Из истории магнита и изучения магнитных бурь. Учебный проект: "Влияние магнитных бурь на здоровье человека". Природа геомагнитных бурь

В природе ведущую роль играю четыре силы:

• ядерная сила, удерживающая протоны и нейтроны в ядре атомов
• атомная сила, удерживающая вмести частицы и атомы
• сила тяжести.
• электромагнитная сила, электричество и магнетизм.

Однако, если с первыми тремя все ясно, значение магнетизма часто недооценивают. Просто потому, что мы не ощущаем магнетизм в обычной жизни, не чувствуем магнитные поля, да и самый мощный магнит не оказывает на нас никакого влияния. Иными словами, мы даже не задумываемся о нем.

А ведь на самом деле, магнетизм в нашей жизни играет огромную роль. Скажем, вы знали, что единственное, что мешает людям проходить через стены или проваливаться сквозь пол, это магнитное поле ? Скорее всего не знали. А почему так происходит?

Молекулы и атомы невероятно малы, а расстояние между атомами невероятно широко. Если бы мы уменьшились до размеров атомов, то обнаружили бы, что пространство вокруг нас будто бы состоит из сплошной пустоты.

Расстояние между электронами, которые вращаются вокруг протонов в ядре, также довольно велико. Для примера, представим себе «атомный вентилятор», где электроны – это лопасти, а ядро — центральная часть к которой прикреплены лопасти. Когда наш «вентилятор» не работает, между лопастями можно свободно просунуть что угодно, но стоит его включить, вращающие лопасти словно бы сольются в сплошной круг. Иными словами, пустота вдруг обретает плотность!

Происходит это потому что между отрицательно заряженными электронами и положительно заряженными протонами возникает электромагнитное притяжение, и они начинают вращаться. А когда они вращаются также быстро, как лопасти вентилятора, атомы начинают всё от себя отталкивать. То есть мы видим ту же картину — за счет магнетизма «атомная пустота» вдруг обретает плотность, а масса атомов соединенных вместе, начинают вести себя как твердое тело. Поэтому нам и не удается пройти сквозь стену.

Иными словами плотность материи, её осязаемость, создают не сами атомы из которых эта материя состоит, а магнитное поле.

Можно представить себе силовые линии магнитного поля , как полосы движения на автомагистрали. Хотя они и лежат рядом, но никогда не пересекаются. Между ними как бы лежит дорожная разделительная полоса.

Эта аналогия позволяет объяснить некоторые процессы, происходящие на Солнце. Представьте себе шоссе, в котором есть центральная полоса для движения автомобилей сразу в двух направлениях. Если нет правил, которые регулируют движение по такой полосе, то все захотят поехать по этой полосе «в свою» сторону, начнется хаос и, обязательно случится грандиозная авария.

А теперь представьте, что это шоссе – на Солнце, а длина скопления автомобилей составляет 35 тыс. километров. Колоссальное количество горящего материала после такой «аварии» взлетит вверх и устремится прямо в космос. Это и есть выброс коронарной массы. Обычно выброс имеет гигантский размер, сосредотачивая в себе более 10 млрд. тонн солнечной плазмы. При этом, выброс коронарной массы это не «местное» явление, его размеры таковы, что он представляет серьезную угрозу даже для жителей Земли.

А ведь кроме коронарных выбросов, Солнце постоянно «балует» нас не только вспышками, но и постоянным излучением инфракрасных и рентгеновских лучей, иными словами, довольно странно, почему нашему «источнику жизни» до сих пор не удалось нас убить!

К нашему счастью, Земля весьма неплохо защищена от космических невзгод, причем природа её защиты также основана на принципах магнетизма. Сам земной шар представляет собой громадный магнит, за счет чего Земля окружена мощным магнитным полем , которое, как щитом защищает нас от «шалостей» Солнца.

Магнитосфера – гигантское магнитное поле, создаваемое вращающимся ядром планеты. Оно простирается на 70 тыс. км. вокруг планеты. Также как одно магнитное кольцо силовых линий отталкивает другое (то есть они никогда не пересекаются), так и магнитосфера Земли отталкивает магнитную плазму Солнца .

Обычно, миллиарды тонн раскаленной и заряженной плазмы поражают нашу планету, но, не долетев до нее, улетают прочь. Только крошечная часть магнитной бури просачивается сквозь небольшое открытое пространство полюсов, и мы можем любоваться полярным сиянием. Без магнитосферы Земли опасные радиоактивные частицы давно убили бы все формы жизни на ней. К счастью, к нам проходит только полезные солнечные волны – свет и тепло.

Может возникнуть вопрос: как наша магнитосфера защищает нас от выбросов коронарной массы, но пропускает солнечный свет. Все дело в том, что коронарные выбросы – это заряженные частицы, и магнитное поле «ловит» эти электрические заряды. У света электрического заряда нет, поэтому он проходит сквозь магнитное поле, как ни в чем не бывало.

Но откуда берутся мощные магнитные силы Земли? Ответ может дать один из самых старых и простейших магнитометров – компас. Многие считают, что компас всегда указывает на север, но это утверждение не верно. Компас указывает на источник мощного магнитного поля, и в условиях Земли, таким источником будет ничто иное как северный полюс планеты. Проверьте это и сами — разместите рядом с компасом мощный магнит, и стрелка немедленно повернется с «севера» по направлению к нему.

Впрочем, даже если принять условность, что компас показывает на северный полюс, это утверждение все равно не будет полностью верным. Компас указывает не на географический полюс планеты (тот самый, северный), а на магнитный северный полюс , по сравнению с географическим, несколько смещенный в сторону, и находящийся на самом севере Канады.

Магнитный полюс не является магнитом сам по себе. Магнитное поле создают силы глубоко внутри нашей планеты. Магнитные поля порождаются двигающимися электрическими потоками, а Земля – это «один большой поток». Металлическое ядро планеты также вертится и за счет этого происходит генерация магнитного поля.

Магнитное поле Земли – это не статичная устойчивая вещь. Со временем оно может измениться. Потоки в недрах Земли могут сменить направление, а значит изменится и направление магнитного поля. Северный и Южный полюса могут попросту перевернуться, причем такое на нашей планете уже случалось.

Мы знаем, что ориентация магнитных полюсов Земли меняется каждые 100 тыс. лет. Глубоководная и ледовая геология свидетельствует, что 780 тыс. лет стрелка компаса указывала на юг, а за 50 тыс. лет до этого компас указывал на север. Явление внезапного переворота полюсов называется магнитной инверсией , и когда оно случится в следующий раз, мы пока сказать не в состоянии.

Никто не знает, как магнитная инверсия повлияет на жизнь людей. Компасы будут указывать на юг, миграция птиц будет нарушена, GPS-навигация будет бесполезна. Но могут быть и более тяжелые последствия. Смена геомагнитных полюсов может ослабить или вообще убрать магнитное поле. Проблема в том, что слабое магнитное поле не сможет защитить нас от смертельной радиации Солнца.

Солнечный магнетизм создается движением плазмы по поверхности Солнца. Магнетизм, как мы вспоминали, порождается движущимися потоками электрических зарядов. А Солнце, как и Земля – это один большой нескончаемый поток заряженных частиц. С Земли можно разглядеть один магнитный феномен – пятна на Солнце.

Любое такое пятно, это магнитный вихрь на поверхности Солнца, именно такие мощные магнитные вихри вызывают вспышки на Солнце . Фактически, каждая вспышка — это гигантский термоядерный взрыв, мощностью далеко превосходящий все ядерные арсеналы землян.

Вспышки и вызываемые ими магнитные бури так мощны, что оказывают влияние не только на Землю, но и на соседние планеты. Не даром говорят, что магнитные возмущения на Солнце, создают атмосферу во всей нашей Солнечной системе и называются космической погодой.

Рентгеновское излучение чрезвычайно опасно для электроники и могут причинить миллиардный ущерб спутникам связи и навигации. Поэтому уметь предсказывать «космическую погоду» — вещь жизненно важная для освоения космоса.

