Geomagnetno polje: značilnosti, struktura, značilnosti in zgodovina raziskav

2024 Avtor: Henry Conors | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-02-12 12:33

Geomagnetno polje (GP) ustvarjajo viri, ki se nahajajo znotraj Zemlje, pa tudi v magnetosferi in ionosferi. Varuje planet in življenje na njem pred škodljivimi učinki kozmičnega sevanja. Njegovo prisotnost so opazovali vsi, ki so držali kompas in videli, kako en konec puščice kaže proti jugu, drugi pa proti severu. Zahvaljujoč magnetosferi so bila narejena velika odkritja v fiziki, njena prisotnost pa se doslej uporablja za morsko, podvodno, letalsko in vesoljsko navigacijo.

Splošne značilnosti

Naš planet je ogromen magnet. Njen severni pol se nahaja v "zgornjem" delu Zemlje, nedaleč od geografskega pola, njegov južni pol pa blizu ustreznega geografskega pola. Od teh točk se magnetne črte sile, ki sestavljajo magnetosfero, razprostirajo na tisoče kilometrov v vesolje.

Magnetni in geografski pol sta precej oddaljena. Če narišete jasno črto med magnetnima poloma, lahko na koncu dobite magnetno os s kotom naklona 11,3 ° glede na os vrtenja. Ta vrednost ni konstantna in vse zato, ker se magnetni poli premikajo glede na površino planeta in vsako leto spreminjajo svojo lokacijo.

Narava geomagnetnega polja

Magnetni ščit ustvarjajo električni tokovi (premikajoči se naboji), ki se rodijo v zunanjem tekočem jedru, ki se nahaja znotraj Zemlje na zelo spodobni globini. Je tekoča kovina in se premika. Ta proces se imenuje konvekcija. Gibljiva snov jedra tvori tokove in posledično magnetna polja.

Magnetni ščit zanesljivo ščiti Zemljo pred kozmičnim sevanjem. Njegov glavni vir je sončni veter – gibanje ioniziranih delcev, ki pritekajo iz sončne korone. Magnetosfera odkloni ta neprekinjen tok in ga preusmeri okoli Zemlje, tako da trdo sevanje nima škodljivega učinka na vse življenje na modrem planetu.

Če Zemlja ne bi imela geomagnetnega polja, bi ji sončni veter odvzel atmosfero. Po eni od hipotez se je na Marsu zgodilo prav to. Sončni veter še zdaleč ni edina grožnja, saj Sonce sprošča tudi velike količine snovi in energije v obliki koronalnih izmetov, ki jih spremlja močan tok radioaktivnih delcev. Vendar pa jo tudi v teh primerih zemeljsko magnetno polje ščiti tako, da odkloni te tokoveplaneti.

Magnetni ščit obrne svoje pole približno vsakih 250.000 let. Severni magnetni pol prevzame mesto severnega in obratno. Znanstveniki nimajo jasne razlage, zakaj se to dogaja.

zgodovina raziskav

Spoznavanje ljudi z neverjetnimi lastnostmi zemeljskega magnetizma se je zgodilo na zori civilizacije. Že v antiki je bila človeštvu poznana magnetna železova ruda, magnetit. Kdo in kdaj je razkril, da so naravni magneti enako usmerjeni v vesolju glede na geografske poli planeta, ni znano. Po eni različici so bili Kitajci s tem pojavom seznanjeni že leta 1100, vendar so ga v praksi začeli uporabljati šele dve stoletji pozneje. V zahodni Evropi so magnetni kompas začeli uporabljati v navigaciji leta 1187.

Struktura in značilnosti

Zemeljsko magnetno polje lahko razdelimo na:

• glavno magnetno polje (95%), katerega viri se nahajajo v zunanjem prevodnem jedru planeta;
• anomalno magnetno polje (4%), ki ga ustvarijo kamnine v zgornji plasti Zemlje z dobro magnetno občutljivostjo (ena najmočnejših je Kurska magnetna anomalija);
• zunanje magnetno polje (imenovano tudi spremenljivo, 1%), povezano s sončno-zemeljskimi interakcijami.

