Курская магнитная аномалия

Акад. П. ЛАЗАРЕВ

Среди научных и научно-практических исследований, начатых в первые годы существования советской власти и продолжающихся до сих пор, исследование курской магнитной аномалии занимает несомненно одно из наиболее выдающихся мест. Условия работы, сложность исследований, грандиозность общего замысла, наконец, результаты, представляющие собой исключительную важность как для теории, так и для практики, — все это делает работы по изучению курской аномалии особенно интересными для советского читателя.

Личное участие и огромный интерес к этим работам Ленина и Сталина, их колоссальная роль в устранении затруднений при работе также заставляют поставить эти исследования в ряду тех рекордных предприятий, которыми, по справедливости, гордится всякий гражданин Советского Союза.

Исследованиям курской магнитной аномалии и посвящена настоящая статья.

*

Земной шар представляет собой гигантских размеров магнит, имеющий, как и все магниты, два полюса — северный и южный. Распределение магнитных силовых линий у поверхности Земли приближенно можно представить себе, если около центра Земли расположить маленький, но очень сильный магнит. При этом магнит можно так подобрать, что не только направление его силовых линий будет приближенно совпадать с направлением силовых линий земного магнетизма, но и по величине магнитные силы будут приблизительно равны. Прямая линия, соединяющая полюсы воображаемого магнита, — магнитная ось — образует с осью вращения Земли, проходящей через географические полюсы, угол в 11°.

Плоскости, перпендикулярные к магнитной оси нашего малого магнита, пересекают земной шар по параллельным кругам, называемым магнитными параллелями. Магнитная параллель, проходящая через центр Земли, называется магнитным экватором.

Плоскости, перпендикулярные к магнитной оси воображаемого магнита, пересекают земной шар по параллельным кругам, называемым магнитными параллелями. Магнитная параллель, проходящая через центр Земли, называется магнитным экватором.

В каждой точке земной поверхности постоянно существует магнитная сила определенной, величины и определенного направления. Направление этой силы указывает магнитная стрелка, свободно вращающаяся около своего центра тяжести. У полюсов направление магнитной силы вертикальное, причем здесь она имеет максимальную величину. У экватора направление силы горизонтальное, а величина минимальная. В промежуточных точках земного шара, лежащих между магнитным полюсом и магнитным экватором, величина магнитной силы изменяется от ее величины на экваторе до величины на полюсе. Угол между направлением стрелки и горизонтальной плоскостью называется наклонением и меняется от нуля (на экваторе) до 90° (на полюсе).

У экватора направление магнитной силы горизонтальное, а величина минимальная. У полюса направление вертикальное, а величина максимальная. В промежуточных точках, лежащих между магнитным полюсом и магнитным экватором, величина магнитной силы изменяется от ее величины на экваторе до величины на полюсе. Угол между направлением стрелки и горизонталью называется наклонением и меняется от нуля (на экваторе) до 90° (на полюсе).

Если перемещаться по поверхности Земли с компасом в руках и определять в каждой точке Земли угол между географическим меридианом и направлением магнитной стрелки, то мы заметим, что этот угол, называемый склонением, непрерывно изменяется. Только вдоль одной линии, проходящей через географические и магнитные полюсы Земли, магнитное склонение равно нулю. Линия, где склонение равно нулю, называется агонической.

Только вдоль одной линии, проходящей через географические и магнитные полюсы Земли, магнитное склонение равно нулю. Линия эта называется агонической.

Тщательное и точное наблюдение магнетизма на поверхности Земли показывает, что реальное магнитное поле ее обнаруживает отклонения от поля, задаваемого малым магнитом, проходящим через центр Земли. Отклонения эти, однако, не велики, и первое грубое, ориентировочное представление о земном поле может быть получено из гипотезы малого магнита.

Кроме небольших отклонений, наблюдающихся в разных местах Земли, имеются области, где отклонение магнитной стрелки резко отличается от нормального поля. Эти места называются аномальными областями земного магнетизма, или, просто, магнитными аномалиями. Наиболее частой причиной аномалии служат имеющиеся в этом месте залежи значительных масс железной руды — магнитного железняка. Наибольшую в мире магнитную аномалию представляет собой курская магнитная аномалия.

Интересны история открытия этой аномалии и ее исследования после Октябрьской революции.