В некотором роде, мы уже умеем предсказывать особо сильные бури на Солнце. Гигантские выбросы коронарной массы происходят каждые 11 лет, когда солнечные пятна, вспышки и прочая активность достигает максимума. Однако, точно предсказать нельзя, когда произойдет выброс массы и с какой-либо группы пятен.

Если у Земли есть магнитное поле, то есть ли оно у других планет? С началом космических полетов в 60-е годы мы смогли обнаружить магнитные поля других планет, и это были удивительные открытия. У всех четырех гигантских планет – Юпитера , Сатурна , Урана и Нептуна – есть активные магнитные поля.

Самое мощное магнитное поле в нашей системе – у Юпитера. Оно в 10 раз больше земного и протянулось на 6 млн. км. вокруг планеты. Мы наблюдаем полярные сияние на Юпитере и Сатурне и знаем, что они возникают там точно так же как и на Земле – магнитосфера этих планет отклоняет частички Солнца на полюса и они светятся там так же, как и на Земле.

Но ближе к Солнцу, магнитные поля встречаются реже. На Меркурии очень слабое магнитное поле, всего 1% от земного. У Венеры его вообще нет. Но загадочнее всех – красная планета Марс.

В конце 90-х космический аппарат Mars Global Surveyor вышел на орбиту Марса с магнетометром, и он показал, что на Марсе нет глобального магнитного поля. Зато Surveyor обнаружил, что по всей планете разбросаны маломощные магнитные поля. НАСА полагает, что это полеомагнетизм , то есть остатки магнитного поля, существовавшего миллиарды лет тому назад. Было ли на Марсе магнитное поле, как на Земле? Если было, то что с ним случилось?

К счастью нам не нужно отправляться на красную планету, чтобы выяснить это, потому что кусочек красной планеты уже у нас. У нас есть образцы камней с Марса, это метеориты выбитые с его поверхности после удара астероида или кометы миллионы лет назад. Осмотр одного из таких камней — ALH84001, с помощью квантового микроскопа Массачусетского университета (SQUID microscope ) показал, что камень намагничен, и этому магнетизму 4 млрд. лет. То есть под поверхностью метеорита оказались следы былой магнитосферы Марса.

Это дало нам неожиданные открытие: в начале истории Марс был совершенно иным, чем сейчас. Атмосфера была значительно плотнее, вероятно, по поверхности текла вода, а температура была намного выше. В общем, он был похож на Землю. Что случилось потом мы не знаем, но примерно 4,1 млрд. лет магнитное поле планеты вдруг исчезло. Поразительно, но по времени это совпало с началом превращения Марса из теплой и влажной планеты в нынешнюю сухую и холодную.

Одна из гипотез, почему исчезло магнитное поле Марса предполагает, что у него не было мощной магнитосферы для защиты от космического излучения, и солнечные ветра уносили прочь от Марса его атмосферу. Атмосфера становилась все тоньше и потом совсем исчезла. Марс, фигурально выражаясь, умер.

Может ли такое случиться на Земле? Да. Большей проблемой здесь предстает инверсия магнитного поля Земли, о которой мы говорили выше. Во время геомагнитной инверсии Земля может остаться без защиты магнитосферы не несколько дней или дольше. И это может привести планету к марсианскому сценарию, когда мы вдруг окажемся полностью беззащитны перед космическими бурями.

Магнитные бури уже поражали Землю прежде. В 1989 году солнечная вспышка ударила по Северной Америке и оставила без электричества весь Квебек. Но эта буря была сравнительно слабой по сравнению с событиями разыгравшимися в 1859 году («Событие Кэррингтона» ) – тогда полярное сияние видели даже на юге Кубы, а телеграфные провода и трансформаторы заискрились по всему Американскому континенту.

Что случилось бы, если бы буря 1859 года произошла сейчас? Гамма- и рентгеновские лучи уничтожили бы практически все искусственные спутники, по линиям электропередач прошли бы заряды индуцированного тока, что вывело бы из строя все электроподстанции, а все подключенное к сети электрооборудование мгновенно вышло бы из строя.
Воду пришлось бы по старинке качать не электронасосом, а вручную, пользоваться не электролампочкой, а свечкой. В общем, мы вернулись бы в доэлектрические времена. Но развитый мир настолько привык и приспособился к электросетям, что вряд ли сможет дальше существовать.

Чтобы избежать подобных катастроф, сегодня ученые стараются разработать защиту от подобной бури – придумывают предохранители для трансформаторов на подстанциях, пытаются предсказывать магнитные вспышки. Но как эффективно все это сработает в «час Х», покажет только время.

Титовская Алла, Костюкова Настя, Черепова Наталья.

Исследовательская работа по физике.

Скачать:

Предварительный просмотр:

МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА №9

Тема: «Влияние магнитных бурь на здоровье человека»

Научно – исследовательская работа по физике

Костюкова Анастасия Александровна.10 кл.

Титовская Алла Викторовна.10 кл.

Черепова Наталья Сергеевна.10 кл.

Научный руководитель: Кудашева Галина Алексеевна

Учитель физики

2011 г.

Введение ………………………………………………………………..3

Глава 1………………………………………………………………..4

1.1 Магнитное поле………………………………………………….4-6 1.2 Магнитное поле Земли…………………………………………7-8 1.3 Магнитная буря………………………………………………….9-12 Глава 2………………………………………………………………..13

2.1 Влияние магнитных бурь на здоровье человека……………....13-14

2.2 Результаты произведённых исследований…………………….15-18

Заключение…………………………………………………………………19 Список литературы……………………………………………………...…20

Введение.

Мы часто удивляемся - как дельфины находят путь в океане, а птицы в небе? Они ориентируются по магнитному полю. В нервные окончания пчел, птиц, дельфинов, саламандр и других животных «вмонтированы» естественные магниты - зерна магнетита Fe 3 O 4 . Во время бурь стрелку «компаса» начинает лихорадить. Для животных это огромный риск - не найти дорогу домой. Есть версия, что «магнитик» остался и у людей, мы просто разучились им пользоваться. Но, когда магнитное поле неспокойно, «компас» по старой памяти сигналит: SOS! Существует гипотеза: мы реагируем не на саму бурю, а на этот сигнал - предупреждение о возможной опасности. Организм впадает в стресс, мобилизует все силы для борьбы. Так что метеозависимость - один из способов борьбы за выживание!

Нам проблема показалось интересной, и мы решили исследовать магнитные бури.

Тема проекта: «Влияние магнитных бурь на здоровье человека»

Цель работы: изучить магнитное поле Земли, выяснить, как Солнце влияет на здоровье человека. Объяснить причины возникновения магнитных бурь и влияния их на здоровье человека.

Методы исследования: аналитический, практические, экспериментальный, метод сравнения.

При выполнении работы мы поставили следующие задачи:

1. Сбор материала по выбранной теме.
2. Провести анализ научной и научно – популярной литературы по теме исследования.
3. Выявить, как влияет магнитная буря на здоровье человека.

Актуальность и практическая значимость темы:

1. В настоящее время в этой области физической науки проводится много практических исследований.
2. Данная тема имеет большое практическое значение, ее изучение расширяет кругозор.

Объект исследования магнитное поле, солнечный ветер.

Магнитное поле.

В 1600 г. Уильям Гильберт, врач английский королевы Елизаветы 1, предположил, что Земля является большим естественным магнитом, а стрелки компаса (подобно иголкам в опыте Перегрина) указывают направление к его полюсам. Почти через 50 лет Рене Декарт обнаружил, что постоянный магнит действует на мельчайшие железные опилки, насыпанные вокруг него, подобно Земле, ориентирующей магнитную стрелку компаса. Тем самым он показал, что в пространстве существует магнитное взаимодействие (поле).

