Pole geomagnetyczne: cechy, struktura, charakterystyka i historia badań

2024 Autor: Henry Conors | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-02-12 11:43

Pole geomagnetyczne (GP) jest generowane przez źródła znajdujące się wewnątrz Ziemi, a także w magnetosferze i jonosferze. Chroni planetę i życie na niej przed szkodliwym działaniem promieniowania kosmicznego. Jego obecność obserwowali wszyscy, którzy trzymali kompas i widzieli, jak jeden koniec strzały wskazuje na południe, a drugi na północ. Dzięki magnetosferze dokonano wielkich odkryć w fizyce, a do tej pory jej obecność jest wykorzystywana w nawigacji morskiej, podwodnej, lotniczej i kosmicznej.

Charakterystyka ogólna

Nasza planeta jest ogromnym magnesem. Jego biegun północny znajduje się w „górnej” części Ziemi, niedaleko bieguna geograficznego, a biegun południowy znajduje się w pobliżu odpowiedniego bieguna geograficznego. Z tych punktów magnetyczne linie sił, które tworzą właściwą magnetosferę, rozciągają się na wiele tysięcy kilometrów w kosmos.

Bieguny magnetyczne i geograficzne są dość daleko od siebie. Jeśli narysujesz wyraźną linię między biegunami magnetycznymi, możesz skończyć z osią magnetyczną o kącie nachylenia 11,3 ° do osi obrotu. Wartość ta nie jest stała, a wszystko dlatego, że bieguny magnetyczne poruszają się względem powierzchni planety, corocznie zmieniając swoje położenie.

Charakter pola magnetycznego

Tarcza magnetyczna jest generowana przez prądy elektryczne (ruchome ładunki), które powstają w zewnętrznym płynnym jądrze, znajdującym się wewnątrz Ziemi na bardzo przyzwoitej głębokości. To płynny metal i porusza się. Ten proces nazywa się konwekcją. Poruszająca się substancja jądra tworzy prądy, aw rezultacie pola magnetyczne.

Tarcza magnetyczna niezawodnie chroni Ziemię przed promieniowaniem kosmicznym. Jej głównym źródłem jest wiatr słoneczny – ruch zjonizowanych cząstek wypływających z korony słonecznej. Magnetosfera odchyla ten ciągły przepływ, przekierowując go wokół Ziemi, tak aby twarde promieniowanie nie miało szkodliwego wpływu na całe życie na niebieskiej planecie.

Gdyby Ziemia nie miała pola geomagnetycznego, wiatr słoneczny pozbawiłby ją atmosfery. Według jednej z hipotez tak właśnie stało się na Marsie. Wiatr słoneczny nie jest jedynym zagrożeniem, ponieważ Słońce również uwalnia duże ilości materii i energii w postaci wyrzutów koronalnych, którym towarzyszy silny strumień radioaktywnych cząstek. Jednak nawet w tych przypadkach ziemskie pole magnetyczne chroni ją, odchylając te prądy odplanety.

Tarcza magnetyczna odwraca swoje bieguny mniej więcej co 250 000 lat. Północny biegun magnetyczny zajmuje miejsce północy i odwrotnie. Naukowcy nie mają jasnego wyjaśnienia, dlaczego tak się dzieje.

Historia badań

Znajomość ludzi z niesamowitymi właściwościami ziemskiego magnetyzmu nastąpiła u zarania cywilizacji. Już w starożytności znana była ludzkości magnetyczna ruda żelaza, magnetyt. Nie wiadomo jednak, kto i kiedy ujawnił, że naturalne magnesy są jednakowo zorientowane w przestrzeni w stosunku do biegunów geograficznych planety. Według jednej wersji Chińczycy znali to zjawisko już w 1100 roku, ale w praktyce zaczęli go stosować dopiero dwa wieki później. W Europie Zachodniej kompas magnetyczny zaczął być używany w nawigacji w 1187.

Struktura i charakterystyka

Pole magnetyczne Ziemi można podzielić na:

• główne pole magnetyczne (95%), którego źródła znajdują się w zewnętrznym, przewodzącym jądrze planety;
• anomalne pole magnetyczne (4%) wytworzone przez skały w górnej warstwie Ziemi o dobrej podatności magnetycznej (jedną z najsilniejszych jest anomalia magnetyczna Kurska);
• zewnętrzne pole magnetyczne (zwane także zmiennym, 1%) związane z interakcjami Ziemi i Słońca.