Redne geomagnetne variacije

Spremembe geomagnetnega polja skozi čas pod vplivom notranjih in zunanjih (glede na površino planeta) virov imenujemo magnetne variacije. soza katere je značilno odstopanje komponent HP od povprečne vrednosti na mestu opazovanja. Magnetne variacije se nenehno prestrukturirajo v času in pogosto so takšne spremembe periodične.

Redne variacije, ki se ponavljajo vsak dan, so spremembe magnetnega polja, povezane s sončnimi in lunino-dnevnimi spremembami intenzivnosti MS. Razlike dosežejo vrhunec podnevi in ob lunini opoziciji.

Nepravilne geomagnetne variacije

Te spremembe nastanejo kot posledica vpliva sončnega vetra na zemeljsko magnetosfero, sprememb znotraj same magnetosfere in njene interakcije z ionizirano zgornjo atmosfero.

• Sedemindvajsetdnevne variacije obstajajo kot vzorec ponovne rasti magnetnih motenj vsakih 27 dni, kar ustreza obdobju vrtenja glavnega nebesnega telesa glede na zemeljskega opazovalca. Ta trend je posledica obstoja dolgoživih aktivnih regij na naši domači zvezdi, opaženih med več njenimi obrati. Manifestira se v obliki 27-dnevnega ponavljanja geomagnetnih motenj in magnetnih neviht.
• Enajstletne variacije so povezane s periodičnostjo delovanja Sonca, ki tvori pege. Ugotovljeno je bilo, da v letih največjega kopičenja temnih območij na sončnem disku tudi magnetna aktivnost doseže svoj maksimum, vendar rast geomagnetne aktivnosti zaostaja za rastjo sončne aktivnosti v povprečju za eno leto.
• Sezonske variacije imajo dve najvišji in dve najnižji vrednostienakonočja in solsticija.
• Posvetne, v nasprotju z zgornjimi, - zunanjega izvora, nastanejo kot posledica gibanja snovi in valovnih procesov v tekočem električno prevodnem jedru planeta in so glavni vir informacij o električnih prevodnost spodnjega plašča in jedra, o fizikalnih procesih, ki vodijo do konvekcije snovi, pa tudi o mehanizmu nastanka zemeljskega geomagnetnega polja. To so najpočasnejše različice – z obdobji od nekaj let do enega leta.

Vpliv magnetnega polja na živi svet

Kljub temu, da magnetnega ščita ni mogoče videti, ga prebivalci planeta odlično občutijo. Na primer, ptice selivke gradijo svojo pot in se osredotočajo nanjo. Znanstveniki v zvezi s tem pojavom postavljajo več hipotez. Eden od njih nakazuje, da ga ptice zaznavajo vizualno. V očeh ptic selivk obstajajo posebne beljakovine (kriptokromi), ki lahko spremenijo svoj položaj pod vplivom geomagnetnega polja. Avtorji te hipoteze so prepričani, da lahko kriptokromi delujejo kot kompas. Vendar pa ne samo ptice, temveč tudi morske želve uporabljajo magnetni zaslon kot GPS navigator.

Vpliv magnetnega zaslona na osebo

Učinek geomagnetnega polja na človeka je bistveno drugačen od katerega koli drugega, pa naj bo to sevanje ali nevaren tok, saj v celoti vpliva na človeško telo.

Znanstveniki verjamejo, da geomagnetno polje deluje v ultra nizkem frekvenčnem območju, zaradi česar izpolnjuje glavnefiziološki ritmi: dihalni, srčni in možganski. Človek morda ne čuti ničesar, a telo še vedno reagira na to s funkcionalnimi spremembami v živčnem, srčno-žilnem sistemu in možganski aktivnosti. Psihiatri že vrsto let spremljajo razmerje med izbruhi jakosti geomagnetnega polja in poslabšanjem duševnih bolezni, ki pogosto vodijo v samomor.

"Indeksiranje" geomagnetne dejavnosti

Motnje magnetnega polja, povezane s spremembami v sistemu magnetosfersko-ionosferskega toka, se imenujejo geomagnetna aktivnost (GA). Za določitev njegove ravni se uporabljata dva indeksa - A in K. Slednji prikazuje vrednost GA. Izračuna se na podlagi meritev magnetnega ščita, opravljenih vsak dan v triurnih intervalih, z začetkom ob 00:00 UTC (univerzalno koordiniran čas). Najvišje vrednosti magnetne motnje se primerjajo z vrednostmi geomagnetnega polja mirnega dneva za določeno znanstveno institucijo, pri čemer se upoštevajo največje vrednosti opaženih odstopanj.

