Geomagnetické pole: vlastnosti, struktura, charakteristiky a historie výzkumu

2024 Autor: Henry Conors | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-02-12 05:04

Geomagnetické pole (GP) je generováno zdroji umístěnými uvnitř Země, stejně jako v magnetosféře a ionosféře. Chrání planetu a život na ní před škodlivými účinky kosmického záření. Jeho přítomnost pozoroval každý, kdo držel kompas, a viděl, jak jeden konec šípu ukazuje na jih a druhý na sever. Díky magnetosféře byly učiněny velké objevy ve fyzice a její přítomnost se zatím využívá pro námořní, podvodní, leteckou a vesmírnou navigaci.

Obecné vlastnosti

Naše planeta je obrovský magnet. Jeho severní pól se nachází v „horní“části Země, nedaleko od geografického pólu, a jižní pól je blízko odpovídajícího geografického pólu. Z těchto bodů se magnetické siločáry, které tvoří vlastní magnetosféru, rozprostírají na mnoho tisíc kilometrů do vesmíru.

Magnetické a geografické póly jsou od sebe poměrně daleko. Pokud nakreslíte jasnou čáru mezi magnetickými póly, můžete skončit s magnetickou osou s úhlem sklonu 11,3 ° k ose otáčení. Tato hodnota není konstantní a to vše proto, že se magnetické póly pohybují vzhledem k povrchu planety a každoročně mění svou polohu.

Povaha geomagnetického pole

Magnetický štít je generován elektrickými proudy (pohyblivými náboji), které se rodí ve vnějším tekutém jádru, umístěném uvnitř Země ve velmi slušné hloubce. Je to tekutý kov a pohybuje se. Tento proces se nazývá konvekce. Pohybující se hmota jádra tvoří proudy a v důsledku toho magnetická pole.

Magnetický štít spolehlivě chrání Zemi před kosmickým zářením. Jeho hlavním zdrojem je sluneční vítr – pohyb ionizovaných částic proudících ze sluneční koróny. Magnetosféra tento nepřetržitý tok vychyluje a přesměrovává kolem Země, takže tvrdé záření nemá škodlivý vliv na veškerý život na modré planetě.

Pokud by Země neměla geomagnetické pole, sluneční vítr by ji připravil o atmosféru. Podle jedné hypotézy se přesně to stalo na Marsu. Sluneční vítr není zdaleka jedinou hrozbou, protože i Slunce uvolňuje velké množství hmoty a energie v podobě koronálních výronů doprovázených silným proudem radioaktivních částic. Avšak i v těchto případech ji magnetické pole Země chrání tím, že tyto proudy odkláníplanety.

Magnetický štít obrátí své póly přibližně každých 250 000 let. Severní magnetický pól zaujímá místo severního a naopak. Vědci nemají jasné vysvětlení, proč se to děje.

Historie výzkumu

K seznámení lidí s úžasnými vlastnostmi pozemského magnetismu došlo na úsvitu civilizace. Již ve starověku znalo lidstvo magnetickou železnou rudu, magnetit. Kdo a kdy však odhalil, že přírodní magnety jsou stejně orientované ve vesmíru vzhledem ke geografickým pólům planety, není známo. Podle jedné verze Číňané tento fenomén znali již v roce 1100, ale v praxi jej začali využívat až o dvě století později. V západní Evropě se magnetický kompas začal používat k navigaci v roce 1187.

Struktura a vlastnosti

Magnetické pole Země lze rozdělit na:

• hlavní magnetické pole (95%), jehož zdroje se nacházejí ve vnějším vodivém jádru planety;
• anomální magnetické pole (4%) vytvořené horninami v horní vrstvě Země s dobrou magnetickou susceptibilitou (jedna z nejsilnějších je kurská magnetická anomálie);
• vnější magnetické pole (nazývané také proměnné, 1 %) spojené s interakcemi Slunce a Země.

