Магнитное поле Земли

Земля – это гигантский магнит, около которого возникает магнитное поле. Оно окружает нашу планету с самого момента ее появления и значительно влияет на живые организмы, находящиеся на ней, а также на природные явления. Положение магнитных и географических полюсов Земли не совпадает друг с другом. Неподалеку от северного географического полюса Земли расположен южный магнитный полюс. Поэтому северный конец стрелки компаса, поворачиваясь к южному магнитному полюсу Земли, указывает на географический север. Силовые линии, соединяющие два магнитных полюса, называются магнитными меридианами. Ось магнитного поля наклонена под углом в 12 градусов к оси вращения.

Еще задолго до нашей эры люди нашли применение магнитным свойствам. Самым первым изобретением был компас – простейший навигационный прибор.

Магнитное поле Земли включает в себя 3 главные части:

1.  Основное магнитное поле – заключено внутри Земли, очень медленно изменяется во времени.

2.  Переменное магнитное поле или внешнее – за пределами земной поверхности и в атмосфере.

3.  Мировые аномалии – резкое увеличение напряженности поля на отдельных участках земной поверхности.

Для того, чтобы объяснить происхождение основного магнитного поля Земли выдвигалось множество всевозможных гипотез. С точки зрения ученых, именно тот факт, что внешнее ядро жидкое, помогает понять природу магнетизма на Земле. Так как само ядро немагнитно, источником поля должны являться электрические токи в нём. Но для того, чтобы поддерживать ток в ядре, нужен источник энергии. Если источника не будет, то ток пропадет через определенное время t, определяемое по формуле t~σL² (σ – электропроводность ядра, L – длина). В ядре «источником энергии» служит термоэлектрический эффект – 2 проводника с различными температурами соприкасаются в 2-х точках – возникает ЭДС и течет ток. Следовательно, на границе мантия – внешнее ядро из-за разницы температур возникает слабый ток и слабое магнитное поле. Это магнитное поле усиливается, т.к. при движении жидкой части ядра в магнитном поле (хоть и слабом) индуцируются токи и магнитное поле большей силы. В результате возникает подобие динамо-машины, в которой происходит самовозбуждение электрических токов, которые создают магнитное поле Земли.

Магнитное поле распределяется неравномерно относительно оси. По направлению к Солнцу достигает 10 радиусов, а с ночной стороны Земли образуется так называемый хвост магнитосферы. Силовые линии хвоста вытянуты приблизительно на 1000 радиусов, причиной тому является солнечный ветер.

В каждой точке планеты магнитное поле можно охарактеризовать: вектором напряженности Н, который определяется тремя составляющими х – северной, y – восточной, и z – вертикальной (прямоугольная система координат). Также тремя элементами – горизонтальной составляющей напряженности Н, магнитным склонением D и магнитным наклонением I (угол между Т и плоскостью горизонта). Также следует отметить, что склонение имеет величину не более 20°, на восток – положительное, на запад – отрицательное. В точке пространства, где магнитное наклонение 90°, находится магнитный полюс; а там, где оно равно 0 – магнитный экватор.

Следующая характеристика – напряженность. Её среднее значение на поверхности Земли составляет примерно 0,45 Эрстед. Но все зависит от географического положения (например, 0,66 Эрстед – магнитный полюс, 0,34 Эрстед – экватор). Существуют такие места, которые называют районами магнитных аномалий, где значение напряженности очень велико и превосходит среднюю напряженность почти в 3 раза. Примером является Курская магнитная аномалия, напряженность равна 2 Эрстед. Наличие таких аномальных зон связывают с залежами большого количества пород, содержащих магнетит. На графике показано, как убывает напряженность магнитного поля с увеличением расстояния от центра Земли.

Основная функция магнитного поля – защитная. Оно образует защитный экран и ограждает атмосферу нашей планеты от солнечного ветра – потока мегаионизированных частиц, которые с огромной скоростью движутся от Солнца. Такое излучение крайне опасно для всего живого на Земле.

