Geomagnetické pole: vlastnosti, štruktúra, charakteristiky a história výskumu

2024 Autor: Henry Conors | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-02-12 12:19

Geomagnetické pole (GP) je generované zdrojmi umiestnenými vo vnútri Zeme, ako aj v magnetosfére a ionosfére. Chráni planétu a život na nej pred škodlivými účinkami kozmického žiarenia. Jeho prítomnosť pozoroval každý, kto držal kompas a videl, ako jeden koniec šípu ukazuje na juh a druhý na sever. Vďaka magnetosfére boli urobené veľké objavy vo fyzike a doteraz sa jej prítomnosť využíva na námornú, podmorskú, leteckú a vesmírnu navigáciu.

Všeobecné charakteristiky

Naša planéta je obrovský magnet. Jeho severný pól sa nachádza v „hornej“časti Zeme, neďaleko geografického pólu, a jeho južný pól je blízko zodpovedajúceho geografického pólu. Z týchto bodov sa magnetické siločiary, ktoré tvoria vlastnú magnetosféru, rozširujú na mnoho tisíc kilometrov do vesmíru.

Magnetické a geografické póly sú od seba dosť vzdialené. Ak nakreslíte jasnú čiaru medzi magnetickými pólmi, môžete skončiť s magnetickou osou s uhlom sklonu 11,3 ° k osi otáčania. Táto hodnota nie je konštantná a to všetko preto, že magnetické póly sa pohybujú vzhľadom na povrch planéty a každoročne menia svoju polohu.

Povaha geomagnetického poľa

Magnetický štít je generovaný elektrickými prúdmi (pohyblivými nábojmi), ktoré sa rodia vo vonkajšom tekutom jadre, ktoré sa nachádza vo vnútri Zeme vo veľmi slušnej hĺbke. Je to tekutý kov a pohybuje sa. Tento proces sa nazýva konvekcia. Pohybujúca sa látka jadra vytvára prúdy a v dôsledku toho magnetické polia.

Magnetický štít spoľahlivo chráni Zem pred kozmickým žiarením. Jeho hlavným zdrojom je slnečný vietor – pohyb ionizovaných častíc prúdiacich zo slnečnej koróny. Magnetosféra odchyľuje tento nepretržitý tok a presmeruje ho okolo Zeme, takže tvrdé žiarenie nemá škodlivý vplyv na všetok život na modrej planéte.

Ak by Zem nemala geomagnetické pole, slnečný vietor by ju pripravil o atmosféru. Podľa jednej hypotézy sa presne toto stalo na Marse. Slnečný vietor nie je zďaleka jedinou hrozbou, keďže aj Slnko uvoľňuje veľké množstvo hmoty a energie vo forme koronálnych výronov sprevádzaných silným prúdom rádioaktívnych častíc. Avšak aj v týchto prípadoch ju magnetické pole Zeme chráni tým, že tieto prúdy odkláňaplanéty.

Magnetický štít obráti svoje póly približne každých 250 000 rokov. Severný magnetický pól zaberá miesto severného a naopak. Vedci nemajú jasné vysvetlenie, prečo sa to deje.

História výskumu

Zoznámenie ľudí s úžasnými vlastnosťami pozemského magnetizmu sa stalo na úsvite civilizácie. Už v staroveku ľudstvo poznalo magnetickú železnú rudu, magnetit. Kto a kedy však odhalil, že prírodné magnety sú rovnako orientované vo vesmíre vo vzťahu ku geografickým pólom planéty, nie je známe. Podľa jednej verzie Číňania tento fenomén poznali už v roku 1100, no v praxi ho začali využívať až o dve storočia neskôr. V západnej Európe sa magnetický kompas začal používať pri navigácii v roku 1187.

Štruktúra a vlastnosti

Magnetické pole Zeme možno rozdeliť na:

• hlavné magnetické pole (95%), ktorého zdroje sa nachádzajú vo vonkajšom vodivom jadre planéty;
• anomálne magnetické pole (4%) vytvorené horninami v hornej vrstve Zeme s dobrou magnetickou susceptibilitou (jedna z najsilnejších je kurská magnetická anomália);
• vonkajšie magnetické pole (nazývané aj premenné, 1%) spojené s interakciami Slnka a Zeme.