Pravidelné geomagnetické variace

Změny geomagnetického pole v průběhu času pod vlivem vnitřních i vnějších (ve vztahu k povrchu planety) zdrojů se nazývají magnetické variace. Oni jsoujsou charakterizovány odchylkou složek HP od průměrné hodnoty v místě pozorování. Magnetické variace procházejí neustálou restrukturalizací v čase a často jsou takové změny periodické.

Pravidelné změny, které se denně opakují, jsou změny v magnetickém poli spojené se slunečními a lunárně-denními změnami intenzity MS. Variace vrcholí během dne a při měsíční opozici.

Nepravidelné geomagnetické variace

K těmto změnám dochází v důsledku vlivu slunečního větru na zemskou magnetosféru, změn v magnetosféře samotné a její interakce s ionizovanou horní atmosférou.

• Sedmadvacetidenní variace existují jako vzor opětovného růstu magnetického rušení každých 27 dní, což odpovídá periodě rotace hlavního nebeského tělesa vzhledem k pozemskému pozorovateli. Tento trend je způsoben existencí dlouhotrvajících aktivních oblastí na naší domovské hvězdě, pozorované během několika jejích revolucí. Projevuje se ve formě 27denního opakování geomagnetických poruch a magnetických bouří.
• Jedenáctileté variace jsou spojeny s periodicitou sluneční aktivity tvorby skvrn. Bylo zjištěno, že v letech největší akumulace tmavých oblastí na slunečním disku dosahuje maxima i magnetická aktivita, nicméně růst geomagnetické aktivity zaostává za růstem sluneční aktivity v průměru o rok.
• Sezónní variace mají dvě maxima a dvě minima, kterým odpovídajírovnodennosti a doby slunovratu.
• Sekulární, na rozdíl od výše uvedených, - vnějšího původu, vznikají v důsledku pohybu hmoty a vlnových procesů v kapalném elektricky vodivém jádru planety a jsou hlavním zdrojem informací o el. vodivosti spodního pláště a jádra, o fyzikálních procesech vedoucích ke konvekci hmoty a také o mechanismu generování geomagnetického pole Země. Toto jsou nejpomalejší variace – s obdobími od několika let do jednoho roku.

Vliv magnetického pole na živý svět

Navzdory tomu, že magnetický štít není vidět, obyvatelé planety jej dokonale cítí. Například stěhovaví ptáci staví svou trasu a zaměřují se na ni. Vědci předložili několik hypotéz týkajících se tohoto jevu. Jeden z nich naznačuje, že ptáci to vnímají vizuálně. V očích stěhovavých ptáků existují speciální proteiny (kryptochromy), které jsou schopny měnit svou polohu vlivem geomagnetického pole. Autoři této hypotézy jsou si jisti, že kryptochromy mohou fungovat jako kompas. Magnetickou obrazovku však jako GPS navigátor využívají nejen ptáci, ale také mořské želvy.

Vliv magnetické obrazovky na člověka

Účinek geomagnetického pole na člověka se zásadně liší od jakéhokoli jiného, ať už jde o záření nebo nebezpečný proud, protože zcela ovlivňuje lidské tělo.

Vědci se domnívají, že geomagnetické pole působí v ultranízkém frekvenčním rozsahu, v důsledku čehož splňuje hlavnífyziologické rytmy: dýchací, srdeční a mozkové. Člověk sice nic necítí, ale tělo na to stále reaguje funkčními změnami v nervovém, kardiovaskulárním systému a mozkové činnosti. Psychiatři již mnoho let sledují vztah mezi výbuchy intenzity geomagnetického pole a exacerbací duševních chorob, které často vedou k sebevraždě.

„Indexování“geomagnetické aktivity

Poruchy magnetického pole spojené se změnami v systému magnetosférických-ionosférických proudů se nazývají geomagnetická aktivita (GA). K určení její úrovně se používají dva indexy – A a K. Druhý ukazuje hodnotu GA. Vypočítává se z měření magnetického štítu prováděných každý den v tříhodinových intervalech, počínaje 00:00 UTC (Universal Time Coordinated). Nejvyšší hodnoty magnetického rušení jsou porovnávány s hodnotami geomagnetického pole klidného dne pro určitou vědeckou instituci, přičemž jsou brány v úvahu maximální hodnoty pozorovaných odchylek.