Na podlagi pridobljenih podatkov se izračuna indeks K. Ker gre za kvazilogaritemsko vrednost (tj. se poveča za eno s povečanjem motnje za približno 2-krat), ne more povprečimo, da dobimo dolgoročno zgodovinsko sliko o stanju geomagnetnih polj planeta. Za to obstaja indeks A, ki je dnevno povprečje. Določeno je precej preprosto - vsaka dimenzija indeksa K se pretvori venakovredni indeks. Vrednosti K, pridobljene skozi ves dan, so povprečne, zahvaljujoč kateremu je mogoče dobiti indeks A, katerega vrednost v običajnih dneh ne presega praga 100, med najresnejšimi magnetnimi nevihtami pa lahko preseže 200.

Ker se motnje geomagnetnega polja na različnih delih planeta kažejo različno, se lahko vrednosti indeksa A iz različnih znanstvenih virov izrazito razlikujejo. Da bi se izognili takšnemu zagonu, se indeksi A, ki jih pridobijo observatoriji, zmanjšajo na povprečje in pojavi se globalni indeks A_p. Enako velja za indeks K_p, ki je delna vrednost v območju 0-9. Njegova vrednost od 0 do 1 pomeni, da je geomagnetno polje normalno, kar pomeni, da so ohranjeni optimalni pogoji za prehod v kratkovalovnih pasovih. Seveda pod pogojem dokaj intenzivnega toka sončnega sevanja. Geomagnetno polje 2 točki je označeno kot zmerna magnetna motnja, ki nekoliko oteži prehod decimetrskih valov. Vrednosti od 5 do 7 označujejo prisotnost geomagnetnih neviht, ki ustvarjajo resne motnje v omenjenem območju, pri močni nevihti (8-9 točk) pa onemogočajo prehod kratkih valov.

Aktivnost geomagnetnega polja v točkah

Ar	Kr	Opis
0	0	mirno
2	1
3
4
7	2	Slabo ogorčen
15	3
27	4	ogorčen
48	5	Magnetna nevihta
80	6
132	7	Velika magnetna nevihta
208	8
400	9

Vpliv magnetnih neviht na zdravje ljudi

50-70 % svetovnega prebivalstva prizadenejo magnetne nevihte. Hkrati se pri nekaterih ljudeh pojavi stresna reakcija 1-2 dni pred magnetno motnjo, ko opazimo sončne izbruhe. Za druge pa na samem vrhuncu ali nekaj časa po preveliki geomagnetni aktivnosti.

Metodično odvisni ljudje, pa tudi tisti, ki trpijo za kroničnimi boleznimi, morajo teden dni spremljati informacije o geomagnetnem polju, da bi izključili fizični in čustveni stres ter vsa dejanja in dogodke, ki bi lahko povzročili na stres, če se približujejo magnetne nevihte.

sindrom pomanjkanja magnetnega polja

Slabitev geomagnetnega polja v prostorih (hipogeomagnetno polje) nastane zaradi oblikovnih značilnosti različnih zgradb, stenskih materialov, pa tudi magnetiziranih struktur. Ko ste v sobi z oslabljenim GP, je moten krvni obtok, oskrba tkiv in organov s kisikom in hranili. Oslabitev magnetnega ščita vpliva tudi na živčni, srčno-žilni, endokrini, dihalni, skeletni in mišični sistem.

japonski zdravnik Nakagawa je "klican"ta pojav se imenuje "sindrom pomanjkanja človeškega magnetnega polja". Po svojem pomenu lahko ta koncept konkurira pomanjkanju vitaminov in mineralov.

Glavni simptomi, ki kažejo na prisotnost tega sindroma, so:

• utrujenost;
• zmanjšanje uspešnosti;
• nespečnost;
• glavobol in bolečine v sklepih;
• hipo- in hipertenzija;
• motnje v prebavnem sistemu;
• motnje v srčno-žilnem sistemu.