Геамагнітныя поле: асаблівасці, будова, характарыстыкі і гісторыя даследаванняў

Геамагнітныя поле (ГП) генеруецца крыніцамі, размешчанымі ўнутры Зямлі, а таксама ў магнітасферы і іёнасферы. Яно абараняе планету і жыццё на ёй ад згубнага ўплыву касмічнай радыяцыі. Яго прысутнасць назіраў кожны, хто трымаў компас і бачыў, як адзін канец стрэлкі паказвае на поўдзень, а другі - на поўнач. Дзякуючы магнітасферы былі здзейснены вялікія адкрыцці ў фізіцы, і да гэтага часу яе наяўнасць выкарыстоўваецца для марской, падводнай, авіяцыйнай і касмічнай навігацыі.

агульная характарыстыка

Наша планета - гэта велічэзны магніт. Паўночны яго полюс знаходзіцца ў "верхняй" часткі Зямлі, непадалёк ад геаграфічнага полюса, а паўднёвы - побач з адпаведным геаграфічным полюсам. З гэтых кропак на многія тысячы кіламетраў у космас распасціраюцца сілавыя магнітныя лініі, сосставляющие уласна магнітасфэру.

Магнітныя і геаграфічныя полюса дастаткова выдаленыя адзін ад аднаго. Калі правесці выразную грань паміж магнітнымі палюсамі, у выніку можна атрымаць магнітную вось з вуглом нахілу ў 11,3 ° да восі кручэння. Гэтая велічыня нясталая, а ўсё таму, што магнітныя полюса перамяшчаюцца адносна паверхні планеты, штогод змяняючы сваё месцазнаходжанне.

Прырода геамагнітнай поля

Магнітны экран генеруецца электрычнымі токамі (якія рухаюцца зарадамі), якія нараджаюцца ў вонкавым вадкім ядры, размешчаным ўнутры Зямлі на вельмі прыстойнай глыбіні. Гэта цякучы метал, і ён перамяшчаецца. Дадзены працэс называецца канвекцыяй. Якое рухаецца рэчыва ядра ўтварае токі і, як следства, магнітныя палі.

Магнітны экран надзейна абараняе Зямлю ад касмічнай радыяцыі. Асноўнай яе крыніца - сонечны вецер - рух іянізаваных часціц, якая мінае з сонечнай кароны. Магнітасфэра адхіляе гэты бесперапынны паток, перанакіроўваючы яго вакол Зямлі, дзякуючы чаму жорсткая радыяцыя не аказвае пагібельнага ўплыву на ўсё жывое блакітнай планеты.

Калі б у Зямлі не было геамагнітнай поля, то сонечны вецер пазбавіў бы яе атмасферы. Па адной з гіпотэз, менавіта гэта і здарылася на Марсе. Сонечны вецер - далёка не адзіная пагроза, паколькі Сонца таксама вызваляе вялікая колькасць рэчыва і энергіі ў выглядзе корональные выкідаў, якія суправаджаюцца наймацнейшым патокам радыеактыўных часціц. Аднак і ў гэтых выпадках магнітнае поле Зямлі абараняе яе, адхіляючы гэтыя плыні ад планеты.

Магнітны экран мяняе свае полюса прыблізна раз у 250 000 гадоў. Паўночны магнітны полюс становіцца на месца паўночнага, і наадварот. У навукоўцаў няма дакладнага тлумачэння, чаму такое адбываецца.

Гісторыя даследавання

Знаёмства людзей з дзіўнымі ўласцівасцямі зямнога магнетызму адбылося яшчэ на світанку цывілізацыі. Ужо ў часы антычнасці чалавецтву быў вядомы магнітны жалязняк - магнетыт. Аднак хто і калі выявіў, што прыродныя магніты аднолькава арыентуюцца ў прасторы ў адносінах да геаграфічным канцавоссяў планеты, невядома. Па адной з версій, кітайцы былі знаёмыя з гэтай з'явай ўжо ў 1100 годзе, аднак выкарыстоўваць яго на практыцы пачалі толькі праз два стагоддзі. У Заходняй Еўропе магнітны компас пачалі выкарыстоўваць у навігацыі ў 1187 годзе.

Будынак і характарыстыкі

Магнітнае поле Зямлі можна падзяліць на:

• галоўнае магнітнае поле (95%), крыніцы якога знаходзяцца ў вонкавым, якія праводзяць электраток ядры планеты;
• анамальнае магнітнае поле (4%), якое ствараецца горнымі пародамі ў верхнім пласце Зямлі з добрай магнітнай успрымальнасцю (адна з самых магутных - Курская магнітная анамалія);
• вонкавае магнітнае поле (таксама званае пераменным, 1%), звязанае з сонечна-зямнымі ўзаемадзеяннямі.