*

Начало изучения курской магнитной аномалии относится ко времени первой магнитной съемки в России, предпринятой приват-доцентом Казанского университета Смирновым (с 1872 до 1878 г.). При своих работах Смирнов нашел в Курской губернии два аномальных места, где величина и направление магнитной силы резко отличались от соседних, нормальных мест. Географическое общество предприняло дальнейшее изучение аномалии, причем эти работы были осуществлены студентами Роддом и Сергиевским, нашедшими в Курской губернии такие точки, которые превосходили по величине аномалии не только то, что нашел Смирнов, но и все то, что было известно в мировой литературе по земному магнетизму. После этого Географическим обществом был приглашен для работы по исследованию курской аномалии директор Парижской магнитной обсерватории Муро. Летом 1896 г. Муро провел свыше 100 серий наблюдений на 102 точках в Курской губернии и подтвердил существование огромной аномалии в южной части Курской губернии, в районе Белгорода и Непхаева. Эти работы показали, что необходимо предпринять планомерное исследование всей аномалии. Такое исследование было проделано в течение 20 с лишком лет профессором Московского университета Лейстом. Он сделал определения элементов земного магнетизма — силы и направления магнитного поля — в 4500 пунктах. О результатах своих исследований Лейст доложил весной 1918 г. на физическом коллоквиуме Научного института. Летом 1918 г. Лейст уехал в Германию, где в середине лета умер. Осенью того же года выяснилось, что карты и числовой материал были взяты Лейстом в Германию, и получить их обратно не представлялось возможным. В то же время оказалось, что проф. Лейст совместно с германским подданным Штейном издал в Германии брошюру, имевшую целью познакомить широкие круги финансовой Германии с практическим значением курской аномалии.

Предполагалось, что в Курской губернии находятся огромные залежи железной руды.

Курской магнитной аномалией заинтересовался Ленин. Владимир Ильич поручил т. Красину выяснить, возможно ли восстановить утраченные записи и карты Лейста в кратчайший срок и какие суммы будут для этого нужны. Вопрос о средствах имел тем большее значение, что суммы, которые желал получить Штейн в обмен на документы и карты Лейста, были колоссальны.

«По мнению Штейна, — писал в «Известиях» 29/IV 1923 г. т. Красин, — причина аномалии могла состоять только в колоссальных залежах магнитного железняка или магнитной руды, поэтому Штейн предложил продать советскому правительству переданные ему Лейстом материалы при условии уплаты ему крупной суммы — около 10 млн. шведских крон — и при условии предоставления ему, Штейну, концессии на значительной части всей этой магнитной площади.

Желая проверить солидность всего этого заявления, я после переговоров с соответствующими инстанциями предложил Штейну купить у него все материалы, рассматривающиеся мной как чисто научный исследовательский материал, и оценил стоимость таковых в 300 тыс. рублей золотом. Что же касается концессии, то и в этой области, чтобы не оттолкнуть сразу Штейна, мы считали возможным предложить ему некоторые гарантии.

После значительных колебаний Штейн отказался от наших условий, и тот факт, что такой посредник, не производивший слишком серьезного впечатления, мог отказаться от перспективы получить сразу 300 тыс. рублей золотом, заставил меня думать, что за этим предложением действительно скрывается чрезвычайно серьезное дело».

После обсуждения этого вопроса с акад. П. П. Лазаревым выяснилось, что восстановить данные Лейста можно. Чтобы облегчить и ускорить работу, можно было, как указал акад. А. Н. Крылов, использовать для магнитных измерений приборы, применяющиеся во флоте для изучения аномалии корабля, — дефлекторы де Колонга. Это же обстоятельство облегчило и организацию работ, так как представлялось возможным откомандирование штурманских чинов флота, которые могли бы выполнить исследования курской аномалии.

После доклада акад. Лазарева в Академии наук Академия решила причислить комиссию по курской аномалии, сорганизованную в Москве при Московском научном институте, к московскому отделению комиссии по изучению естественных производительных сил (КЕПС), причем финансирование, по предложению т. Красина, производилось Чрезвычайной комиссией по снабжению Красной армии.

В академическую комиссию вошли следующие лица: акад. Крылов, начальник Гидрографического управления Бялокоз, акад. Лазарев (председатель комиссии), проф. Шокальский, проф. (ныне академик) Архангельский, проф. Чугаев, проф. (ныне академик) Губкин.

Первая экспедиция была направлена в деревню Белый Колодезь, где наблюдалась резкая магнитная аномалия.

Характеризуя условия работы т. Красин писал (см. «Известия» 29/IV 1923 г.):

«Из кредитов Чрезкомснаба по моему распоряжению была сделана ассигновка, разумеется, в советских рублях. И на эти жалкие средства акад. Лазарев и группа моряков и рабочих начали работать. Первые месяцы шли в условиях невероятно трудных. Одно время вся эта область попала в сферу гражданской войны и часть экспедиции очутилась даже на вражеской территории. И только благодаря необычайному энтузиазму и выдающейся энергии работников на местах удалось довести до столь значительных результатов эту работу.

Но надо воздать должную дань уважения и научной инициативе наших энергичных ученых, без чего, конечно, работа не могла бы быть выполнена с таким успехом».

Правительство и партия всеми способами содействовали успеху этих исследований, и, несмотря на крайне неблагоприятные условия работы в виде гроз и дождей и близость фронта, магнитные измерения в 1919 г. в районе Тима были доведены до конца. К моменту продвижения фронта в районе аномалии все ориентировочные данные были собраны и район к западу от линии Щигры—Тим был тщательно изучен.