Линии, образуемые магнитными стрелками или железными опилками в магнитном поле, стали называть силовыми линиями магнитного поля. На протяжении более четырех тысячелетий единственным практически используемым источником магнетизма был магнитный железняк. Вплоть до начала 19 в. электричество и магнетизм считались физическими взаимодействиями, не связанными друг с другом.

Электрическое и магнитное поля тесно связаны между собой. В природе существует единое электромагнитное поле, а чисто электрическое и чисто магнитное поля являются лишь его частными случаями. Простейший опыт, обнаруживающий эту связь, таков. Возьмем два постоянных магнита и будем сближать или удалять их полюсы. При этом в пространстве между полюсами магнитное поле, разумеется, будет меняться. Оказывается, это переменное магнитное поле обладает свойством создавать (индуктировать) электрическое поле. Существование последнего можно обнаружить с помощью чувствительного прибора. Линии напряженности этого электрического поля коренным образом отличаются от линий поля, создаваемого электрическими зарядами. Эти линии нигде не начинаются и нигде не кончаются ─ они замкнуты. Итак, переменное магнитное поле создает электрическое. Но электрическое поле оказывает магнитному такую же услугу. Переменное электрическое поле двух сближаемых или удаляемых электрических зарядов создает магнитное поле. Пока оба поля постоянны, они не имеют между собой ничего общего. Однако переменные электрическое и магнитное поля индуктируют друг друга и тем самым выдают свое родство.

История вопроса.

Взаимное индуктирование электрического и магнитного полей было открыто двумя великими учеными 19 века Фарадеем и Максвеллом.

В 1831 г. Фарадей сделал крупнейшее открытие, заключающееся в том, что электрическое поле может быть создано не только электрическими зарядами, а и переменным магнитным полем (явление электромагнитной индукции Фарадея). Вдвигая магнит в кольцевой проводник (еще лучше─ в катушку), присоединенный к достаточно чувствительному гальванометру, мы обнаружим появление электрического тока. Ток в цепи идет оттого, что в проводнике появилась сила, действующая на заряды, заставляющая их перемещаться по проводнику. Такой силой является возникшее вихревое электрическое поле. Силовые линии этого поля замкнуты, часть их расположена вне проводника, часть─ внутри.

Одновременно с Фарадеем связь между электрическим и магнитным полями исследовали и другие ученые. Один из них, по-видимому, для того, чтобы гальванометр не подвергался тряске, вынес его в другую комнату. Вдвигая магнит в катушку, он затем шел в соседнюю комнату смотреть, отклонилась ли стрелка гальванометра.

Опыт Эрстеда.

Впервые взаимосвязь электричества и магнетизма зафиксирована в 1735 г. в одном из научных лондонских журналов. В статье отмечалось, что в результате удара молнии в комнате были разбросаны в разные стороны и сильно намагничены ножи и вилки. Это сообщение свидетельствовало о магнитном взаимодействии электрического разряда или тока на металлические предметы.

Однако разгадка взаимосвязи электричества и магнетизма пришла лишь после того, как исследователи научились получать электрический ток.

В 1820 г. было сделано одно из важнейших открытий в истории физики, когда Ханс Эрстед, профессор Копенгагенского университета, демонстрировал на лекции студентам нагревание проводника электрическим током. Эрстед обратил внимание на то, что стрелка компаса, случайно оказавшегося на столе под проводником, располагается в отсутствие тока параллельно проводнику, а при включении тока отклоняется почти перпендикулярно проводнику. Изменение направления тока сопровождалось аналогичным отклонением, но только в противоположную сторону. Таким образом, было показано, что электрический ток воздействует на магнитную стрелку.

Опыт Эрстеда явился прямым доказательством взаимосвязи электричества и магнетизма: электрический ток оказывает магнитное действие. Покоящиеся заряды на магнитную стрелку не действуют. Следовательно, магнитное поле порождается движущимися зарядами.

В плоскости, перпендикулярной проводнику с током, железные опилки и магнитные стрелки располагаются по касательным к концентрическим окружностям. Пространственная ориентация опилок и стрелок изменяется на противоположную при изменении направления тока в проводнике.

Следовательно, в пространстве, окружающем электрический ток, возникает поле, называемое магнитным.

Линии магнитной индукции. Подобно линиям напряженности электрического поля, вводятся линии магнитной индукции, дающие наглядную картину магнитного поля.

Линии магнитной индукции ─ линии, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора магнитной индукции в этой точке.

Линии магнитной индукции всегда замкнуты: они не имеют начала и конца. Это означает, что магнитное поле не имеет источников: магнитных зарядов не существует.

Магнитное поле ─ вихревое поле, т.е. поле с замкнутыми линиями магнитной индукции.

Северный полюс магнита ─ полюс, из которого выходят линии магнитной индукции.

Южный полюс магнита─ полюс, в который входят линии магнитной индукции.

Магнитное поле Земли.

Со времен глубокой древности известно, что магнитная стрелка, свободно вращающаяся вокруг вертикальной оси (в отсутствие вблизи нее магнитов и электрических токов), всегда устанавливается в данном месте земли в определенном направлении. Этот факт объясняется тем, что вокруг земли существует магнитное поле.

Магнитная стрелка устанавливается вдоль линий магнитного поля Земли.

Известно, что при приближении к северному географическому полюсу Земли линии магнитного поля Земли все больше и больше наклоняются к горизонту и около 75 0 северной широты и 99 0 западной долготы становятся вертикальными, входя в Землю. Здесь в настоящее время находится южный магнитный полюс Земли. Он удален от северного географического полюса приблизительно на 2100км.

Северный магнитный полюс Земли находится вблизи южного географического полюса, а именно на 66,5 0 южной широты и 140 0 восточной долготы. Здесь линии магнитного поля Земли выходят из земли. Таким образом, магнитные полюсы Земли не совпадают с ее географическими полюсами.

Есть достаточно убедительные аргументы в пользу того, что за последние 170млн лет 300 раз происходил обмен местами полюсов Земли. Последний раз такой обмен произошел около 30000 лет назад.

Магнитное поле Земли достаточно велико (около 5·10 -5 Тл). С удалением от Земли индукция магнитного поля ослабевает.

Исследование околоземного пространства космическими аппаратами показало, что наша планета окружена мощным радиационным поясом, состоящим из быстро движущихся заряженных элементарных частиц- протонов и электронов. Его называют также поясом частиц высоких энергий.

Внутренняя часть пояса простирается примерно на 500-5000 км от поверхности Земли. Внешняя часть радиационного пояса находится на высоте от 1 до 5 радиусов Земли и состоит в основном из электронов с энергией в десятки тысяч электрон-вольт – в 10 раз меньшей, чем энергия частиц внутреннего пояса.

Частицы, образующие радиационный пояс, вероятно, захватываются земным магнитным полем из числа частиц, непрерывно выбрасываемых Солнцем. Особенно мощные потоки частиц рождаются при взрывных явлениях на Солнце - так называемых вспышках. Поток солнечных частиц движется со скоростью 400-1000 км/с и достигает Земли примерно через 1-2 дня после того, как на солнце произошла породившая его вспышка горячих газов. Такой усиленный корпускулярный поток возмущает магнитное поле Земли. Быстро и сильно меняются характеристики магнитного поля, что называется магнитной бурей. Стрелка компаса колеблется. Возникает возмущение ионосферы, нарушающее радиосвязь, происходят полярные сияния.

Полярные сияния разной формы и окраски возникают на высотах от 80 до 1000 км. Их образование связано с тем, что в полярных областях частицы, двигаясь вдоль линий индукции магнитного поля, которые там почти перпендикулярны поверхности, проникают в атмосферу. Частицы бомбардируют молекулы воздуха, ионизуют их и возбуждают свечение, как поток электронов в вакуумной трубке М.В. Ломоносов первым высказал догадку о том, что полярные сияния имеют электрическую природу. Цветовые оттенки полярного сияния обусловлены свечением различных газов атмосферы.