Рэгулярныя геамагнітныя варыяцыі

Змены геамагнітнай поля ў часе пад уплывам як унутраных, так і знешніх (у адносінах да паверхні планеты) крыніц называюць магнітнымі варыяцыямі. Яны характарызуюцца адхіленнем складнікаў ГП ад сярэдняга значэння ў месцы назірання. Магнітныя варыяцыі маюць бесперапынную перабудову ў часе, пры гэтым часцяком такія перамены носяць перыядычны характар.

Рэгулярныя варыяцыі, паўтараюцца кожныя суткі, - гэта змены магнітнага поля, звязаныя з солнечно- і месяцова-сутачнымі зменамі напружанасці ГП. Варыяцыі дасягаюць максімуму днём, і пры месяцавым супрацьстаянні.

Нерэгулярныя геамагнітныя варыяцыі

Дадзеныя змены ўзнікаюць у выніку ўплыву сонечнага ветру на зямную магнітасфэру, зменаў унутры самой магнітасфэры і яе ўзаемадзеяння з іянізаваных верхнім пластом атмасферы.

• Двадцатисемидневные варыяцыі існуюць як заканамернасць да паўторнага росту магнітнай Абураныя праз кожныя 27 сутак, адпаведных перыяду кручэння галоўнага нябеснага свяціла адносна зямнога наблюдаиеля. Дадзеная тэндэнцыя абумоўлена існаваннем актыўных абласцей-доўгажыхароў на нашай роднай зорцы, назіраных на працягу некалькіх яе абаротаў. Выяўляецца яна ў выглядзе 27-сутачнай паўтаранасці геамагнітныя буры і магнітных бур.
• Адзінаццацігадовы варыяцыі звязаны з перыядычнасцю пятнообразовательной дзейнасцю Сонца. Выяўлена, што ў гады найбольшага навалы цёмных абласцей на сонечным дыску магнітная актыўнасць таксама дасягае свайго максімуму, аднак рост геамагнітнай актыўнасці адстае ад росту сонечнай у сярэднім - на год.
• Сезонныя варыяцыі маюць два максімуму і два мінімуму, адпаведныя перыядах раўнадзенстваў і часу сонцавароту.
• Векавыя, у адрозненне ад вышэйпералічаных, - вонкавага паходжання, ўтвараюцца ў выніку руху рэчывы і хвалевых працэсаў у вадкім электраправоднай ядры планеты і з'яўляюцца галоўнай крыніцай інфармацыі аб электрычнай праводнасці ніжняй мантыі і ядра, аб фізічных працэсах, якія прыводзяць да канвекцыі рэчывы, а таксама аб механізме генерацыі геамагнітнай поля Зямлі. Гэта самыя павольныя варыяцыі - з перыядамі ад некалькіх гадоў да года.

Ўплыў магнітнага поля на жывы свет

Нягледзячы на тое, што магнітны экран нельга ўбачыць, насельнікі планеты выдатна яго адчуваюць. Да прыкладу, пералётныя птушкі будуюць свой маршрут, арыентуючыся менавіта на яго. Навукоўцы вылучаюць некалькі гіпотэз адносна дадзенай з'явы. Адна з іх мяркуе, што птушыныя ўспрымаюць яго візуальна. У вачах пералётных птушак маюцца асаблівыя вавёркі (криптохромы), якія здольныя мяняць сваё становішча пад уплывам геамагнітнай поля. Аўтары дадзенай гіпотэзы ўпэўненыя, што криптохромы могуць выконваць ролю компаса. Аднак не толькі птушкі, але і марскія чарапахі выкарыстоўваюць магнітны экран у якасці GPS-навігатара.

Ўздзеянне магнітнага экрана на чалавека

Ўплыў геамагнітнай поля на чалавека прынцыпова адрозніваецца ад любога іншага, няхай гэта будзе радыяцыя або небяспечны ток, паколькі яно ўздзейнічае на чалавечы арганізм цалкам.

Навукоўцы лічаць, што геамагнітныя поле дзейнічае ў ультранизком дыяпазоне частот, у выніку чаго адказвае асноўным фізіялагічным рытмам: дыхальнага, сардэчнаму і мазгавога. Чалавек можа і не адчуваць нічога, але арганізм пры гэтым усё ж рэагуе на яго функцыянальнымі зменамі нервовай, сардэчна-сасудзістай сістэм і дзейнасці мозгу. Псіхіятры ўжо шмат гадоў адсочваюць ўзаемасувязь паміж воплескамі інтэнсіўнасці геамагнітнай поля і абвастрэннем псіхічных хвароб, часта прыводзяць да суіцыду.