Pravidelné geomagnetické variácie

Zmeny geomagnetického poľa v priebehu času pod vplyvom vnútorných aj vonkajších (vo vzťahu k povrchu planéty) zdrojov sa nazývajú magnetické variácie. Oni súsú charakterizované odchýlkou zložiek HP od priemernej hodnoty v mieste pozorovania. Magnetické variácie sa neustále menia v čase a takéto zmeny sú často periodické.

Pravidelné zmeny, ktoré sa opakujú denne, sú zmeny v magnetickom poli spojené so slnečnými a lunárno-dennými zmenami intenzity MS. Variácie vrcholia počas dňa a pri lunárnej opozícii.

Nepravidelné geomagnetické variácie

Tieto zmeny sa vyskytujú v dôsledku vplyvu slnečného vetra na magnetosféru Zeme, zmien v magnetosfére samotnej a jej interakcie s ionizovanou hornou atmosférou.

• Dvadsaťsedemdňové variácie existujú ako vzor pre opätovný rast magnetickej poruchy každých 27 dní, čo zodpovedá obdobiu rotácie hlavného nebeského telesa vzhľadom na pozemského pozorovateľa. Tento trend je spôsobený existenciou dlhotrvajúcich aktívnych oblastí na našej domovskej hviezde, pozorovanej počas niekoľkých jej revolúcií. Prejavuje sa vo forme 27-dňového opakovania geomagnetických porúch a magnetických búrok.
• Jednásťročné variácie sú spojené s periodicitou činnosti Slnka pri tvorbe škvŕn. Zistilo sa, že v rokoch najväčšej akumulácie tmavých oblastí na slnečnom disku dosahuje maximum aj magnetická aktivita, rast geomagnetickej aktivity však zaostáva za rastom slnečnej aktivity v priemere o rok.
• Sezónne variácie majú dve maximá a dve minimá, ktorým zodpovedajúrovnodennosti a časy slnovratu.
• Sekulárne, na rozdiel od vyššie uvedených, - vonkajšieho pôvodu, vznikajú v dôsledku pohybu hmoty a vlnových procesov v tekutom elektricky vodivom jadre planéty a sú hlavným zdrojom informácií o elektr. vodivosti spodného plášťa a jadra, o fyzikálnych procesoch vedúcich ku konvekcii hmoty, ako aj o mechanizme vytvárania geomagnetického poľa Zeme. Toto sú najpomalšie variácie – s obdobiami od niekoľkých rokov až po rok.

Vplyv magnetického poľa na svet živých

Napriek tomu, že magnetický štít nie je vidieť, obyvatelia planéty ho dokonale cítia. Napríklad sťahovavé vtáky stavajú svoju trasu a zameriavajú sa na ňu. Vedci predložili niekoľko hypotéz týkajúcich sa tohto javu. Jeden z nich naznačuje, že vtáky to vnímajú vizuálne. V očiach sťahovavých vtákov existujú špeciálne proteíny (kryptochrómy), ktoré sú schopné meniť svoju polohu pod vplyvom geomagnetického poľa. Autori tejto hypotézy sú si istí, že kryptochrómy môžu fungovať ako kompas. Magnetickú obrazovku však ako GPS navigátor využívajú nielen vtáky, ale aj morské korytnačky.

Vplyv magnetickej obrazovky na človeka

Účinok geomagnetického poľa na človeka je zásadne odlišný od akéhokoľvek iného, či už ide o žiarenie alebo nebezpečný prúd, pretože úplne ovplyvňuje ľudské telo.

Vedci sa domnievajú, že geomagnetické pole pôsobí v ultranízkom frekvenčnom rozsahu, v dôsledku čoho spĺňa hlavnéfyziologické rytmy: dýchacie, srdcové a mozgové. Človek síce nič necíti, no telo na to aj tak reaguje funkčnými zmenami nervového, kardiovaskulárneho systému a mozgovou činnosťou. Psychiatri už mnoho rokov sledujú vzťah medzi výbuchmi intenzity geomagnetického poľa a exacerbáciou duševných chorôb, ktoré často vedú k samovražde.