Мы выяснили, что на Земле и в ее атмосфере происходят разнообразные процессы,

многие, из которых связаны с Солнцем, отстоящим от нас на 150 млн. км, т.е. Земля не изолирована от космоса.

Магнитная буря.

Магнитная буря - возмущение геомагнитного поля длительностью от нескольких часов до нескольких суток, вызванное поступлением в окрестности Земли возмущённых высокоскоростных потоков солнечного ветра и связанной с ними ударной волны.

Солнечный газ, обволакивая Землю, сжимает ее магнитное поле и, следовательно, увеличивает его интенсивность. Рост магнитного поля в начальной фазе магнитной бури происходит как следствие этого эффекта. Некоторые из солнечных частиц захватываются земным магнитным полем на расстоянии более 40 000 км от Земли. Когда движение заряженной частицы в магнитном поле ориентировано косо по отношению к магнитной силовой линии, она перемещается по спирали вокруг этой линии. По мере того, как она вторгается в область с интенсивным магнитным полем, составляющая ее скорости, параллельная вектору напряженности поля, постепенно уменьшается, а скорость вращения возрастает, при этом общая скорость остается постоянной. Когда параллельная полю составляющая скорости становится нулевой, частица как бы отражается и начинает двигаться назад вдоль силовой линии, продолжая спиралевидное вращение вокруг нее (точка, где происходит отражение, называется «точкой магнитного зеркала», по аналогии с обычным оптическим зеркалом, отражающим свет). Таким образом, захваченные магнитным полем заряженные частицы, вращаясь по спирали вокруг силовых линий, колеблются между двумя зеркальными точками, одна из которых расположена в северном, а другая – в южном полушарии.

Магнитное поле ослабевает с увеличением расстояния от Земли, из-за чего увеличивается радиус кривизны спирального движения частиц вокруг силовых линий на внешней части траектории. К тому же магнитные силовые линии выгнуты наружу, поэтому колеблющиеся вдоль них частицы испытывают центробежное ускорение, направленное от Земли, что способствует увеличению радиуса кривизны траектории частицы в ее части, более удаленной от Земли по сравнению с более близкой к Земле. А поскольку протоны и электроны вращаются вокруг магнитных силовых линий в противоположных направлениях, эти эффекты вызывают дрейф протонов в западном направлении, а электронов – в восточном.

Суммарная скорость дрейфа зависит от энергии частицы и угла, образованного вектором ее скорости с силовой линией, когда частица пересекает экватор. Эти два фактора лежат в некотором диапазоне, поэтому частицы имеют различные скорости дрейфа и, захваченные земным магнитным полем, быстро распределяются, формируя оболочку вокруг Земли. Западный дрейф протонов и восточный дрейф электронов есть не что иное, как электрический ток, «размазанный» по оболочке. Этот ток, имеющий повсюду западное направление, генерирует магнитное поле, направленное так, что оно ослабляет магнитное поле Земли. Этим можно объяснить особенности главной фазы магнитной бури.

Геомагнитные бури имеют несимметричный по времени характер развития: в среднем фаза нарастания возмущения (главная фаза бури) составляет около 7 часов, а фаза возвращения к исходному состоянию (фаза восстановления) – около 3 суток.

Интенсивность геомагнитной бури обычно описывается индексами Dst и Kp. С ростом интенсивности бури индекс Dst уменьшается. Так, умеренные бури характеризуются Dst от −50 до −100 н Тл , сильные - от −100 до −200 нТл и экстремальные - ниже −200 нТл.

Следует отметить, что во время магнитной бури возмущения магнитного поля на поверхности Земли имеют величину менее или порядка 1 % от величины стационарного геомагнитного поля , так как последнее варьируется от 0,34 у экватора до 0,66 э у полюсов Земли, то есть приблизительно равно (30-70)×10 3 нТл.

Частота появления умеренных и сильных бурь на Земле имеет четкую корреляцию с 11-летним циклом солнечной активности: при средней частоте около 30 бурь в год их число может составлять 1-2 бури в год вблизи солнечного минимума и достигать 50 бурь в год вблизи солнечного максимума. Это означает, что в годы солнечного максимума человечество до 50% времени года живет в условиях умеренных и сильных бурь, а за свою 75-летнюю жизнь среднестатистический человек проживает в условиях умеренных и сильных бурь в общей сложности 2250 бурь или около 15 лет. Распределение геомагнитных бурь по их интенсивности имеет в области высоких интенсивностей быстро спадающий характер, и поэтому экстремально сильных магнитных бурь за историю их измерения было сравнительно мало.

Мощнейшей геомагнитной бурей за всю историю наблюдений была геомагнитная буря 1859 года («событие Кэррингтона»).

За последние 25 лет XX столетия (1976-2000 годы) было зарегистрировано 798 магнитных бурь с Dst ниже −50 нТл, а за последние 55 лет (с 1 января 1957 года по 25 сентября 2011 года) наиболее сильными бурями с Dst ниже −400 нТл были события 13 сентября 1957 года (Dst = −427 нТл), 11 февраля 1958 (Dst = −426 нТл), 15 июля 1959 (-429 нТл), 13 марта 1989 (-589 нТл) и 20 ноября 2003 (-472 нТл).

K-индекс - это отклонение магнитного поля Земли от нормы в течение трехчасового интервала. Индекс был введен Дж. Бартельсом в 1938 г. и представляет собой значения от 0 до 9 для каждого трехчасового интервала (0-3, 3-6, 6-9 и т.д.) мирового времени.

Kp-индекс - это планетарный индекс. Kp вычисляется как среднее значение К-индексов, определенных на 13 геомагнитных обсерваториях, расположенных между 44 и 60 градусами северной и южной геомагнитных широт. Его диапазон также от 0 до 9.

G-индекс - пятибалльная шкала силы магнитных бурь, которая была введена Национальным управлением океанических и атмосферных исследований США (NOAA) в ноябре 1999 года. G-индекс характеризует интенсивность геомагнитного шторма по воздействию вариаций магнитного поля Земли на людей, животных, электротехнику, связь, навигацию и т.д. По этой шкале магнитные бури подразделяются на уровни от G1 (слабые бури) до G5 (экстремально сильные бури). G-индекс соответствует Kp минус 4; то есть G1 соответствует Kp=5, G2 - Kp=6, G5 - Kp=9.

Геомагнитные вариации.

Изменение магнитного поля Земли во времени под действием различных факторов называются геомагнитными вариациями. Разность между наблюдаемой величиной напряженности магнитного поля и средним ее значением за какой-либо длительный промежуток времени, например, месяц или год, называется геомагнитной вариацией. Согласно наблюдениям, геомагнитные вариации непрерывно изменяются во времени, причем такие изменения часто носят периодический характер.

Суточные вариации.

Суточные вариации геомагнитного поля возникают регулярно в основном за счет токов в ионосфере Земли, вызванных изменениями освещенности земной ионосферы Солнцем в течение суток.

Нерегулярные вариации.

Нерегулярные вариации магнитного поля возникают вследствие воздействия потока солнечной плазмы (солнечного ветра) на магнитосферу Земли, а так же изменений внутри магнитосферы и взаимодействия магнитосферы с ионосферой.

27-дневные вариации.

27-дневные вариации существуют как тенденция к повторению увеличения геомагнитной активности через каждые 27 дней, соответствующих периоду вращения Солнца относительно земного наблюдателя. Эта закономерность связана с существованием долгоживущих активных областей на Солнце, наблюдаемых в течении нескольких оборотов Солнца. Эта закономерность проявляется в виде 27-дневной повторяемости магнитной активности и магнитных бурь.

Сезонные вариации.

Сезонные вариации магнитной активности уверенно выявляются на основании среднемесячных данных о магнитной активности, полученных путем обработки наблюдений за несколько лет. Их амплитуда увеличивается с ростом общей магнитной активности. Найдено, что сезонные вариации магнитной активности имеют два максимума, соответствующие периодам равноденствий, и два минимума, соответствующие периодам солнцестояний. Причиной этих вариаций является образование активных областей на Солнце, которые группируются в зонах от 10 до 30° северной и южной гелиографических широт. Поэтому в периоды равноденствий, когда плоскости земного и солнечного экваторов совпадают, Земля наиболее подвержена действию активных областей на Солнце.