Таким образом были восстановлены данные исследований Лейста в Щигровском и Тимском уездах Курской губернии. При работах удалось благодаря особой комбинации наблюдений значительно повысить точность магнитных карт несмотря на то, что магнитные приборы, находившиеся в распоряжении комиссии, давали большую ошибку, чем приборы Лейста.

Первые результаты, полученные, экспедицией, вызвали после доклада акад. Лазарева в ВСНХ такой большой интерес партии и правительства, что работы решено было значительно расширить введением геологических исследований и исследований методом глубокого бурения. Для этой цели комиссия Академии наук была введена в виде магнитно-гравитационно-геодезического отдела в Особую комиссию курских магнитных аномалий при ВСНХ (ОККМА).

Магнитные наблюдения, произведенные с 1919 по 1926 г. в 15 тыс. пунктов Курской губернии, показали, что через всю Курскую губернию с северо-запада на юго-восток тянутся две полосы. Северная полоса с большими значениями аномальной силы проходит через бывшие Курский, Щигровский, Тимский и Оскольский уезды, причем эта аномалия разделяется в южной части на две ветви. Южная аномалия, гораздо менее выраженная, включает те аномальные, пункты, которые были впервые открыты в Курской губернии, — Белгород и Непхаево. Позднее (1930—1937 гг.) был найден еще ряд магнитных полос.

Произведенные измерения силы тяжести вдоль магнитной аномалии показали, что аномалия вызвана присутствием тяжелых масс. Характер распределения магнетизма на поверхности Земли и изменение силы тяжести объясняются существованием под землей найденной при бурении призматической массы. Эта масса заключает в себе магнитный железняк.

Данные бурения и наблюдения над силой тяжести позволили в 1924 г. акад. Лазареву впервые подсчитать запасы железной руды в области курской аномалии. Запасы были подсчитаны с допущением, что глубина простирания залежи составляет около 300—350 м. Оказалось, что при самых скромных подсчетах количество железа в одной северной полосе до этой глубины должно колебаться от 15 до 25 млрд. т. Подсчеты акад. Губкина, сделанные в более позднее время на основании новых данных бурения, показали, что общее количество железа должно быть около 40 млрд. т.

Последние работы проф. Гамбурцева позволили установить, что количество руды в районе северной полосы курской аномалии еще больше. Проф. Гамбурцеву удалось найти чрезвычайно интересный метод подсчета количества руды — для этого нужно только знать изменение силы тяжести над залежью и плотность залежи.

Проверка метода Гамбурцева была произведена так: было подсчитано количество воды в озере обыкновенным прямым способом. Затем проф. Гамбурцев, зная плотность воды и изменение силы тяжести над озером (наблюденной зимой), подсчитал количество воды в озере по новому, гравиметрическому методу. Оказалось, что этот метод дает результат, совершенно совпадающий с непосредственным определением.

*

Подсчет по методу Гамбурцева показал, что количество руды во всей северной полосе курской аномалии значительно превышает то, какое было определено акад. Лазаревым и акад. Губкиным. Все эти цифры становятся особенно показательными, если сравнить их с данными запасов железа в Европе и во всем мире. Во всей Европе, включая и Европейскую часть СССР без Курской области, имеется железа в виде железных руд, годных для эксплуатации, около 14 млрд. т. Мировые запасы железных руд равны 600 млрд. т. Общее количество железной руды в районе Курской области соизмеримо с количеством мировых запасов. Открытие курской аномалии и ее обстоятельное исследование ставят перед нашей промышленностью колоссальные перспективы.

Законченное теоретическое исследование курской аномалии перешло в 1930 г., по указаниям товарища Сталина, в исследование промышленного характера. Это второе исследование ставило уже чисто практическую задачу — задачу проведения шахт и получения в достаточном количестве руды, которая должна была быть обработана и превращена в металлическое железо. Эти работы производятся в настоящее время под руководством акад. Губкина.

*

В заключение мы можем задать себе вопрос: какое же значение имеет исследование курской магнитной аномалии?

Можно было думать, что железа на Земле так много, что открытие новых грандиозных залежей его представляется делом ненужным. Но еще в 1910 г. проф. Лейст показал, что в 1960 или 1970 г. руды будут использованы до конца и к этому времени должен будет наступить железный голод. Расширение военного строительства вследствие империалистической войны потребовало огромного, непредвиденного Лейстом, количества железа, и срок железного голода приблизился к нам. Это было настолько ясно крупным специалистам в области железной промышленности, что начались даже специальные работы в Германии, имеющие задачей приготовление таких сплавов, которые могли бы заменить железо в промышленности. Открытие курской аномалии сразу позволяет отодвинуть на ряд десятилетий момент наступления железного голода. В Германии есть поговорка: «Кто владеет железом и углем, тот владеет миром». Открытие нашей геологией огромных новых залежей угля и нахождение курской магнитной руды ставят СССР на ведущее место в мире, и мы можем с полной уверенностью смотреть на будущее нашей родины, работающей под руководством ее правительства и партии Ленина—Сталина над осуществлением коммунизма.