Геомагнитно поле: характеристики, структура, характеристики и история на изследванията

2024 Автор: Henry Conors | [email protected]. Последно модифициран: 2024-02-12 04:04

Геомагнитното поле (GP) се генерира от източници, разположени вътре в Земята, както и в магнитосферата и йоносферата. Той предпазва планетата и живота на нея от вредното въздействие на космическата радиация. Присъствието му беше наблюдавано от всеки, който държеше компаса и видя как единият край на стрелката сочи на юг, а другият на север. Благодарение на магнитосферата бяха направени големи открития във физиката и досега присъствието й се използва за морска, подводна, авиационна и космическа навигация.

Общи характеристики

Нашата планета е огромен магнит. Северният му полюс се намира в "горната" част на Земята, недалеч от географския полюс, а южният полюс е близо до съответния географски полюс. От тези точки магнитните силови линии, които съставляват самата магнитосфера, се простират на много хиляди километри в космоса.

Магнитните и географските полюси са доста далеч един от друг. Ако начертаете ясна линия между магнитните полюси, можете да получите магнитна ос с ъгъл на наклон от 11,3 ° спрямо оста на въртене. Тази стойност не е постоянна и всичко това, защото магнитните полюси се движат спрямо повърхността на планетата, променяйки местоположението си всяка година.

Природа на геомагнитното поле

Магнитният щит се генерира от електрически токове (движещи се заряди), които се раждат във външното течно ядро, разположено вътре в Земята на много прилична дълбочина. Това е течен метал и се движи. Този процес се нарича конвекция. Движещата се субстанция на ядрото образува токове и в резултат на това магнитни полета.

Магнитният щит надеждно защитава Земята от космическа радиация. Основният му източник е слънчевият вятър - движението на йонизирани частици, изтичащи от слънчевата корона. Магнитосферата отклонява този непрекъснат поток, пренасочвайки го около Земята, така че силната радиация да не оказва пагубно въздействие върху целия живот на синята планета.

Ако Земята нямаше геомагнитно поле, тогава слънчевият вятър щеше да я лиши от атмосферата. Според една хипотеза точно това се е случило на Марс. Слънчевият вятър далеч не е единствената заплаха, тъй като Слънцето също отделя големи количества материя и енергия под формата на коронални изхвърляния, придружени от силен поток от радиоактивни частици. Въпреки това, дори и в тези случаи, магнитното поле на Земята го защитава, като отклонява тези течения отпланети.

Магнитният щит обръща полюсите си приблизително на всеки 250 000 години. Северният магнитен полюс заема мястото на северния и обратно. Учените нямат ясно обяснение защо това се случва.

История на изследвания

Запознаването на хората с удивителните свойства на земния магнетизъм се случи в зората на цивилизацията. Още в древността магнитната желязна руда, магнетитът, е била известна на човечеството. Кой и кога е разкрил обаче, че естествените магнити са еднакво ориентирани в пространството по отношение на географските полюси на планетата, не е известно. Според една версия китайците вече са били запознати с това явление през 1100 г., но започват да го използват на практика едва два века по-късно. В Западна Европа магнитният компас започва да се използва в навигацията през 1187 г.

Структура и характеристики

Магнитното поле на Земята може да бъде разделено на:

• основното магнитно поле (95%), чиито източници се намират във външното, проводимо ядро на планетата;
• аномално магнитно поле (4%), създадено от скали в горния слой на Земята с добра магнитна чувствителност (една от най-мощните е магнитната аномалия Курск);
• външно магнитно поле (наричано още променливо, 1%), свързано със слънчево-земните взаимодействия.

Регулярни геомагнитни вариации

Промените в геомагнитното поле във времето под влияние както на вътрешни, така и на външни (по отношение на повърхността на планетата) източници се наричат магнитни вариации. Те сасе характеризират с отклонението на компонентите на HP от средната стойност на мястото на наблюдение. Магнитните вариации имат непрекъснато преструктуриране във времето и често такива промени са периодични.

Редовни вариации, които се повтарят ежедневно, са промени в магнитното поле, свързани със слънчевите и лунно-дневните промени в интензитета на MS. Вариациите достигат пик през деня и при лунна опозиция.

Неправилни геомагнитни вариации

Тези промени възникват в резултат на влиянието на слънчевия вятър върху магнитосферата на Земята, промените в самата магнитосфера и нейното взаимодействие с йонизираната горна атмосфера.

• Двадесет и седемдневни вариации съществуват като модел за повторно нарастване на магнитните смущения на всеки 27 дни, съответстващи на периода на въртене на основното небесно тяло спрямо земния наблюдател. Тази тенденция се дължи на съществуването на дългоживеещи активни региони на нашата родна звезда, наблюдавани по време на няколко от нейните обороти. Проявява се под формата на 27-дневно повторение на геомагнитни смущения и магнитни бури.
• Единайсетгодишните вариации са свързани с периодичността на петнообразуващата активност на Слънцето. Установено е, че през годините на най-голямо натрупване на тъмни зони на слънчевия диск, магнитната активност също достига своя максимум, но растежът на геомагнитната активност изостава средно с една година от растежа на слънчевата активност.
• Сезонните вариации имат две високи и две ниски нива, съответстващи наравноденствия и времена на слънцестоене.
• Светските, за разлика от горните, - от външен произход, се образуват в резултат на движението на материята и вълновите процеси в течното електропроводимо ядро на планетата и са основният източник на информация за електрическите проводимостта на долната мантия и ядрото, за физическите процеси, водещи до конвекция на материята, както и механизма на генериране на земното геомагнитно поле. Това са най-бавните вариации - с периоди, вариращи от няколко години до една година.