11-летние вариации.

Наиболее ярко связь между солнечной активностью и магнитной активностью проявляется при сопоставлении длинных рядов наблюдений, кратных 11 летним периодам солнечной активности. Наиболее известной мерой солнечной активности является число солнечных пятен. Найдено, что в годы максимального количества солнечных пятен магнитная активность также достигает наибольшей величины, однако возрастание магнитной активности несколько запаздывает по отношению к росту солнечной, так что в среднем это запаздывание составляет один год.

Предварительный просмотр:

Влияние магнитных бурь на здоровье человека.

Мы задумались, какое же воздействие оказывают магнитные бури на человека? Оказывается еще в 30-х гг. двадцатого столетия в Ницце (Франция) случайно было замечено, что частота инфарктов миокарда и инсультов у пожилых людей резко возрастала в дни, когда в работе местной телефонной станции наблюдались сильные нарушения вплоть до полного прекращения связи. Впоследствии было установлено, что нарушения телефонной связи происходят во время магнитных бурь. На этом основании и был сделан вывод, что инфаркты и инсульты, как и сами срывы телефонной сети, связаны с магнитными бурями.

Острые споры вызывал в свое время вопрос о влиянии солнечной активности на возникновение несчастных случаев и травматизма на транспорте и в производстве. На это впервые указал еще в 1928 г. А.Л. Чижевский, а в 50-х гг. XX в. немецкие ученые Р. Рейтер и К. Вернер, из анализа около 100 тыс. автокатастроф, установили их резкое увеличение на второй день после солнечной вспышки. Позже российский судебный медик из Томска В.П. Десятое обнаружил резкое возрастание числа самоубийств (в 4 - 5 раз по сравнению с днями спокойного Солнца) также на вторые сутки после вспышки на Солнце. А это как раз соответствует началу магнитных бурь.

Магнитные бури нередко сопровождаются головными болями, мигренями, учащенным сердцебиением, бессонницей, плохим самочувствием, пониженным жизненным тонусом, перепадами давления. Почему появляются головные боли, головокружения и боли в суставах? Мы узнали (из курса биологии), что во время магнитной бури образуются агрегаты кровеносных телец (у здоровых людей в меньшей степени), то есть кровь густеет. Из-за такого сгущения крови ухудшается кислородный обмен, и первые, кто реагирует на нехватку кислорода - это мозг и нервные окончания.

Большинство людей никак не связаны со спокойной геомагнитной обстановкой, но на магнитные бури реагируют сходно и массово от 50 до 75% населения земного шара. Момент начала стрессовой реакции может сдвигаться относительно начала бури на разные сроки для различных бурь для конкретного человека. Обращает на себя внимание, что многие люди начинают реагировать не на сами магнитные бури, а за 1-2 дня до них, тое есть в момент вспышек на самом Солнце.

Создается впечатление, что существует некий информационный сигнал оповещения о предстоящей магнитной буре, связанный с какими-то характеристиками возмущающего солнечного излучения. Еще одна особенность - 50% населения способна к адаптации, то есть к уменьшению до нуля реакции на подряд идущие друг за другом несколько магнитных бурь с интервалом 6-7 дней.

Магнитные бури, перепады атмосферного давления, смена температур оказывают неблагоприятное действие на здоровье людей. Большое число людей чувствует предстоящее изменение погоды. Накануне люди с ослабленным здоровьем испытывают боли в суставах, сердце, головную боль, плохо спят и т.д.

Сергей Черноус, ученый из Полярного геофизического института Кольского научного центра РАН, выяснил, что так или иначе на магнитные бури реагируют 60 процентов людей! И ведь его «подопытными» были закаленные полярники, авиаторы Северного флота! Чаще всего у них «хандрили» сердечный ритм и вегетативная нервная система.

В Московской медицинской академии им. Сеченова обнаружили, что магнитные бури у кардиологических больных подавляют выработку меланина - гормона, который «работает» антиоксидантом, укрепляет иммунитет и отвечает за суточные биоритмы. Недостаток меланина может привести к серьезным поломкам в организме.

Специалисты Объединенного института физики Земли им. О.Ю.Шмидта РАН предположили, что магнитные бури также обладают достаточной силой, чтобы встряхнуть земную кору. Чтобы проверить гипотезу, они сопоставили более 14 тыс. колебаний земной коры ощутимой силы, которые были зарегистрированы с 1975 года в Казахстане и Киргизии, и примерно 350 внезапных магнитных бурь, отмеченных за тот же срок мировой сетью геомагнитных наблюдений. Расчеты показали, что наибольшее число землетрясений в Казахстане и Киргизии происходило спустя несколько суток после начала магнитной бури. Как правило, число землетрясений после магнитных бурь заметно возрастало. Но были и районы, где наблюдалась противоположная закономерность. Поэтому ученые склоняются к мнению, что магнитная буря выполняет для землетрясения роль спускового крючка, или триггера. В будущих полевых и лабораторных работах геофизики надеются прояснить физическую природу этого эффекта.

Выполненное российскими учеными исследование подтвердило отрицательное влияние магнитных бурь на состояние здоровья пациентов, страдающих сердечно-сосудистыми заболеваниями. Они ухудшают состояние людей с патологией сердечно-сосудистой системы. Исследование, о котором идет речь, было выполнено специалистами Российского Университета дружбы народов и Института космических исследований при поддержке американского агентства NASA. С помощью электронной микроскопии оценивалась зависимость состояния кардиомиоцитов кроликов от нестабильности магнитного поля Земли. Оказалось, что во время магнитных бурь увеличивается вязкость крови, развивается состояние гиперкоагуляции, повышаются местная концентрация адреналина и выраженность тканевого отека. Кроме того, было установлено, что из 89 тысяч случаев инфаркта миокарда, зарегистрированных в московских больницах за трехлетний период, 13% были связаны с магнитными бурями. Ученые даже предложили оборудовать машины скорой помощи специальными приборами, реагирующими на возмущение магнитного поля Земли. Как правило, магнитные бури отмечаются 2-3 раза в месяц, несколько чаще - в странах, удаленных от экватора.

Результаты произведённых исследований в школе.

Серия мощных вспышек, произошедших на Солнце 22-24 сентября, спровоцировали на Земле мощную магнитную бурю.

В течение 4 дней с 25 сентября по 28 сентября в 11 ч, мы проводили опрос учащихся и учителей нашей школы о самочувствии их в эти дни. А именно, как спали, болит ли голова, испытываете ли вы боль в суставах, мерили давление учителям.

В школе обучается 144 человека, работает 17 учителей.

Согласно нашим данным в день магнитной бури возросло количество учащихся жалующихся на плохое самочувствие. Число учащихся у которых болела голова вечером 26 сентября и утром 27 увеличилось на 9 %, бессонницей-на 12,5%,болями в суставах –на 7,6%.

Влияние магнитной бури на учителей оказалось более заметным. Мы думаем это связано с возрастом, чем он старше тем он более метеозависим. В среднем магнитная буря повлияла на 24% учителей.

При проведении исследований в школе мы заметили, что у сторонников теории влияния магнитных бурь на человека есть и противники, которые придерживаются идеи, что гравитационные возмущения, связанные с изменением взаимного расположения Земли, Луны и планет солнечной системы, не идут ни в какое сравнение с теми возмущениями, которым люди подвергаются в обычной жизни.

Мы сделали вывод, учащиеся и учителя, не страдающие заболеваниями, не заметили происходящее. А вот те, кто получил травму ранее, имеет хронические заболевания, инвалидность, а так же преклонный возраст чувствовали себя плохо.

