével esett össze.
Végül számos észlelet alapján bebizonyítottnak látszik, hogy a talaj és légkör közt is vannak áramlatok; pozitív áramlat ömlik ki a közepes szélességi fokokon és aztán tovaterjed a légkör felsőbb rétegeiben, majd az egyenlítői vidékeken leszáll a föld felé, hogy így bezárja körét délről észak felé haladva, magán a Föld tömegén keresztül. Könnyen belátható, hogy ez a visszatérő áramlatág hatásaiban összegeződhetik a tulajdonképpeni földi áramlatokkal, bár ezek amattól független jelenségek.
112. A mágneses jelenségek okai. A mágneses tünemények oka, sajátságaiknak és változásaiknak kielégítő elmélete még ez ideig homályban van; ez egyike ama nagy feladatoknak, a melyeknek megoldása a jövő természettudósaira vár.
Nem volna helyénvaló fölújítani Gilbert-nek 1600-ban fölállított régi elméletét, mely szerint óriási vasrúd van a föld tengelyében, vagy éppen valamely mágneses átmérőjében; ha ez így volna, akkor a mágneses délkörök mind legnagyobb körök volnának s az ekvipotencziális vonalak oly párhuzamos körök, a melyek az előbbieket derékszögben metszik.
De nehezen kerülhetjük el azt, hogy a föld fölszinén észlelhető mágneses tünemények magyarázatakor bolygónk belső magjának alkotását a dologba bele ne hozzuk. Valóban láttuk a Föld tömegének tanulmányozásakor hogy a belső magnak nagy sűrűségűnek kell lennie; nagy hőmérsékletének ellenére a roppant nyomás, melyet hord, gyakorlatilag véve kétségtelenül a szilárd állapottal egyenlő állapotot kölcsönöz neki. Végül egyrészt a chemiai elemzés, másrészt a belső mag nagy sűrűsége, melyet a nehézség tanulmányozása jelez benne, azt a következtetést engedik meg, hogy ez a belső mag fémes anyagok olvadéka, melyben a vasnak van főszerepe és e vasnak jelenléte magyarázza legalább is minőség szempontjából a mágneses tüneményeket. Ebből érthető meg, hogy a földrengés miért jár mágneses zavarok-
109
kal, mert – mint az előző fejezetben láttuk, – a kéreg mozgása összefügg a belső mag mozgásával és megfelel amaz anyagok más-más elhelyezkedésének, melyek a vastartalmú magot alkotják.
Azt is gondolták, hogy a Föld körül futó elektromos áramlatok okai a földi mágneses térnek. Szellemes és merész elméleteket állítottak föl, hogy e gondolatok során a Napban keressék a földgömb mágnességének az okát. Ujabban azt gondolták, hogy bolygórendszerünk középponti csillaga akár katódsugarakat, akár elektromos hullámokat bocsáthat ki, melyek előidézhetik vagy módosíthatják a műszereink segítségével észlelhető és mérhető mágneses teret. Ez ideig egyetlen elmélet sem adott teljesen biztos magyarázatot; egyetlen egy sem alapszik közülök teljes biztosságú tapasztalatokon. (*)
Természetes dolog, hogy a Napnak igyekszünk tulajdonítani földgömbünk elektromos és mágneses tüneményei némely megnyilvánulását; az, hogy e tünemények napi és évi ingadozást mutatnak, elég, hogy a Nap közreműködését megállapítsuk. De kétségtelen, hogy nem egyedül a Napban kell keresnünk a földi mágnesség eredetét; a bolygó középponti magja is jelentékeny részt vehet benne. A Nap tehát mint módosító tényező működik közre e tünemények erősségében.
113. A napfoltok hatása. Kétségbevonhatatlan, mert a közvetetlen észlelet eredménye, a napfoltok hatása a mágneses jelenségek erősségére.
Mindannyiszor, valahányszor a napfoltok számában változás van, megfelelően változás észlelhető a földgömb mágneses elemeiben is. A napfoltok maximumának időszaka körülbelül tizenegy év; éppen így tizenegy évenként áll be az elhajlás napi változásának maximuma is, valamint a vízszintes összetevő erősségének legnagyobb napi változása is.
A 47. rajz minden magyarázatnál tisztábban láttatja e három jelenség egyidejűségét. A vastag vonal adja a napfoltok számának változását 1840-től 1895-ig; a pontozott vonal mutatja ugyanez időről az elhajlás napi közép-kilengésének változását; végül az alsó vonal a vízszintes összetevő megfelelő változását mutatja.
47. rajz.