Влиянието на магнитното поле върху живия свят

Въпреки факта, че магнитният щит не се вижда, жителите на планетата го усещат перфектно. Например, прелетните птици изграждат своя маршрут, като се фокусират върху него. Учените излагат няколко хипотези относно това явление. Един от тях предполага, че птиците го възприемат визуално. В очите на мигриращите птици има специални протеини (криптохроми), които са в състояние да променят позицията си под въздействието на геомагнитното поле. Авторите на тази хипотеза са сигурни, че криптохромите могат да действат като компас. Въпреки това, не само птиците, но и морските костенурки използват магнитния екран като GPS навигатор.

Въздействието на магнитен екран върху човек

Ефектът на геомагнитното поле върху човек е коренно различен от всеки друг, било то радиация или опасен ток, тъй като то влияе изцяло върху човешкото тяло.

Учените смятат, че геомагнитното поле работи в ултра-нисък честотен диапазон, в резултат на което отговаря на основнитефизиологични ритми: дихателни, сърдечни и мозъчни. Човек може да не усеща нищо, но тялото все пак реагира на това с функционални промени в нервната, сърдечно-съдовата система и мозъчната дейност. Психиатрите проследяват връзката между изблиците на интензитет на геомагнитно поле и обострянето на психични заболявания в продължение на много години, което често води до самоубийство.

"Индексиране" на геомагнитна активност

Смущенията в магнитното поле, свързани с промени в магнитосферно-йоносферната токова система, се наричат геомагнитна активност (GA). За определяне на нивото му се използват два индекса - A и K. Последният показва стойността на GA. Изчислява се от измервания на магнитен щит, правени всеки ден на тричасови интервали, започващи в 00:00 UTC (координирано по универсално време). Най-високите стойности на магнитното смущение се сравняват със стойностите на геомагнитното поле на спокоен ден за определена научна институция, като се вземат предвид максималните стойности на наблюдаваните отклонения.

Въз основа на получените данни се изчислява индексът K. Поради факта, че е квазилогаритмична стойност (тоест увеличава се с единица с увеличаване на смущението около 2 пъти), той не може да бъдат осреднени, за да се получи дългосрочна историческа картина на състоянието на геомагнитните полета на планетата. За да направите това, има индекс А, който е среднодневна стойност. Определя се доста просто - всяка измерение на индекса K се преобразува веквивалентен индекс. Стойностите на K, получени през целия ден, се осредняват, благодарение на което е възможно да се получи индекс А, чиято стойност в обикновените дни не надвишава прага от 100, а по време на най-сериозните магнитни бури може да надвиши 200.

Тъй като смущенията на геомагнитното поле в различните части на планетата се проявяват по различен начин, стойностите на индекса А от различни научни източници могат да се различават значително. За да се избегне подобно нарастване, индексите A, получени от обсерваториите, се намаляват до средните и се появява глобалният индекс A_p. Същото важи и за индекса K_p, който е дробна стойност в диапазона 0-9. Стойността му от 0 до 1 показва, че геомагнитното поле е нормално, което означава, че се запазват оптимални условия за преминаване в късовълновите ленти. Разбира се, при доста интензивен поток от слънчева радиация. Геомагнитно поле от 2 точки се характеризира като умерено магнитно смущение, което леко затруднява преминаването на дециметровите вълни. Стойности от 5 до 7 показват наличието на геомагнитни бури, които създават сериозни смущения в споменатия диапазон, а при силна буря (8-9 точки) правят преминаването на къси вълни невъзможно.

Активност на геомагнитното поле в точки

Ar	Kr	Описание
0	0	Спокойно
2	1
3
4
7	2	Слабо възмутен
15	3
27	4	Възмутен
48	5	Магнитна буря
80	6
132	7	Голяма магнитна буря
208	8
400	9

Влиянието на магнитните бури върху човешкото здраве

50-70% от населението на света е засегнато от магнитни бури. В същото време появата на стресова реакция при някои хора се отбелязва 1-2 дни преди магнитно смущение, когато се наблюдават слънчеви изригвания. За други, в самия пик или известно време след прекомерна геомагнитна активност.

Методично зависимите хора, както и страдащите от хронични заболявания, трябва да следят информация за геомагнитното поле за една седмица, за да изключат физически и емоционален стрес, както и всякакви действия и събития, които могат да доведат стрес, ако магнитните бури наближават.

Синдром на дефицит на магнитно поле

Отслабването на геомагнитното поле в помещенията (хипогеомагнитното поле) се дължи на конструктивните особености на различни сгради, стенни материали, както и намагнетизирани конструкции. Когато сте в стая с отслабен личен лекар, се нарушава кръвообращението, снабдяването с кислород и хранителни вещества на тъканите и органите. Отслабването на магнитния щит засяга и нервната, сърдечно-съдовата, ендокринната, дихателната, скелетната и мускулната системи.

Японският лекар Накагава се "обади"това явление се нарича "синдром на дефицит на магнитно поле на човека". По своето значение тази концепция може да се конкурира с дефицита на витамини и минерали.

Основните симптоми, показващи наличието на този синдром са:

• умора;
• намаляване на производителността;
• безсъние;
• главоболие и болки в ставите;
• хипо- и хипертония;
• неизправности в храносмилателната система;
• нарушения в сърдечно-съдовата система.