المجال المغنطيسي الأرضي: ميزات وبنية وخصائص وتاريخ البحث

2024 مؤلف: Henry Conors | [email protected]. آخر تعديل: 2024-02-12 03:33

يتم إنشاء المجال المغنطيسي الأرضي (GP) من مصادر موجودة داخل الأرض ، وكذلك في الغلاف المغناطيسي والأيونوسفير. يحمي الكوكب والحياة عليه من الآثار الضارة للإشعاع الكوني. لاحظ وجوده كل من حمل البوصلة ورأى كيف يشير أحد طرفي السهم إلى الجنوب والآخر إلى الشمال. بفضل الغلاف المغناطيسي ، تم إجراء اكتشافات عظيمة في الفيزياء ، وحتى الآن يتم استخدام وجوده في الملاحة البحرية وتحت الماء والطيران والفضاء.

الخصائص العامة

كوكبنا مغناطيس ضخم. يقع قطبه الشمالي في الجزء "العلوي" من الأرض ، وليس بعيدًا عن القطب الجغرافي ، وقطبه الجنوبي بالقرب من القطب الجغرافي المقابل. من هذه النقاط ، خطوط القوة المغناطيسية التي تشكل الغلاف المغناطيسي المناسب تمتد لآلاف الكيلومترات في الفضاء.

الأقطاب المغناطيسية والجغرافية متباعدة إلى حد ما. إذا قمت برسم خط واضح بين القطبين المغناطيسيين ، يمكن أن ينتهي بك الأمر بمحور مغناطيسي بزاوية ميل 11.3 درجة إلى محور الدوران. هذه القيمة ليست ثابتة ، وكل ذلك لأن الأقطاب المغناطيسية تتحرك نسبة إلى سطح الكوكب ، وتغير موقعها سنويًا.

طبيعة المجال المغنطيسي الأرضي

يتم إنشاء الدرع المغناطيسي بواسطة التيارات الكهربائية (الشحنات المتحركة) التي تولد في قلب السائل الخارجي ، الموجود داخل الأرض على عمق لائق جدًا. إنه معدن سائل ويتحرك. هذه العملية تسمى الحمل الحراري. تشكل المادة المتحركة للنواة تيارات ، ونتيجة لذلك ، تشكل المجالات المغناطيسية.

الدرع المغناطيسي يحمي الأرض بشكل موثوق من الإشعاع الكوني. مصدرها الرئيسي هو الرياح الشمسية - حركة الجسيمات المتأينة المتدفقة من الهالة الشمسية. ينحرف الغلاف المغناطيسي عن هذا التدفق المستمر ، ويعيد توجيهه حول الأرض ، بحيث لا يكون للإشعاع الصلب تأثير ضار على كل أشكال الحياة على الكوكب الأزرق.

إذا لم يكن للأرض مجال مغناطيسي أرضي ، فإن الرياح الشمسية ستحرمها من الغلاف الجوي. وفقًا لإحدى الفرضيات ، هذا بالضبط ما حدث على المريخ. الرياح الشمسية بعيدة كل البعد عن التهديد الوحيد ، حيث تطلق الشمس أيضًا كميات كبيرة من المادة والطاقة على شكل مقذوفات إكليلية ، مصحوبة بتيار قوي من الجسيمات المشعة. ومع ذلك ، حتى في هذه الحالات ، فإن المجال المغناطيسي للأرض يحميها عن طريق تشتيت هذه التيارات عنهاالكواكب.

يعكس الدرع المغناطيسي أقطابه كل 250000 سنة تقريبًا. يحل القطب المغناطيسي الشمالي محل الشمال والعكس صحيح. العلماء ليس لديهم تفسير واضح لماذا يحدث هذا

تاريخ البحث

تعرف الناس بالخصائص المذهلة للمغناطيسية الأرضية في فجر الحضارة. بالفعل في العصور القديمة ، كان خام الحديد المغناطيسي ، المغنتيت ، معروفًا للبشرية. ومع ذلك ، فإن من ومتى تم الكشف عن أن المغناطيس الطبيعي موجه بالتساوي في الفضاء فيما يتعلق بالأقطاب الجغرافية للكوكب غير معروف. وفقًا لإصدار واحد ، كان الصينيون على دراية بهذه الظاهرة في عام 1100 ، لكنهم بدأوا في استخدامها عمليًا بعد قرنين فقط. في أوروبا الغربية ، بدأ استخدام البوصلة المغناطيسية في الملاحة عام 1187.