Магнитная буря способна ударить по самым слабым местам. Хронические заболевания способны обостриться, сердце сбивается с ритма, плохое настроение сменяется затяжной депрессией. Реакция каждого человека индивидуальна. У одного возникает слабость, другой страдает от головной боли, снижения физической активности. Человек может стать раздражительным и тревожным без видимой на то причины.
В группу риска попадают кардиобольные. Во время геомагнитных ситуаций, увеличивается количество инсультов, инфарктов, приступов стенокардии. Также в такие дни подвержены недугам люди, страдающие от избыточного веса, расстройств вегетососудистой системы. Эхо магнитных бурь может настигнуть человека не в день бури, а накануне, либо после неё.
Необходимо избегать как физических, так и эмоциональных нагрузок. Но это не значит, что всё время человек должен проводить в постели.

Нужно помнить, что весной и осенью магнитные бури случаются намного чаще, чем в другое время года.

Сейчас, когда мы заранее узнаем время наступления магнитных бурь, то можем заранее предупредить эти обострения. Чтобы уберечь организм человека от ухудшения здоровья, нужно еще до наступления неблагоприятной погоды любыми способами укреплять здоровье. Это достигается не только медикаментозными средствами.

Заключение.

Закончив проект, мы можем сказать, что не все из того что было задумано, получилось, например мы исследовали только одну магнитную бурю, а планировали 2-3.

В следующем году мы продолжим эту работу, так как 2012 год ожидается серия мощных магнитных бурей.

Проводя данную исследовательскую работу, мы узнали много нового о магнитном поле и магнитных бурях. Прочитав много теоретического материала, узнали, как магнитная буря влияет на здоровье человека. Проведя статистическую обработку результатов наших исследований, мы пришли к выводу, что магнитная буря влияет на здоровье человека, в большей степени на людей, которые имеют хронические заболевания, травмы, инвалидность, а также чем старше, тем более метеозависим. Правда, какой – либо пропорциональной зависимости мы не выявили.

Главное правило, которое мы вывели для себя и рекомендуем всем для того, чтобы не реагировать на метеоусловия, необходимо постоянно укреплять здоровье, заниматься физкультурой, правильно организовать режим работы и отдыха, питание.

Магнитные бури возникают под действием потоков солнечного ветра, интенсивность которых зависит от состояния нашего светила.

Солнце, как и Земля, обладает магнитным полем. На поверхности Солнца средняя величина магнитного поля оценивается в 1- 2 эрстед, т.е. в 2-4 раза выше земного. Напряженность магнитных полей солнечных пятен достигает более высоких значений: обычно 20-30 эрстед, а иногда и 3000 эрстед. Такая высокая напряженность магнитного поля внутри пятен приводит к снижению их излучатель ной способности. Магнетизм в группе больших пятен противоположен по знаку. Силовые линии выходят из одного такого пятна и замыкаются в другом. С противоположной стороны замыкание силовых линий происходит во внутренних областях Солнца. Сильное магнитное поле под пятнами снижает их температуру с 6000 до 4500 К. Вынос горячих масс плазмы из внутренних недр светила происходит в светлых областях солнечной поверхности. Появление максимума солнечных пятен связано с 11-летней цикличностью. Последний максимум такого цикла наблюдался в начале 1991 года. Нарастание максимума происходит 4,3 года, а спад - 6,7 года. С периодом 11 лет связана инверсия магнитного поля Солнца. В итоге полный цикл изменения его намагниченности происходит с полным периодом в 22 года. Изучая глинистые слои, исследователи установили, что и 700 миллионов лет назад проявлялся 11-летний цикл в солнечной деятельности.

С 11-летней цикличностью Солнца связан целый ряд явлений в атмосфере, гидросфере, литосфере и биосфере Земли. Эта периодичность четко увязывается с чередованием засух и наводнений на планете, отмечается в строении годичных колец деревьев, нарастании слоев целого ряда минералов (кальцитовых сталактитов, целестинов и т.д.), в напластовании песчано-глинистых осадков различных геологических эпох и т.д.

В изменениях солнечной активности обнаруживаются и короткопериодические циклы: 3-, 5- и 7-8-летние, а также длиннопериодные: 90-180-летние и др. Однако физическая природа всех этих циклов весьма слабо изучена.

В солнечную плазму «вморожено» магнитное поле, которое вытягивается из его короны в космическое пространство в виде волокон или струй. Вращение Солнца вокруг своей оси ведет к закручиванию линий в так называемую спираль Архимеда. Возникает 4 магнитных сектора. Направление магнитных полей в секторах взаимопротивоположно - в одном секторе оно направлено к Солнцу, а в другом - от Солнца. При вращении светила за один оборот (27 суток) тоновый слой 4 раза пересекает Землю, что ведет к изменению полярности внешнего магнитного поля также в 4 раза. Потоки плазмы (солнечного ветра) располагаются вдоль силовых линий Солнца. Наиболее мощные потоки частиц солнечного ветра вырываются из района полюсов светила, т.е. в тех его местах, где не замкнуты его магнитные силовые линии.

Исследователи, занимающиеся изучением солнечно-земных связей, в течение последних десятилетий на основе изучения статистических данных пришли к заключению, что при пересечении Землей неоднородных участков магнитных полей (на границе между двумя соседними секторами) происходит их воздействие на Землю. Советский геофизик А.И. Оль впервые отметил, что с этими границами должны быть связаны различные явления на нашей планете. На переход Земли из одного сектора в другой затрачивается двое суток. Магнитосфера Земли при этом испытывает некоторую перестройку, которая ощущается в нижней атмосфере, гидросфере, биосфере и литосфере. Специалисты указывают, что именно в такие периоды наблюдаются наиболее значительные изменения метеорологических факторов: турбулентность атмосферы, увеличение числа гроз, изменение давлений в атмосфере и т.д. Так, американский исследователь Р. Марксон еще в 1969 году отметил увеличение частоты гроз при пересечении Землей границы двух секторов. В 1974 году Дж. Уилкокс с коллегами на основе обработки данных искусственных спутников Земли обнаружили уменьшение количества облаков в атмосфере в момент перехода пограничной области между секторами. Это явление в 1977 году подметили также С. Хейнес и И. Халеви. Они объясняют его тем фактом, что корпускулы солнечного ветра способны в указанные моменты времени проникнуть через ионосферу и воздействовать на кучевые облака, располагающиеся в стратосфере. Воздушные шары-зонды, запускаемые в эти слои в момент солнечных вспышек, обнаружили увеличение электропроводности в 10 раз.

В период спокойного Солнца токовый слой распределяется в виде плоского диска. В период высокой активности Солнца токовый слой переходит из плоского в гофрированный. Земля в процессе своего движения по орбите находится то под токовым слоем, то над ним. Заметим, что ток по поверхности раздела течет в направлении, перпендикулярном магнитным силовым линиям.

Напряженность магнитного поля с удалением от Солнца падает. Величина его на орбитах планет достигает следующих значений (в гаммах): 25 - у Меркурия, 12 - у Венеры, 6 - у Земли, 3 - у Марса и 1,5 - у Юпитера.

В процессе возрастания и спада солнечной активности наблюдаются солнечные вспышки, обусловленные аномальными магнитными полями. Образуются они в местах максимального перепада магнитных полей. Академик А.Б. Северный (1913-1987) и его коллеги из Крымской астрофизической обсерватории показали, что в этих областях под действием магнитных полей возникают электрические токи в сотни миллиардов ампер. При вспышках выделяется энергия величиной примерно до 1025 джоулей в виде электромагнитного излучения и заряженных частиц высоких энергий. Величина вспышки эквивалентна ядерному взрыву в один миллиард мегатонн. Возникающее электромагнитное излучение достигает орбиты Земли за 8 минут 20 секунд, а частицы высокоэнергетической плазмы - за 1-2 суток. То и другое излучения прежде всего воздействуют на магнитосферу Земли и вызывают различные геофизические явления: магнитные бури, изменения геоэлектрических полей, перепады давления в атмосфере, оживление зон разломов литосферы, поступление через них повышенных количеств радиоактивного газа радона. Указанные явления приводят к оживлению землетрясений и вулканизма.