De ez még nem minden. Említettük a sarki fény és a mágneses viharok egyidejűségét. Nos, éppen a napfoltok maximumának évei, egyszersmind a sarki fény és a mágneses viharok maximumá-
(*) A XX. századi fizikai és földrajzi kutatások sokban árnyalták az itt vázolt elméletet, de a következő bekezdésben álló összegzés ma is érvényes. [NF]
110
nak évei is. Ezt mutatják a 48. rajz görbéi; az alsó, vastag vonal a napfoltok maximumainak időszakait láttatja 1790-től 1870-ig; a középső, pontozott vonal mutatja ugyanez időszakban a mágneses viharok számának változását; a legfelső vonal jelzi a sarki fény számának változását ugyanez idő alatt; a három görbe maximumai egyidejűek.
48. rajz.
Egyébként a napfoltoknak a földgömb közép-hőmérsékletére gyakorolt hatásával a meteorológiában fogunk újra foglalkozni.
Mi az oka a napfoltok eme hatásának? A kérdés teljes megoldását még nem találták meg; de legalább jelezhetjük, miként képzelhetjük el a tüneményt.
A Nap (miként ezt manapság finom műszerekkel kimutatták) elektromágneses sugarakat bocsát ki és elektromágneses "erőtér" középpontját alkotja. A Föld e térben mozog; középponti magját, mely elektromos vezető, minthogy olvadt fémekből áll, állandóan indukált áramlatok futják be. Míg a tér állandó marad, míg a Föld haladássebessége változatlan, a Földet átfutó indukált áramok
111
is változatlanok lesznek. De ha a két előbb említett tényező megváltozik, az indukált áramok járása a Föld magjában szintén megváltozik.
Már pedig a Föld haladássebessége nagyjában egyenletes; de a Nap mezeje megváltozik mindannyiszor, valahányszor valami ok megváltoztatja e csillag sugárzását. Ez a sugárzás módosul, midőn foltok mutatkoznak a Nap korongján. Igy tehát valahányszor a napfoltok száma, vagy nagysága változik: az elektromos térben és a középponti, fémes, vasas magot átfutó indukált áramlatokban is változás áll elő. Ennek következtében: 1. a földi áramlatoknak változniok kell; 2. e jelenségtől módosított mágneses elemeknek is változniok kell; 3. a földmag felső folyékony részében előálló elektromágneses vonzás hatása következtében az olvadt tömeg eltolódik és ez az áthelyeződés kihat az őt borító földkéregre és rengő jelenséget okoz. (*)
Igen érdekesen bővítette a napfoltok mágneses hatására vonatkozó ismereteinket HALE amerikai csillagász, a ki 1908 őszén tette közzé idevonatkozó vizsgálatait. ZEEMANN rendkívul kényes kísérletekkel bizonyította be, hogy ha valamely fényforrást mágneses térbe helyezünk, ez által megváltozik a forrás kibocsátotta fény színe (rezgésszáma). A ZEEMANN-féle jelenség révén tehát módunkban van, hogy valamely fényforrás fényének vizsgálata alapján a fényforrás helyén keletkező mágneses térről felvilágosítást nyerjünk.
HALE hasonlóan vizsgálta meg a napfoltokat és azt tapasztalta,
(*) Ezt a feltételezést nem sikerült igazolni. [NF]
112
hogy a napfoltokban a mágneses tér mintegy 15,000-szer oly erős, mint a földmágnesség.*) De még e hatalmas mágneses erő keletkezését is megmagyarázzák ama forgatagok, a melyeket a napfoltokban tapasztaltak és a melyek – úgy látszik – nagy mennyiségű elektromos töltést szállítanak magukkal; legalább a keletkező mágneses tér iránya pontosan megfelel annak az iránynak, a mely AMPÈRE szabálya értelmében a forgatag keringés-irányából következik.
114. Helyi eltérések. Az izogonok általános eloszlásáról megadott térképünkön, a vonalak folytonos alakját középértékekből állapítottuk meg, melyek egyedül helyénvalók akkor, mikor az egész Földre kiterjedő tanulmányról van szó.
Ha egyes különleges vidéket tanulmányozunk, az eredményeket közelebbről kell vizsgálnunk; a helyett, hogy a földi izogonokat öt fokról öt fokra húznók meg, tíz perczről tíz perczre is megszerkeszthetjük; és ekkor a valódi izogonokat kapjuk, miként ezt Francziaország izogonjainak térképe a 49. rajzon mutatja. Ekkor a vonalak szabályos alakja eltűnik és helyükbe kígyózó vonalak jönnek, melyek a mágnesség eloszlásának helyi eltéréseit mutatják. A 49a. rajzon látható a földmágnesség eloszlása Magyarországon: megfelelő görbék kötik össze ama pontokat, a melyeken a vízszintes összetevő ugyanaz (izodinám vonalak), az egyenlő elhajlású helyeket az izogónok, míg végre az egyenlő lehajlásű helyeket az izoklin vonalak jelzik.
49. rajz.
Kisebb területeken még sajátszerűbb zavarok jelentkeznek, a melyek a nagy térképen nem láthatók.