Так как роль магнитного поля Земли очень велика для всего живого и для процессов биосферы, то большое внимание уделяется особенностям изменения его состояния. Любые изменения магнитного поля повлекут за собой или изменение условий жизни на нашей планете или даже прекращение существования жизни. Эти изменения, называемые геомагнитными вариациями, зависят от многих факторов. Например, от солнечного ветра, от токов в ионосфере и магнитосфере, от лунных и солнечных приливов и т.д. Период изменений также различен – от нескольких секунд до миллионов лет. Изучив намагниченность горных пород прошлого (наз. палеомагнитные данные), ученые пришли к выводу, что все изменения магнитного поля нашей планеты – нормальное явление.

Во-первых, со временем меняется положение магнитных полюсов поля. Неоднократно происходила инверсия поля – магнитные полюса планеты менялись местами. Причем это изменение происходит во времени без какой-либо закономерности: период может составлять примерно 200 тыс. лет, 50 тыс. лет. За 76 млн. лет инверсия магнитного поля произошла 171 раз.

Во-вторых, уменьшается напряженность магнитного поля Земли, магнитный момент поля. Исследования магнитного поля, проведенные учеными за 200 лет, показывают, что с 1829 г. до 1960 г. магнитный момент Земли (интегральная характеристика) описывается следующим выражением: М=(8,27-0,004t)∙10¹⁵ Тл∙м³ , где t – время в годах.

Напряженность земного поля падает, и происходит это неравномерно. Всего за 450 лет напряженность уменьшилась почти на 20%. В одних местах она значительно снижается, например, в Атлантическом океане – 10%, а других наоборот возрастает.

Земля и Солнце очень тесно взаимодействуют друг с другом магнитными полями, эти взаимосвязи и обусловливают все природные явления на планете. Например, солнечный ветер проявляется на Земле в виде полярных сияний – это свечение верхних слоев атмосферы. Стихийные явления происходят из-за избытка солнечной энергии, полученной от Солнца, в магнитной сфере Земли. Также происходящие магнитные бури могут вызывать помехи в коротковолновой радиосвязи, поломки спутников, выход из строя электросетей, изменение метеоусловий (образование циклонов).

На влияние магнитного поля Земли (естественного поля) организм человека настроился на протяжении всего процесса эволюции – воспринимает его частоту как нормальную. Но когда влияние оказывают какие-то другие магнитные поля или изменение магнитного поля Земли значительно (например, магнитные бури), то происходят изменения в функционировании систем организма. Отмечалось особое влияние магнитного поля на нервную и кровеносно-сосудистую системы. Незначительно, но реагируют на изменение магнитного поля и дыхательная, пищеварительная, эндокринная, костно-мышечная системы. Наблюдения показали, что в день магнитной бури и в течение ближайших двух дней возрастало количество обращений людей с сердечнососудистыми заболеваниями. Врачи утверждают, что организм реагирует на изменение магнитного поля спустя сутки после начала магнитной бури. Мы не в силах предотвратить и уменьшить вредное влияние магнитных бурь на собственный организм. Но следует отметить, что здоровый человек воспринимает негативное влияние магнитного поля легче.

На протяжении геологической истории нашей планеты магнитное поле неоднократно снижало свою напряженность, несколько раз происходила и инверсия поля. Как нам уже известно, в настоящее время напряженность магнитного поля падает, вместе с этим ослабевают его защитные свойства, что приводит к следующим последствиям. Все больше солнечного излучения будет проникать на поверхность планеты, будет повышаться уровень радиации, вследствие чего все больше людей могут быть подвержены онкологическим или хроническим заболеваниям. Негативно сказывается падение напряженности и на животном мире. Исследования показывают, что птицы осуществляют дальние полеты, ориентируясь по магнитным полям.

Полученные в процессе исследования результаты показывают важную роль магнитного поля для всего живого на Земле. Так как изменения, происходящие с магнитным полем Земли, отражаются и на состоянии здоровья людей, и на работе спутников, систем радиосвязи и т.д., то более углубленное изучение данного вопроса поможет человеку найти новые способы и возможности уменьшения воздействия изменений поля в будущем.