Геомагнітне поле: особливості, будова, характеристики і історія досліджень

Геомагнітне поле (ДП) генерується джерелами,розташованими усередині Землі, а також в магнітосфері та іоносфері. Воно захищає планету і життя на ній від згубного впливу космічної радіації. Його присутність спостерігав кожен, хто тримав компас і бачив, як один кінець стрілки вказує на південь, а інший - на північ. Завдяки магнітосфері були здійснені великі відкриття у фізиці, і до сих пір її наявність використовується для морської, підводного, авіаційної та космічної навігації.

Загальна характеристика

Наша планета - це величезний магніт. Північний його полюс знаходиться в "верхньої" частини Землі, неподалік від географічного полюса, а південний - поруч з відповідним географічним полюсом. З цих точок на багато тисяч кілометрів в космос простягаються силові магнітні лінії, сосставляющіе власне магнітосферу.

Магнітні та географічні полюси доситьвіддалені один від одного. Якщо провести чітку грань між магнітними полюсами, в результаті можна отримати магнітну вісь з кутом нахилу в 11,3 ° до осі обертання. Ця величина непостійна, а все тому, що магнітні полюси переміщаються щодо поверхні планети, щорічно змінюючи своє місце розташування.

Природа геомагнітного поля

Магнітний екран генерується електричнимиструмами (рухомими зарядами), які народжуються в зовнішньому рідкому ядрі, розташованому усередині Землі на дуже пристойній глибині. Це текучий метал, і він переміщається. Даний процес називається конвекцією. Рухоме речовина ядра утворює струми і, як наслідок, магнітні поля.

Магнітний екран надійно захищає Землю відкосмічної радіації. Основний її джерело - сонячний вітер - рух іонізованих частинок, стікали з сонячної корони. Магнітосфера відхиляє цей безперервний потік, перенаправляючи його навколо Землі, завдяки чому жорстка радіація не робить згубного впливу на все живе блакитної планети.

Якби у Землі не було геомагнітного поля, тосонячний вітер позбавив би її атмосфери. За однією з гіпотез, саме це і сталося на Марсі. Сонячний вітер - далеко не єдина загроза, оскільки Сонце також вивільняє велику кількість речовини і енергії у вигляді корональних викидів, що супроводжуються сильним потоком радіоактивних частинок. Однак і в цих випадках магнітне поле Землі захищає її, відхиляючи ці течії від планети.

Магнітний екран змінює свої полюси приблизно раз в 250 000 років. Північний магнітний полюс стає на місце північного, і навпаки. У вчених немає чіткого пояснення, чому таке відбувається.

Історія дослідження

Знайомство людей з надзвичайними властивостямиземного магнетизму сталося ще на зорі цивілізації. Вже за часів античності людству був відомий магнітний залізняк - магнетит. Однак хто і коли виявив, що природні магніти однаково орієнтуються в просторі по відношенню до географічних полюсів планети, невідомо. За однією з версій, китайці були знайомі з цим явищем вже в 1100 році, проте використовувати його на практиці почали лише через два століття. У Західній Європі магнітний компас почали використовувати в навігації в 1187 році.

Будова і характеристики

Магнітне поле Землі можна розділити на:

• головне магнітне поле (95%), джерела якого знаходяться в зовнішньому, провідному електрострум ядрі планети;
• аномальне магнітне поле (4%), що створюється гірськими породами в верхньому шарі Землі з хорошою магнітною сприйнятливістю (одна з найпотужніших - Курська магнітна аномалія);
• зовнішнє магнітне поле (також зване змінним, 1%), пов'язане з сонячно-земними взаємодіями.

Регулярні геомагнітні варіації

Зміни геомагнітного поля в часі підвпливом як внутрішніх, так і зовнішніх (по відношенню до поверхні планети) джерел називають магнітними варіаціями. Вони характеризуються відхиленням складових ДП від середнього значення в місці спостереження. Магнітні варіації мають безперервну перебудову в часі, при цьому часто такі зміни носять періодичний характер.

Регулярні варіації, що повторюються щодоби, -це зміни магнітного поля, пов'язані з сонячно і місячно-добовими змінами напруженості ДП. Варіації досягають максимуму днем ​​і при місячному протистоянні.

Нерегулярні геомагнітні варіації

Дані зміни виникають в результаті впливу сонячного вітру на земну магнітосферу, змін всередині самої магнітосфери і її взаємодії з іонізованим верхнім шаром атмосфери.

• Двадцатісемідневние варіації існують якзакономірність до повторного росту магнітної збуреності через кожні 27 діб, відповідних періоду обертання головного небесного світила щодо земного наблюдаіеля. Дана тенденція обумовлена ​​існуванням активних областей-довгожителів на нашій рідній зірці, які спостерігаються протягом кількох її оборотів. Проявляється вона у вигляді 27-добової повторюваності геомагнітної збуреності і магнітних бур.
• Одинадцятирічні варіації пов'язані зперіодичністю плямовиникною діяльністю Сонця. Виявлено, що в роки найбільшого скупчення темних областей на сонячному диску магнітна активність також досягає свого максимуму, проте зростання геомагнітної активності відстає від зростання сонячної в середньому - на рік.
• Сезонні варіації мають два максимуми і два мінімуми, відповідні періодам рівнодення і часу сонцестояння.
• Вікові, на відміну від перерахованих вище, -зовнішнього походження, утворюються в результаті руху речовини і хвильових процесів в рідкому електропровідному ядрі планети і є головним джерелом інформації про електричної провідності нижньої мантії і ядра, про фізичні процеси, що призводять до конвекції речовини, а також про механізм генерації геомагнітного поля Землі. Це самі повільні варіації - з періодами від декількох років до року.