Mi e helyi zavarok oka? Hosszú ideig a vasérczrétegek közreműködésével remélték a kérdés megoldását. De ha igaz is, hogy a vastartalmú kőzetek módosíthatják valamely meghatározott területen az izogonok alakját, legalább is nehéz elfogadni ezt az okoskodást a párizsi medencze oly határozott és idegenszerű s a térképen oly tisztán látható rendellenességének magyarázatául, mert itt a talaj leginkább mészkőzet.
Sokkal természetesebb ebben az esetben, ha a magyarázatot a földtani rétegek szövetének nem folytonos voltában keressük, a mi irányából eltérítve, módosíthatja a földi áramlatok körzését. A párizs-vidéki eltérés ekkor könnyen kimagyarázható, ha meg
*) L. Természettud. Közlöny, 1909. évf. 43. lap.
113
gondoljuk, hogy a Bray-vidék törésvonalának meghosszabbításában látszik feküdni.
Ez a példa még inkább megmutatja a szoros összefüggést a természettudományi jelenségek és a földgömb belső szerkezete között. Kezdik már felfogni ennek a dolognak fontosságát és megkezdik a tanulmányozását; ez összefüggés igazi természetének megállapítása a jövendő természettudósainak feladata, mert erre a czélra manapság még nem tudunk elég sok és főként eléggé megbízható észleletre hivatkozni. EÖTVÖS LORÁND mélyreható kutatásokat végzett a földmágnességi helyi változásokra vonatkozóan. Vizsgálatainak irányelve a következő: ha a helyi eltéréseknek valamely mágneses tömeg az oka, akkor a tömeg gyakorolta vonzóerőknek a hosszegységen való megváltozása (grádiense) arányos a tömeg keltette mágneses erőkkel. Minthogy EÖTVÖS az ő módszereivel a föld alatti tömegek vonzásáról teljesen hű képet tud előállítani és a mágneses erők is pontosan észlelhetők, módjában van, hogy a kétféle hatást összehasonlítsa és eldöntse, vajjon valóban föld alatti mágneses tömegek okozzák-e a helyi zavarokat.
114
EÖTVÖS Magyarország különböző területeit sűrű megfigyelő hálózattal borította be (eddig majdnem 2000 állomáson történtek mágneses megfigyelések) és nagyon sok helyen igazolta a mágneses és nehézségbeli zavaroknak előbb említett párvonalasságát.
49.a. rajz.
115
A különböző megfigyelt esetek alapján háromfajta ilyen párvonalasságot különböztet meg:
1. a zavaró mágneses erők vízszintes összetevői a nehézségi erőbeli zavar megváltozásával párhuzamosak és vele egy irányúak;
2. ugyanezek az összetevők a nehézségi erőbeli zavar megváltozásával párhuzamosak ugyan, de vele ellenkező irányúak;
3. ezek az összetevők párvonalasak a nehézségi erőbeli zavar megváltozásával, azonban irányuktól függetlenül egy mágneses gerinczvonal felé mutatnak.
Mind a három erőeloszlás igen jól magyarázható megfelelően elhelyezett mágneses tömegekkel; az első esetben egyazon tömeg okozza a mágneses és nehézségbeli zavarokat, a második esetben egy mágneses tömeg szerepel, melyet majdnem ugyanolyan sűrűségű, nem mágneses kőzetek borítanak be, a harmadik esetben pedig a mágneses tömeg közel ugyanolyan sűrűségű nem mágneses kőzetek közzé van ékelve.
Megjegyzendő, hogy EÖTVÖS vizsgálatai szerint oly kőzetek, a melyek körülbelül 10 000-szer kevésbé mágnesezhetők, mint a vas, már igen jelentékeny mágneses zavarokat okozhatnak. A Fruska-Góra északi lejtőjén pl. EÖTVÖS egy 5 km. széles függőleges szerpentin eret talált, a mely a föld mágnesség vízszintes összetevőjében egy 5 km. hosszú darabon kb. 1 kilóméternyire a talaj alatt kezdődő, az egész vízszintes erőnek 1/15 részére rúgó zavart okoz; magában a Fruska-Górában pedig teljesen a felszínre jövő függőleges szerpentin eret talált, mely a vízszintes összetevő értékében 25 százalékos zavart okoz és kézzelfogható bizonyítéka a megelőző okoskodások helyességének.
A föld alatti mágneses kőzetek okozta zavaroknak eme meggyőző példái mellett is EÖTVÖS nem állítja, hogy a mágneses kőzetek a mágneses zavarok egyedüli okai. Az összes valódi okok csak a földi áramok kimerítő tanulmányozása után jelölhetők ki.
Ezek a főbb elektromos és mágneses tünemények, melyeknek a földgömb a színhelye. Vannak még mások is, melyek a légkörben jelentkeznek; ezek a zivatar és a sarki fény. A meteorológiában fogjuk tanulmányozni őket.