Regularne zmiany geomagnetyczne

Zmiany pola geomagnetycznego w czasie pod wpływem zarówno wewnętrznych, jak i zewnętrznych (w stosunku do powierzchni planety) źródeł nazywamy zmianami magnetycznymi. Oni sącharakteryzują się odchyleniem składowych HP od wartości średniej w miejscu obserwacji. Zmiany magnetyczne ulegają ciągłej restrukturyzacji w czasie i często takie zmiany są okresowe.

Regularne zmiany, które powtarzają się codziennie, to zmiany pola magnetycznego związane ze słonecznymi i księżycowo-dobowymi zmianami intensywności MS. Odmiany osiągają szczyt w ciągu dnia i podczas opozycji księżycowej.

Nieregularne zmiany geomagnetyczne

Zmiany te następują w wyniku wpływu wiatru słonecznego na magnetosferę Ziemi, zmian w samej magnetosferze i jej interakcji ze zjonizowaną górną atmosferą.

• Dwadzieścia siedmiodniowe zmiany istnieją jako wzorzec ponownego wzrostu zaburzeń magnetycznych co 27 dni, co odpowiada okresowi rotacji głównego ciała niebieskiego względem ziemskiego obserwatora. Trend ten wynika z istnienia długowiecznych obszarów aktywnych na naszej gwieździe macierzystej, obserwowanych podczas kilku jej obrotów. Przejawia się to w postaci 27-dniowego nawrotu zaburzeń geomagnetycznych i burz magnetycznych.
• Jedenastoletnie zmiany są związane z okresowością formowania się plam przez Słońce. Stwierdzono, że w latach największej akumulacji ciemnych obszarów na dysku słonecznym aktywność magnetyczna również osiąga maksimum, jednak wzrost aktywności geomagnetycznej pozostaje w tyle za wzrostem aktywności słonecznej średnio o rok.
• Odmiany sezonowe mają dwa wzloty i dwa dołki odpowiadającerównonocy i przesileń.
• Świeckie, w przeciwieństwie do powyższego, - pochodzenia zewnętrznego, powstają w wyniku ruchu materii i procesów falowych w ciekłym, przewodzącym elektrycznie jądrze planety i są głównym źródłem informacji o energii elektrycznej przewodnictwa dolnego płaszcza i jądra, o procesach fizycznych prowadzących do konwekcji materii, a także o mechanizmie generowania pola geomagnetycznego Ziemi. Są to najwolniejsze zmiany – z okresami od kilku lat do roku.

Wpływ pola magnetycznego na świat żywy

Pomimo tego, że nie widać tarczy magnetycznej, mieszkańcy planety doskonale ją czują. Na przykład ptaki wędrowne budują swoją trasę, koncentrując się na niej. Naukowcy wysunęli kilka hipotez dotyczących tego zjawiska. Jedna z nich sugeruje, że ptaki postrzegają to wizualnie. W oczach ptaków wędrownych znajdują się specjalne białka (kryptochromy), które są w stanie zmienić swoje położenie pod wpływem pola geomagnetycznego. Autorzy tej hipotezy są pewni, że kryptochromy mogą działać jak kompas. Jednak nie tylko ptaki, ale także żółwie morskie używają ekranu magnetycznego jako nawigatora GPS.

Wpływ ekranu magnetycznego na człowieka

Wpływ pola geomagnetycznego na człowieka różni się zasadniczo od każdego innego, czy to promieniowania, czy niebezpiecznego prądu, ponieważ całkowicie wpływa na ludzkie ciało.

Naukowcy uważają, że pole geomagnetyczne działa w zakresie ultraniskich częstotliwości, w wyniku czego spełnia głównerytmy fizjologiczne: oddechowy, sercowy i mózgowy. Człowiek może nic nie czuć, ale organizm nadal reaguje na to zmianami funkcjonalnymi w układzie nerwowym, sercowo-naczyniowym i aktywnością mózgu. Psychiatrzy od wielu lat śledzą związek między wybuchami natężenia pola geomagnetycznego a zaostrzeniem chorób psychicznych, często prowadzącym do samobójstwa.

„Indeksowanie” aktywności geomagnetycznej

Zakłócenia pola magnetycznego związane ze zmianami w układzie prądów magnetosferyczno-jonosferycznych nazywane są aktywnością geomagnetyczną (GA). Do określenia jego poziomu stosuje się dwa wskaźniki - A i K. Ten ostatni pokazuje wartość GA. Oblicza się go na podstawie pomiarów tarczy magnetycznej wykonywanych codziennie w odstępach trzygodzinnych, począwszy od godziny 00:00 UTC (Universal Time Coordinated). Najwyższe wartości zaburzenia magnetycznego porównuje się z wartościami pola geomagnetycznego spokojnego dnia dla danej instytucji naukowej, przy czym uwzględnia się maksymalne wartości zaobserwowanych odchyleń.