Вплив магнітного поля на живий світ

Незважаючи на те, що магнітний екран не можнапобачити, мешканці планети прекрасно його відчувають. Наприклад, перелітні птахи будують свій маршрут, орієнтуючись саме на нього. Вчені висувають кілька гіпотез щодо даного явища. Одна з них передбачає, що пернаті сприймають його візуально. В очах перелітних птахів є особливі білки (кріптохроми), які здатні змінювати своє положення під впливом геомагнітного поля. Автори даної гіпотези впевнені, що кріптохроми можуть виконувати роль компаса. Однак не тільки птахи, але і морські черепахи використовують магнітний екран в якості GPS-навігатора.

Вплив магнітного екрану на людину

Вплив геомагнітного поля на людину принципово відрізняється від будь-якого іншого, будь то радіація або небезпечний струм, оскільки воно впливає на людський організм повністю.

Вчені вважають, що геомагнітне поле діє вультранизькому діапазоні частот, в результаті чого відповідає основним фізіологічним ритмам: дихального, серцевому та мозкового. Людина може і не відчувати нічого, але організм при цьому все ж реагує на нього функціональними змінами нервової, серцево-судинної систем і діяльності мозку. Психіатри вже багато років відслідковують взаємозв'язок між сплесками інтенсивності геомагнітного поля і загостренням психічних недуг, часто призводять до суїциду.

«Індексування» геомагнітної активності

Зміни магнітного поля, пов'язані ззмінами магнітосферно-іоносферної струмового системи, називаються геомагнітної активністю (ГА). Для визначення її рівня використовуються два індекси - А і К. Останній показує величину ГА. Він вираховується на основі вимірів магнітного екрану, здійснюваних щодня з тригодинним інтервалом, починаючи з 00:00 UTC (всесвітній координований час). Найбільші показники магнітного обурення зіставляються зі значеннями геомагнітного поля спокійного дня для певного наукової установи, при цьому в розрахунок приймаються максимальні величини з спостережуваних відхилень.

На основі отриманих даних обчислюється індекс К. В силу того, що він є квазілогаріфміческой величиною (тобто збільшується на одиницю при збільшенні збуреності приблизно в 2 рази), його не можна усереднювати з метою отримання довгострокової історичної картини стану геомагнітного поля планети. Для цього є індекс А, що представляє собою денний середнє значення. Визначається він досить просто - кожне вимір індексу До перетворюється в еквівалентний індекс. Значення К, отримані протягом усього дня, усереднюються, завдяки чому вдається отримати індекс А, значення якого в звичайні дні не перевищує поріг в 100, а в період найсерйозніших магнітних бур може перевалювати за 200.

Оскільки обурення геомагнітного поля в різнихточках планети проявляються неоднаково, то значення індексу А з різних наукових джерел можуть помітно відрізнятися. Для того щоб не було такого розбігу, індекси А, отримані обсерваторіями, зводяться до середнього і з'являється глобальний індекс А_р. Те ж саме і з індексом К_р, Який представляє собою дробову величину вінтервалі 0-9. Його значення від 0 до 1 говорить про те, що геомагнітне поле в нормі, а значить, зберігаються оптимальні умови для проходження на короткохвильових діапазонах. Звичайно, за умови досить інтенсивного потоку сонячного випромінювання. Геомагнітне поле в 2 бали характеризується як помірне магнітне обурення, що трохи ускладнює проходження дециметрових хвиль. Значення від 5 і до 7 говорять про наявність геомагнітних бур, що створюють серйозні перешкоди згаданого діапазону, а при сильному штормі (8-9 балів) роблять проходження коротких хвиль неможливим.

Активність геомагнітного поля в балах

Ар	Дор	опис
0	0	спокійне
2	1
3
4
7	2	слабо обурене
15	3
27	4	обурене
48	5	Магнітна буря
80	6
132	7	Велика магнітна буря
208	8
400	9

Вплив магнітних бур на людське здоров'я

Негативному впливу магнітних бурсхильні до 50-70% населення всього світу. При цьому початок стресової реакції у одних людей відзначається за 1-2 дня до магнітного обурення, коли спостерігаються спалахи на сонці. У інших - в самий пік або через деякий час після надмірної геомагнітної активності.

Метозавісімим людям, а також тим, хто страждаєхронічними хворобами, необхідно відстежувати інформацію про геомагнитном поле на тиждень, щоб при можливому наближенні магнітних бур виключити фізичні і емоційні навантаження, а також будь-які дії і події, здатні привести до стресу.

Синдром дефіциту магнітного поля

Ослаблення геомагнітного поля в приміщеннях(Гіпогеомагнітного поле) виникає через конструктивних особливостей різних будівель, матеріалів стін, а також намагнічених конструкцій. При знаходженні в приміщенні з ослабленим ДП порушується кровообіг, постачання кисню і поживних речовин до тканин і органів. Ослаблення магнітного екрану також впливає на нервову, серцево-судинну, ендокринну, дихальну, кісткову і м'язову системи.

Японський лікар Накагава «обізвав» дане явище «синдромом дефіциту магнітного поля людини». За своєю значимістю це поняття цілком може конкурувати з дефіцитом вітамінів і мінералів.

Основними симптомами, що вказують на наявність даного синдрому, є:

• підвищена стомлюваність;
• зниження працездатності;
• безсоння;
• головний і суглобові болі;
• гіпо- та гіпертонія;
• збої в травній системі;
• порушення в роботі серцево-судинної системи.
</ Ul </ p>