Магнитные бури возникают как при воздействии излучения вспышки на магнитосферу и ионосферу Земли, так и при пересечении планетой границ магнитных секторов. При возмущении ионосферы нарушается коротковолновая радиосвязь. Интенсивные потоки солнечной плазмы могут вызывать радиационную опасность для космонавтов, выходящих в открытый космос. Магнитные бури оказывают воздействие и на состояние здоровья человека на Земле. Возрастает число несчастных случаев на производстве, в быту и на транспорте из-за того, что снижается внимание водителей и пешеходов. В день появления сильных магнитных бурь увеличивается число заболеваний сердечно-сосудистой системы и смертельных случаев в 3-5 раз.

Влияние магнитных бурь на атмосферное давление

Солнечная активность оказывает влияние на водоносность рек путем изменения количества осадков, которое, в свою очередь, определяется характером атмосферной циркуляции. Последнее звено связи мы выяснили. Так как же обстоит дело с зависимостью между конечными звеньями этой цепи, то есть между солнечной активностью и водоносностью рек? Ясно, что для разных регионов эта зависимость будет различной. В одних увеличение солнечной активности приведет к уменьшению водостока рек. Это справедливо для Средней Азии. В этом случае говорят, что эти величины изменяются в противофазе (сдвиг фаз на 180°), то есть максимум солнечной активности совпадает с минимумом водоносности рек. Такая же зависимость (в противофазе) между солнечной активностью и водостоком рек имеет место и для Зауралья, и Восточной Сибири (река Лена). Более сложная зависимость имеет место на юге Восточной Сибири (р. Ангара, верхний Енисей, о. Байкал), а также в Западной Сибири. Здесь в разные эпохи развития атмосферной циркуляции зависимость разная. Так, в те эпохи, когда преобладает движение теплых воздушных масс с запада (то есть 1928 г.), водоносность рек в Западной Сибири и на Дальнем Востоке изменялась синфазно с изменением солнечной активности, то есть максимуму одной величины соответствовал максимум другой, а в бассейнах озера Байкал и р. Енисей сдвиг по фазе составил 90°.

Объемные исследования связи атмосферной циркуляции с солнечной активностью были выполнены под руководством Э. Р. Мустеля. Использовались данные многих метеорологических станций. Главным параметром, определяющим характер атмосферной циркуляции, является давление. Именно перепады в давлении заставляют воздух двигаться туда, где давление меньше. Для исследований были выбраны конкретные периоды, когда Землю с ее магнитосферой окутал поток солнечных заряженных частиц. Магнитосфера Земли под давлением потока заряженных частиц возмущается, происходит магнитосферная буря. Одним из признаков бури в магнитосфере является магнитная буря, то есть возмущение магнитного поля Земли. Именно по степени возмущенности магнитного поля и отбирались периоды, за которые анализировалось изменение атмосферного давления. Поскольку во время магнитосферных бурь часть энергии заряженных частиц передается в атмосферу, то можно ожидать, что вызванные вносом этой энергии процессы изменят распределение атмосферного давления. Были отобраны 834 периода нахождения Земли в потоках солнечных заряженных частиц (которые имели место с 1890 по 1967 г.). Анализ проводился дифференцировано, то есть раздельно для разных сезонов и разных метеостанций.

Было показано, что спустя некоторое время после начала магнитной бури атмосферное давление действительно меняется: в одних регионах оно увеличивается, а в других - уменьшается. Правда, величина (амплитуда) колебания давления, которое можно уверенно связать с магнитной бурей, намного меньше того размаха изменения давления, которое сопровождается ураганами и штормами. Были выделены шесть районов, в каждом из которых наблюдались однотипные изменения атмосферного давления. Это - Восточная часть России, Западная Сибирь, Европа, окрестности Карского моря, Северная Атлантика.

Анализ показал, что на Востоке России, в Северной Атлантике и на Канадском архипелаге после начала магнитной бури атмосферное давление уменьшается. В это же время в Европе, Западной Сибири и в окрестности Карского моря атмосферное давление увеличивается. Наиболее эффективно и быстро энергия солнечных заряженных частиц вносится в атмосферу в высоких широтах, в овале полярных сияний, на широтах вблизи 70°. Поэтому уже через двое суток в высокоширотных районах меняется атмосферное давление. Чем дальше в сторону экватора от овала полярных сияний, тем больше надо времени, чтобы энергия солнечных потоков заряженных частиц попала в атмосферу и вызвала там изменение атмосферного давления. Так, в Восточной части России атмосферное давление изменяется только спустя четверо суток. При этом с увеличением широты уменьшается амплитуда изменения атмосферного давления.

Солнечная активность и ледники

Поэтому в начале 20 века повторяемость зональной циркуляции была высокая. В 30-е годы уровень солнечной активности в вековом цикле вырос. Резко упала в это время и повторяемость зональной циркуляции, поэтому стал меняться климат: началось потепление Арктики. Это произошло потому, что ветры стали преимущественно меридиональными, значит усилился обмен теплом между горячей экваториальной зоной и холодной приполярной областью. Свидетельств потепления Арктики после 1930 г. много. Так, побережье северных морей в начале нашего столетия было сплошь покрыто льдами. С начала нашего столетия началось потепление Арктики, связанное с усилением солнечной активности в вековом цикле. К 1930 г. льды стали отступать. Показателем изменения ситуации может служить тот факт, что в это время можно было обогнуть Новую Землю со стороны полюса на обычном судне, даже не подготовленном для плавания во льдах. В 1945 г. потепление Арктики достигло своего максимума. После этого средневековая температура воздуха начала падать. Началось очередное похолодание. Льды Арктики снова сползают все ниже и ниже. Из-за похолодания урожайность трав в Исландии уменьшилась на четверть и продолжает падать. Продолжительность вегетационного периода в результате похолодания существенно уменьшилась. Так, в Англии по сравнению с 1950 г. она упала на 2 недели и продолжает падать. По данным наблюдений со специальных метеоспутников было установлено, что в северном полушарии территория, покрытая снегом и льдом, увеличилась в 1971 г. на 12%. Мало того, она продолжает увеличиваться. Круглый год в настоящее время покрыты снегом Баффинова Земля (в Канадской Арктике), которая раньше полностью освобождалась от снега в летнее время. Таким образом, происходит расширение холодной полярной шапки.

Теория Чижевского

А.Л. Чижевский - мыслитель, поэт и художник - является основателем фундаментального направления в естествознании - гелио- и космобиологии. Ученый развивает идеи пульсации Вселенной, Солнца и их влияния на процессы жизни на Земле. «В этом бесконечном числе разной величины подъемов и падений, - пишет Чижевский, - сказывается биение общемирового пульса, великая динамика природы, различные части которой созвучно резонируют одна с другой». Пульсация Вселенной оказывает значительное воздействие на жизнь на Земле, на людей - их сознание, ритм жизни. Всем своим существом человек находится под влиянием мощных космических и геофизических факторов.

В работе «Физические факторы исторического процесса» Чижевский предлагает сопоставить исторические и Солнечные ритмы и объединить их в одной дисциплине - историометрии. В рамках последней он формулирует свой «основной морфологический закон»: «Течение всемирно-исторического процесса составляется из непрерывного ряда циклов, занимающих промежуток времени, равный, в среднем арифметическом, 11 годам и синхроничных в степени своей активности периодической пятнообразовательной активности солнца». Исторические циклы он разбивает на четыре периода: период минимальной возбуди-умости, равный трем годам, вмещает до 5% исторических событий; период нарастания возбудимости, длящийся два года, включает 20% событий истории; период максимальной возбудимости длиною в три года охватывает около 60% исторических событий; период падения возбудимости, равный трем годам, содержит 15% всех исторических событий. Обращая внимание на существенную зависимость всплесков социально-психической активности от солнечных циклов, Чижевский вместе с тем считает, что человечество способно познать эту зависимость и повергнуть ее себе во благо (используя дополнительную космическую энергию на созидание, творчество), не дожидаясь проявления разрушительной силы стихии.