„Indexovanie“geomagnetickej aktivity

Poruchy magnetického poľa spojené so zmenami v systéme magnetosférických-ionosférických prúdov sa nazývajú geomagnetická aktivita (GA). Na určenie jej úrovne sa používajú dva indexy – A a K. Posledný ukazuje hodnotu GA. Vypočítava sa z meraní magnetického štítu, ktoré sa vykonávajú každý deň v trojhodinových intervaloch, počnúc 00:00 UTC (univerzálny koordinovaný čas). Najvyššie hodnoty magnetickej poruchy sa porovnávajú s hodnotami geomagnetického poľa tichého dňa pre určitú vedeckú inštitúciu, pričom sa berú do úvahy maximálne hodnoty pozorovaných odchýlok.

Na základe získaných údajov sa vypočíta index K. Vzhľadom na to, že ide o kvázi-logaritmickú hodnotu (teda zvyšuje sa o jednotku pri zvýšení rušenia asi 2-krát), nemôže spriemerovať, aby sa získal dlhodobý historický obraz o stave geomagnetických polí planéty. K tomu existuje index A, čo je denný priemer. Určuje sa celkom jednoducho - každý rozmer indexu K sa prevedie naekvivalentný index. Hodnoty K získané počas dňa sú spriemerované, vďaka čomu je možné získať index A, ktorého hodnota v bežných dňoch nepresahuje hranicu 100 a počas najvážnejších magnetických búrok môže prekročiť 200..

Keďže sa poruchy geomagnetického poľa v rôznych častiach planéty prejavujú rôzne, hodnoty indexu A z rôznych vedeckých zdrojov sa môžu výrazne líšiť. Aby sa predišlo takémuto nábehu, indexy A získané observatóriami sa znížia na priemer a objaví sa globálny index A_p. To isté platí pre index K_p, čo je zlomková hodnota v rozsahu 0-9. Jeho hodnota od 0 do 1 znamená, že geomagnetické pole je normálne, čo znamená, že sú zachované optimálne podmienky pre prechod v krátkych vlnových pásmach. Samozrejme, podlieha dosť intenzívnemu toku slnečného žiarenia. Geomagnetické pole 2 bodov je charakterizované ako mierna magnetická porucha, ktorá mierne komplikuje prechod decimetrových vĺn. Hodnoty od 5 do 7 indikujú prítomnosť geomagnetických búrok, ktoré spôsobujú vážne rušenie uvedeného rozsahu a pri silnej búrke (8-9 bodov) znemožňujú prechod krátkych vĺn.

Aktivita geomagnetického poľa v bodoch

Ar	Kr	Popis
0	0	Kľud
2	1
3
4
7	2	Slabé rozhorčenie
15	3
27	4	Rozhorčený
48	5	Magnetická búrka
80	6
132	7	Veľká magnetická búrka
208	8
400	9

Vplyv magnetických búrok na ľudské zdravie

50 – 70 % svetovej populácie je zasiahnutých magnetickými búrkami. Súčasne je nástup stresovej reakcie u niektorých ľudí zaznamenaný 1-2 dni pred magnetickou poruchou, keď sú pozorované slnečné erupcie. Pre ostatných, na samom vrchole alebo nejaký čas po nadmernej geomagnetickej aktivite.

Metodicky závislí ľudia, ako aj tí, ktorí trpia chronickými chorobami, potrebujú týždeň sledovať informácie o geomagnetickom poli, aby vylúčili fyzický a emocionálny stres, ako aj akékoľvek činy a udalosti, ktoré môžu viesť stresovať, ak sa blížia magnetické búrky.

Syndróm nedostatku magnetického poľa

Oslabenie geomagnetického poľa v priestoroch (hypogeomagnetické pole) nastáva v dôsledku konštrukčných prvkov rôznych budov, materiálov stien, ako aj magnetizovaných štruktúr. Keď ste na izbe s oslabeným praktickým lekárom, je narušený krvný obeh, zásobovanie tkanív a orgánov kyslíkom a živinami. Oslabenie magnetického štítu ovplyvňuje aj nervový, kardiovaskulárny, endokrinný, dýchací, kostrový a svalový systém.

Japonský lekár Nakagawa „volal“tento jav sa nazýva „syndróm nedostatku ľudského magnetického poľa“. Vo svojom význame môže tento pojem konkurovať nedostatku vitamínov a minerálov.

Hlavné príznaky naznačujúce prítomnosť tohto syndrómu sú:

• fatigue;
• pokles výkonu;
• insomnia;
• bolesť hlavy a kĺbov;
• hypo- a hypertenzia;
• poruchy tráviaceho systému;
• poruchy kardiovaskulárneho systému.