«Індэксаванне» геамагнітнай актыўнасці

Абурэння магнітнага поля, звязаныя са зменамі магнитосферно-ионосферной токавай сістэмы, называюцца геамагнітнай актыўнасцю (ГА). Для вызначэння яе ўзроўню выкарыстоўваюцца два індэкса - А і К. Апошні паказвае велічыню ГА. Ён вылічваецца на аснове вымярэнняў магнітнага экрана, якія ажыццяўляюцца штодня з трохгадзінным інтэрвалам, пачынаючы з 00:00 UTC (сусветнае каардынаваны час). Найбольшыя паказчыкі магнітнага абурэння супастаўляюцца са значэннямі геамагнітнай поля спакойнага дня для пэўнага навуковай установы, пры гэтым у разлік прымаюцца максімальныя велічыні з назіраных адхіленняў.

На аснове атрыманых дадзеных вылічаецца індэкс К. З-за таго, што ён з'яўляецца квазилогарифмической велічынёй (г.зн. павялічваецца на адзінку пры павелічэнні Абураныя прыкладна ў 2 разы), яго нельга усредняет з мэтай атрымання доўгатэрміновай гістарычнай карціны стану геамагнітнай поля планеты. Для гэтага маецца індэкс А, які ўяўляе сабой дзённае сярэдняе значэнне. Вызначаецца ён досыць проста - кожнае вымярэнне індэкса Да пераўтворыцца ў эквівалентны горада. Значэння Да, атрыманыя на працягу ўсяго дня, усредняются, дзякуючы чаму атрымоўваецца атрымаць індэкс А, значэнне якога ў звычайныя дні не перавышае парог у 100, а ў перыяд найсур'ёзных магнітных бур можа перавальваць за 200.

Паколькі абурэння геамагнітнай поля ў розных кропках планеты выяўляюцца неаднолькава, то значэння індэкса А з розных навуковых крыніц могуць прыкметна адрознівацца. Для таго каб не было такога разбегу, індэксы А, атрыманыя абсерваторыямі, зводзяцца да сярэдняга і з'яўляецца глабальны індэкс А _р. Тое ж самае і з індэксам Да _р, які ўяўляе сабой дробную велічыню ў інтэрвале 0-9. Яго значэнне ад 0 да 1 кажа пра тое, што геамагнітныя поле ў норме, а значыць, захоўваюцца аптымальныя ўмовы для праходжання на караткахвалевых дыяпазонах. Вядома, пры ўмове даволі інтэнсіўнага патоку сонечнага выпраменьвання. Геамагнітныя поле ў 2 балы характарызуецца як умеранае магнітнае абурэнне, што крыху ўскладняе праходжанне дэцыметровых хваль. Значэння ад 5 і да 7 кажуць аб наяўнасці геамагнітных бураў, якія ствараюць сур'ёзныя перашкоды згаданага дыяпазону, а пры моцным шторме (8-9 балаў) робяць праходжанне кароткіх хваляў немагчымым.

Уплыў магнітных бур на чалавечае здароўе

Адмоўнаму ўздзеянню магнітных бур схільныя 50-70% насельніцтва ўсяго свету. Пры гэтым пачатак стрэсавай рэакцыі ў адных людзей адзначаецца за 1-2 дні да магнітнага абурэння, калі назіраюцца ўспышкі на сонцы. У іншых - у самы пік або праз некаторы час пасля празмернай геамагнітнай актыўнасці.

Метозависимым людзям, а таксама тым, хто пакутуе ад хранічных хваробаў, неабходна адсочваць інфармацыю аб геамагнітнай поле на тыдзень, каб пры магчымым набліжэнні магнітных бур выключыць фізічныя і эмацыйныя нагрузкі, а таксама любыя дзеянні і падзеі, здольныя прывесці да стрэсу.

Сіндром дэфіцыту магнітнага поля

Паслабленне геамагнітнай поля ў памяшканнях (гипогеомагнитное поле) узнікае з-за канструктыўных асаблівасцяў розных будынкаў, матэрыялаў сцен, а таксама намагнічанага канструкцый. Пры знаходжанні ў памяшканні з аслабленым ГП парушаецца кровазварот, пастаўка кіслароду і пажыўных рэчываў да тканін і органам. Паслабленне магнітнага экрана таксама ўплывае на нервовую, сардэчна-сасудзістую, эндакрынную, дыхальную, касцяную і цягліцавую сістэмы.

Японскі лекар Накагава «абазваў» дадзенае з'ява «сіндромам дэфіцыту магнітнага поля чалавека». Па сваёй значнасці гэта паняцце цалкам можа канкурыраваць з дэфіцытам вітамінаў і мінералаў.

Асноўнымі сімптомамі, якія паказваюць на наяўнасць дадзенага сіндрому, з'яўляюцца:

• падвышаная стамляльнасць;
• зніжэнне працаздольнасці;
• бессань;
• галаўны і сустаўныя болі;
• гіпо-і гіпертанія;
• збоі ў стрававальнай сістэме;
• парушэнні ў рабоце сардэчна-сасудзістай сістэмы.