А.Л. Чижевский считает необходимым обратить внимание на изучение влияния колебаний среды обитания на настроение, поведение человека. Он также убежден, что увеличение электромагнитной и радиоактивной деятельности Солнца влечет за собой увеличение заболеваний и смертей на планете Земля. Жизнь во Вселенной имеет свой пульс, свои периоды и ритмы. Задача науки будущего - выявить, где зарождаются, откуда исходят эти ритмы, познать биение общемирового пульса, великой динамики природы. Исследование внеземных радиации, считает Чижевский, способно в значительной степени повлиять на развитие эпидемиологии, которой следует связать данные явления с эпидемическими заболеваниями, человеческой патологией и смертностью. Литература: Филиппов Е.М. О развитии Земли и биосферы. - М., 1990. Чижевский А.Л. Земное эхо огненных бурь. - М., 1973. Чижевский А.Л. Физические факторы исторического процесса // Химия и жизнь. - 1990. - № 1.

Земля обладает магнитным полем, наглядно проявляющимся в воздействии на магнитную стрелку. Свободно подвешенная в пространстве, она в любом месте устанавливается в направлении магнитных силовых линий, сходящихся в магнитных полюсах.

Магнитные полюса Земли не совпадают с и медленно изменяют свое местоположение. В настоящий период они располагаются на севере и в . Силовые линии, идущие от одного полюса к другому, называются магнитными . Они не совпадают с географическими по направлению, и не указывает строго направление север-юг. Угол между магнитным и называют магнитным склонением. Оно бывает восточным (положительным) и западным (отрицательным). При восточном склонении стрелка отклоняется к востоку от географического меридиана, при западном - к западу от него.

Свободно подвешенная магнитная стрелка сохраняет горизонтальное положение только на линии магнитного экватора. Он не совпадает с географическим и отступает от него к югу в Западном полушарии и к северу в Восточном. К северу от магнитного экватора северный конец магнитной стрелки опускается, причем тем больше, чем меньше расстояние до магнитного полюса. На магнитном полюсе Северного полушария стрелка становится вертикально, северным концом вниз. К югу от магнитного экватора вниз наклоняется, наоборот, южный конец стрелки. Угол, образованный магнитной стрелкой с горизонтальной плоскостью, называется магнитным наклонением. Оно может быть северным и южным. Магнитное наклонение изменяется от 0° на магнитном экваторе до 90° на магнитных полюсах. Магнитное склонение и наклонение характеризуют направления магнитных силовых линий в любом пункте в данный момент.Различают постоянное и переменное магнитные поля Земли. Постоянное обусловлено магнетизмом самой планеты. Представление о состоянии постоянного магнитного поля Земли дают магнитные карты. Они сохраняют точность только в течение нескольких лет, так как магнитное склонение и магнитное наклонение непрерывно, хоть и очень медленно, изменяются. Обычно магнитные карты составляются один раз в пять лет.

Магнитные аномалии - отклонение значений магнитного склонения и наклонения от их среднего значения для данного места. Они могут охватывать огромные площади, тогда их называют региональными, или быть небольшими, и тогда их называют локальными. Примером региональной магнитной аномалии является . Здесь обнаружено западное склонение вместо восточного. Магнитное поле этой аномалии очень медленно затухает с высотой. По данным искусственного спутника Земли влияние Магнитной аномалии на высоте уменьшается очень незначительно. Примером локальной может являться Курская магнитная аномалия, создающая напряжение магнитного поля в 5 раз больше среднего напряжения магнитного поля Земли.

Большинство аномалий объясняется залеганием , содержащих .

Магнитные бури - особенно сильные возмущения магнитного поля, проявляющиеся в быстром отклонении магнитной стрелки от нормального положения. Магнитные бури вызываются вспышками на Солнце и сопровождающим их проникновением к Земле и в ее электрически заряженных частиц. 23 февраля 1956 года на Солнце произошел взрыв. Он продолжался несколько минут, а на Земле разразилась магнитная буря, в результате которой была на 2 часа нарушена работа радиостанций, вышел из строя на некоторое время трансатлантический телефонный кабель. Результатом магнитных бурь являются .

Магнитное поле Земли простирается вверх до высоты примерно 90 тыс. км. До высоты 44 тыс. км величина магнитного поля Земли убывает. В слое от 44 тыс. км до 80 тыс. км магнитное поле неустойчиво, в нем постоянно происходят резкие колебания. Выше 80 тыс. км интенсивность магнитного поля быстро падает.Магнитное поле Земли либо отклоняет, либо захватывает заряженные частицы, летящие от Солнца или образующиеся при воздействии космических лучей на атомы или молекулы воздуха. Заряженные частицы, попавшие в магнитное поле Земли, образуют радиационные пояса. Всю область околоземного пространства, в которой находятся заряженные частицы, захваченные магнитным полем Земли, называют магнитосферой.

Распределение магнитного поля по земной поверхности постоянно меняется. Оно медленно смещается к западу. В начале XIX века магнитный меридиан нулевого склонения проходил близ Москвы, в начале XX века он переместился к , а теперь находится у западных границ . Меняется положение и магнитных полюсов.

Магнетизм имеет большое практическое значение. При помощи магнитной стрелки определяют направления по . Для этого всегда необходимо в показание компаса вводить поправку на магнитное склонение. Связь магнитных элементов с геологическими структурами служит основанием для магнитных методов разведки .

Еще несколько веков назад вспышки на Солнце связывали с «исчадием ада, дьявольским предзнаменованием», но историю изучения магнитных бурь надо начать с истории самого магнита.

Магнит

Скорее всего, использование магнита в качестве главного составляющего компаса было известно уже 1100 году в Китае: если магнит свободно подвесить на нить, ось магнита в первом приближении сориентируется в направлении север – юг. В 1260 году Магнит из Китая в Европу привез Марко Поло, а Иоанн Жира построил в 1300 году первый магнитный компас, и тем самым облегчил работу мореплавателям.

История геомагнетизма

Основы науки о геомагнетизме были заложены в период между 13 и 16 веками. К середине 15 в. В 1600 У.Гильберт , придворный врач Елизаветы I, опубликовал знаменитый трактат «О магните, магнитных телах и о большом магните – Земле. Новая физиология, доказанная множеством аргументов и опытов.», в котором описал свойства магнита и земного магнетизма. Он отметил, что Земля является огромным магнитом.

В 1701 астроном Э.Галлей опубликовал первую карту геомагнитного поля. В середине 18 в. была установлена связь между полярным сиянием и магнитными бурями.
Еще в средние века мореплаватели обратили внимание, что бывают дни, когда стрелка компаса вдруг начинает беспорядочно колебаться в продолжение нескольких часов или нескольких суток, делая компас совершенно непригодным для навигационных расчетов. Это явление моряки и окрестили магнитной бурей.

Но только в XVIII в. французский астроном Лемонт заметил, что интенсивность и частота магнитных бурь тем больше, чем больше на Солнце пятен. Это стало первым открытием связи земных явлений с солнечной активностью.

В начале XX века российский ученый Александр Чижевский (1897 — 1964) впервые высказал идею о влиянии солнечной активности на живых существ и социальные процессы. Тогда взгляды Чижевского многие сочли мистикой.

Впервые понятие «погоды в космосе» ввел замечательный советский ученый, Герой Советского Союза, академик Евгений Константинович Федоров (1910–1981).

Теория магнитных бурь была развита С.Чапменом, В.Ферраро, Х.Альфвеном, С.Зингером, А.Десслером, Е.Паркером и другими.

Регулярные наблюдения на ионосферных станциях начались с 1932 года в Англии, с 40-х годов — в США и России.