Na podstawie uzyskanych danych obliczany jest wskaźnik K. Ze względu na to, że jest to wartość quasi-logarytmiczna (czyli zwiększa się o jeden przy wzroście zakłócenia o około 2 razy), nie może być uśredniony w celu uzyskania długoterminowego historycznego obrazu stanu pól geomagnetycznych planety. Aby to zrobić, istnieje indeks A, który jest średnią dzienną. Wyznacza się to po prostu - każdy wymiar indeksu K jest przeliczany narównoważny indeks. Wartości K uzyskiwane w ciągu doby są uśredniane, dzięki czemu możliwe jest uzyskanie wskaźnika A, którego wartość w zwykłe dni nie przekracza progu 100, a podczas najpoważniejszych burz magnetycznych może przekroczyć 200.

Ponieważ zaburzenia pola geomagnetycznego w różnych częściach planety przejawiają się w różny sposób, wartości wskaźnika A z różnych źródeł naukowych mogą się znacznie różnić. Aby uniknąć takiego wzrostu, indeksy A uzyskane przez obserwatoria są redukowane do średniej i pojawia się globalny indeks A_p. To samo dotyczy indeksu K_p, który jest wartością ułamkową z zakresu 0-9. Jego wartość od 0 do 1 wskazuje, że pole geomagnetyczne jest normalne, co oznacza, że zachowane są optymalne warunki przejścia w pasmach krótkofalowych. Oczywiście poddaje się dość intensywnemu przepływowi promieniowania słonecznego. Pole geomagnetyczne 2 punktów charakteryzuje się umiarkowanym zaburzeniem magnetycznym, które nieco komplikuje przechodzenie fal decymetrowych. Wartości od 5 do 7 wskazują na obecność burz geomagnetycznych, które powodują poważne zakłócenia we wspomnianym zasięgu, a przy silnej burzy (8-9 punktów) uniemożliwiają przechodzenie fal krótkich.

Aktywność pola geomagnetycznego w punktach

Ar	Kr	Opis
0	0	Spokój
2	1
3
4
7	2	Słabo oburzony
15	3
27	4	Oburzony
48	5	Burza magnetyczna
80	6
132	7	Wielka burza magnetyczna
208	8
400	9

Wpływ burz magnetycznych na zdrowie człowieka

50-70% światowej populacji jest dotkniętych burzami magnetycznymi. Jednocześnie początek reakcji stresowej u niektórych osób odnotowuje się na 1-2 dni przed zaburzeniem magnetycznym, kiedy obserwuje się rozbłyski słoneczne. Dla innych w samym szczycie lub jakiś czas po nadmiernej aktywności geomagnetycznej.

Osoby uzależnione metodycznie, a także cierpiące na choroby przewlekłe, muszą przez tydzień śledzić informacje o polu geomagnetycznym, aby wykluczyć stres fizyczny i emocjonalny, a także wszelkie działania i zdarzenia, które mogą prowadzić stresować, jeśli zbliżają się burze magnetyczne.

Zespół niedoboru pola magnetycznego

Osłabienie pola geomagnetycznego w pomieszczeniach (pole hipogeomagnetyczne) występuje ze względu na cechy konstrukcyjne różnych budynków, materiałów ściennych, a także konstrukcji namagnesowanych. Kiedy przebywasz w pomieszczeniu z osłabionym lekarzem rodzinnym, zaburzony jest krążenie krwi, dopływ tlenu i składników odżywczych do tkanek i narządów. Osłabienie tarczy magnetycznej wpływa również na układ nerwowy, sercowo-naczyniowy, hormonalny, oddechowy, kostny i mięśniowy.

Japoński lekarz Nakagawa „zadzwonił”zjawisko to nazywane jest „syndromem niedoboru pola magnetycznego człowieka”. W swoim znaczeniu koncepcja ta może konkurować z niedoborem witamin i minerałów.

Główne objawy wskazujące na obecność tego zespołu to:

• zmęczenie;
• spadek wydajności;
• bezsenność;
• ból głowy i stawów;
• hipo- i nadciśnienie;
• usterki w układzie pokarmowym;
• zaburzenia układu sercowo-naczyniowego.