Kula ziemska – największy magnes
Począwszy od XVIII wieku, czynione były próby wykreślania map magnetycznych pewnych obszarów Ziemi, tj. map,, na których podane byłyby wartości zboczenia i nachylenia dla., poszczególnych miejscowości. Jeżeli chodzi o mapę zboczeń, to jej znaczenie praktyczne jest ogromne, gdyż przy jej pomocy można korygować wskazania busoli. Jak się jednak okazało do wykreślenia takiej mapy-trzeba posiadać nie Tylko dane dla bardzo, wielu miejscowości, ale i szereg innych wskazań, o czym poniżej. W grę wchodzi znów Heraklitowe „panta rhei“. Sprawę zbadania, i przedstawienia rozkładu pola magnetycznego na powierzchni Ziemi skomplikowało stwierdzenie faktu, że wartości elementów tego pola, a więc znanego wówczas zboczenia i nachylenia zmieniają się w danym miejscu wraz z czasem. Stwierdzono to dla miejscowości, w których pomiary były dokonane kilkakrotnie. Mamy więc tu do czynienia z wielkościami jakby dwojako zmiennymi, w czasie i w przestrzeni. Wielkości te w danym momencie mają zasadniczo różne wartości dla różnych miejscowości na Ziemi, wykazując w tym pewną zależność od współrzędnych geograficznych, w tym samym zaś miejscu wykazują zmienność wraz z czasem. Koniecznością stało się więc opracowanie pewnej teorii matematycznej zjawiska, która by uwzględniała te zmiany i pozwalała je przewidzieć. Teorię taką ogłosił w r. 1838 Karol Fryderyk Gauss, wielki uczony, niezmiernie zasłużony w dziedzinie badań nad magnetyzmem ziemskim. Gauss pierwszy ustalił niezwykle ważne pojęcie natężenia pola magnetycznego ziemskiego i podał sposób jego mierzenia; skonstruował nadto potrzebny do tego przyrząd. Można powiedzieć, że dopiero od czasów Gaussa pojęcie pola magnetycznego ziemskiego stało się w pełni realne, uprzednio znaliśmy tylko kierunek sił działających — Gauss dał nam możność wyznaczania wartości tych sił. Metoda Gaussa wyznaczania składowej poziomej natężenia pola magnetycznego ziemskiego jest do dziś dnia stosowana. Gauss założył też w r. 1832 w Getyndze pierwsze obserwatorium magnetyczne tj. placówkę naukowo-badawczą, gdzie stale i systematycznie są wyznaczane i notowane wartości wszystkich elementów pola magnetycznego ziemskiego (zboczenie, nachylenie, natężenie lub jego składowa). W ten sposób wprowadzone obserwacje pozwalają wyciągnąć pewne wnioski co do charakteru i przebiegu zmian wartości tych elementów w danym miejscu.
Udoskonalenie metod obserwacji, skonstruowanie przyrządów samorejestrujących przebieg zmian, założenie szeregu obserwatoriów w różnych krajach, to wszystko na przebiegu lat przeszło stu od czasu podjęcia badań przez Gaussa, pozwoliło badaczom zjawiska magnetyzmu ziemskiego na wyjaśnienie wielu, wiążących się z tym zjawiskiem zagadnień. Nie możemy jednak powiedzieć, że wszystko zostało już zupełnie wyjaśnione. „Ziemia zachowuje się jak wielki magnes“, powtarzamy w nieco zmienionej formie zdanie Gilberta, choć wiemy, że jego przedstawienie wewnętrznego Układu sił magnetycznych było bardzo naiwne i uproszczone, sami jednak nie możemy dać obrazu bardziej szczegółowego i rzeczywistego. Tak samo nie możemy powiedzieć nic ostatecznie pewnego na temat powstania stanu magnetycznego wnętrza Ziemi. Hipoteza, że pole magnetyczne ziemskie powstanie swoje zawdzięcza ruchowi obrotowemu Ziemi wydaje się dziś najbardziej prawdopodobna, niemniej doświadczalnie nie została potwierdzona i nadal takie potwierdzenie jest problematyczne, dzięki niemożności eksperymentowania w laboratoriach z ciałami, których warunki fizyczne (rozmiary, masa, prędkość obrotu) byłyby tego rzędu, co dla globu ziemskiego. Pewne wskazania w tym względzie otrzymane zostały na drodze badań astrofizycznych. Stwierdzono mianowicie, że stosunek momentu magnetycznego do momentu pędu dla trzech ciał wirujących, a mianowicie Słońca, Ziemi i gwiazdy 78 Virginis wyraża się liczbami tego samego rzędu wielkości, co przemawia na rzecz tezy o proporcjonalności tych dwu wielkości. Czy dalsze obliczenia tego stosunku dla innych ciał astralnych potwierdzą tę tezę, czas dopiero wykaże. W każdym razie wyznaczenie jednoczesne tych dwu wielkości dla mas wirujących, odległych od nas o astronomiczną cyfrę kilometrów nie należy do rzeczy łatwych.
Teoria matematyczna pola ziemskiego podana przez Gaussa przyczyniła się do ustalenia nowego, bardzo ważnego pojęcia zakłóceń lokalnych. Mianem tym oznacza się te obszary, dla których wartości elementów, wyznaczone drogą pomiaru, różnią się od wartości przewidzianych teoretycznie ze wzorów, w których uwzględnione są współrzędne geograficzne. Przyjmując te wartości obliczone za normalne, odbiegające od nich wartości otrzymane z pomiaru nazywamy anomalnymi, cały zaś obszar — anomalią. Istnienie obszarów zakłóconych wiąże się z ich budową geologiczną i wyznaczenie ich ma wielkie znaczenie praktyczne. Skonstruowanie precyzyjnego, a jednocześnie niezwykle praktycznie pomyślanego przyrządu tzw. wagi magnetycznej Schmidta, stanowi moment niezwykle ważny nie tylko dla badań magnetycznych, ale i dla górnictwa. Zdjęcia terenowe i przekroje, jakie możemy otrzymać przy pomocy tych łatwych do przewozu, ustawienia i manipulacji przyrządów7, coraz bardziej zastępują obecnie uciążliwe i bardzo kosztowne wiercenia próbne.
Wobec ogromu zniszczeń, jakich świat cały doznał na skutek wojny, jest całkiem zrozumiałe, że na plan pierwszy wysuwane są dziś zagadnienia odbudowy i samowystarczalności gospodarczej. Wielką rolę odgrywają tu poszukiwania geologiczne, przy których rzecz oczywista staramy się stosować metody najbardziej ekonomiczne. Do tych należą w pierwszym rzędzie metody geofizyczne — poszukiwanie i badanie anomalii grawimetrycznych i magnetycznych. Przy badaniu anomalii magnetycznych najwięcej wskazań natury praktycznej dają nam obserwacje składowej pionowej natężenia, dokonywane przy pomocy wyżej wspomnianej wagi Schmidta. Nic więc dziwnego, że obecnie ten pomiar magnetyczny cieszy się największą popularnością. Nie zapominajmy jednak o praktycznym znaczeniu map zboczenia magnetycznego i o tym, że dla zbadania całego zagadnienia magnetyzmu ziemskiego, które jest doniosłym zagadnieniem naukowym, konieczna jest znajomość wszystkich elementów. Magnetyzm ziemski jest dziedziną zjawisk, u nas zwłaszcza, mało popularną i zbadaną, tym bardziej daje duże widoki osiągnięcia nowych i ciekawych wyników, zarówno natury czysto naukowej jak i praktycznej.