Na základě získaných dat je vypočítán index K. Vzhledem k tomu, že se jedná o kvazilogaritmickou hodnotu (tzn. že se zvyšuje o jedničku při nárůstu rušení asi 2x), nemůže být zprůměrován za účelem získání dlouhodobého historického obrazu o stavu geomagnetických polí planety. K tomu existuje index A, což je denní průměr. Určuje se zcela jednoduše - každý rozměr indexu K se převede naekvivalentní index. Hodnoty K získané během dne jsou zprůměrovány, díky čemuž je možné získat index A, jehož hodnota v běžných dnech nepřesahuje hranici 100 a při nejvážnějších magnetických bouřích může překročit 200.

Vzhledem k tomu, že se poruchy geomagnetického pole v různých částech planety projevují různě, mohou se hodnoty indexu A z různých vědeckých zdrojů výrazně lišit. Aby se zabránilo takovému rozběhu, indexy A získané observatořemi jsou redukovány na průměr a objeví se globální index A_p. Totéž platí pro index K_p, což je zlomková hodnota v rozsahu 0-9. Jeho hodnota od 0 do 1 znamená, že geomagnetické pole je normální, což znamená, že jsou zachovány optimální podmínky pro průchod v pásmech krátkých vln. Samozřejmě za dosti intenzivního toku slunečního záření. Geomagnetické pole o velikosti 2 bodů je charakterizováno jako střední magnetická porucha, která mírně komplikuje průchod decimetrových vln. Hodnoty od 5 do 7 indikují přítomnost geomagnetických bouří, které způsobují vážné rušení uvedeného rozsahu a při silné bouři (8-9 bodů) znemožňují průchod krátkých vln.

Aktivita geomagnetického pole v bodech

Ar	Kr	Popis
0	0	Klid
2	1
3
4
7	2	Slabé rozhořčení
15	3
27	4	Rozhořčený
48	5	Magnetická bouře
80	6
132	7	Velká magnetická bouře
208	8
400	9

Vliv magnetických bouří na lidské zdraví

50–70 % světové populace je zasaženo magnetickými bouřemi. Současně je nástup stresové reakce u některých lidí zaznamenán 1-2 dny před magnetickou poruchou, kdy jsou pozorovány sluneční erupce. Pro ostatní na samém vrcholu nebo nějakou dobu po nadměrné geomagnetické aktivitě.

Metodicky závislí lidé, stejně jako ti, kteří trpí chronickými nemocemi, potřebují týden sledovat informace o geomagnetickém poli, aby se vyloučil fyzický a emocionální stres, stejně jako jakékoli činy a události, které mohou vést stresovat, pokud se blíží magnetické bouře.

Syndrom nedostatku magnetického pole

Oslabení geomagnetického pole v prostorách (hypogeomagnetické pole) nastává v důsledku konstrukčních prvků různých budov, materiálů stěn a také magnetizovaných konstrukcí. Když jste na pokoji s oslabeným praktickým lékařem, dochází k narušení krevního oběhu, zásobování tkání a orgánů kyslíkem a živinami. Oslabení magnetického štítu také ovlivňuje nervový, kardiovaskulární, endokrinní, dýchací, kosterní a svalový systém.

Japonský lékař Nakagawa "volal"tento jev se nazývá „syndrom nedostatku lidského magnetického pole“. Svým významem může tento koncept konkurovat nedostatku vitamínů a minerálů.

Hlavní příznaky naznačující přítomnost tohoto syndromu jsou:

• fatigue;
• snížení výkonu;
• insomnie;
• bolest hlavy a kloubů;
• hypo- a hypertenze;
• poruchy trávicího systému;
• poruchy kardiovaskulárního systému.