الهيكل والخصائص

يمكن تقسيم المجال المغناطيسي للأرض إلى:

• المجال المغناطيسي الرئيسي (95٪) ، وتقع مصادره في اللب الخارجي الموصل للكوكب ؛
• مجال مغناطيسي شاذ (4٪) تم إنشاؤه بواسطة الصخور في الطبقة العليا من الأرض مع حساسية مغناطيسية جيدة (واحدة من أقوى الشذوذ المغناطيسي كورسك) ؛
• المجال المغناطيسي الخارجي (ويسمى أيضًا متغير ، 1٪) المرتبط بالتفاعلات الشمسية-الأرضية.

الاختلافات المغناطيسية الأرضية العادية

التغييرات في المجال المغنطيسي الأرضي بمرور الوقت تحت تأثير المصادر الداخلية والخارجية (فيما يتعلق بسطح الكوكب) تسمى التغيرات المغناطيسية. هم انهمتتميز بانحراف مكونات HP عن متوسط القيمة في مكان الملاحظة. الاختلافات المغناطيسية لها إعادة هيكلة مستمرة في الوقت المناسب ، وغالبًا ما تكون هذه التغييرات دورية.

الاختلافات المنتظمة التي تتكرر يوميًا هي التغيرات في المجال المغناطيسي المرتبطة بالتغيرات الشمسية والقمرية اليومية في شدة MS. الاختلافات تصل إلى ذروتها خلال النهار وعند المعارضة القمرية.

اختلافات مغناطيسية أرضية غير منتظمة

تحدث هذه التغييرات نتيجة لتأثير الرياح الشمسية على الغلاف المغناطيسي للأرض ، والتغيرات داخل الغلاف المغناطيسي نفسه وتفاعله مع الغلاف الجوي العلوي المتأين.

• توجد تغيرات لمدة سبعة وعشرين يومًا كنمط لإعادة نمو الاضطراب المغناطيسي كل 27 يومًا ، بما يتوافق مع فترة دوران الجسم السماوي الرئيسي بالنسبة للمراقب الأرضي. يرجع هذا الاتجاه إلى وجود مناطق نشطة طويلة العمر على نجمنا الأم ، والتي لوحظت خلال العديد من الثورات. يتجلى في شكل تكرار للاضطرابات المغناطيسية الأرضية والعواصف المغناطيسية لمدة 27 يومًا.
• ترتبط تغيرات أحد عشر عامًا بتواتر نشاط تكوين البقعة في الشمس. وجد أنه خلال سنوات أكبر تراكم للمناطق المظلمة على القرص الشمسي ، يصل النشاط المغناطيسي أيضًا إلى ذروته ، ومع ذلك ، فإن نمو النشاط المغنطيسي الأرضي يتأخر عن نمو النشاط الشمسي في المتوسط بمقدار عام.
• الاختلافات الموسمية لها قمتان ومنخفضتان تقابلهماالاعتدالات وأوقات الانقلاب الشمسي.
• علماني ، على عكس ما سبق ، - من أصل خارجي ، يتم تشكيله نتيجة لحركة المادة وعمليات الموجة في النواة السائلة الموصلة كهربيًا للكوكب وهي المصدر الرئيسي للمعلومات حول الطاقة الكهربائية موصلية الوشاح السفلي واللب ، حول العمليات الفيزيائية التي تؤدي إلى الحمل الحراري للمادة ، وكذلك آلية توليد المجال المغنطيسي الأرضي للأرض. هذه هي أبطأ الاختلافات - مع فترات تتراوح من عدة سنوات إلى سنة.

تأثير المجال المغناطيسي على العالم الحي

على الرغم من حقيقة أن الدرع المغناطيسي لا يمكن رؤيته ، فإن سكان الكوكب يشعرون به تمامًا. على سبيل المثال ، تبني الطيور المهاجرة طريقها بالتركيز عليه. طرح العلماء عدة فرضيات بخصوص هذه الظاهرة. يقترح أحدهم أن الطيور تدركها بصريًا. توجد في عيون الطيور المهاجرة بروتينات خاصة (كريبتوكرومات) قادرة على تغيير موقعها تحت تأثير المجال المغنطيسي الأرضي. مؤلفو هذه الفرضية على يقين من أن الكريبتوكرومات يمكن أن تعمل كبوصلة. ومع ذلك ، ليس فقط الطيور ، ولكن أيضًا السلاحف البحرية تستخدم الشاشة المغناطيسية كملاح GPS.

تأثير الشاشة المغناطيسية على الشخص

تأثير المجال الجيومغناطيسي على الإنسان يختلف اختلافًا جوهريًا عن أي تأثير آخر ، سواء كان إشعاعًا أو تيارًا خطيرًا ، لأنه يؤثر على جسم الإنسان تمامًا.

يعتقد العلماء أن المجال المغنطيسي الأرضي يعمل في نطاق تردد منخفض للغاية ، ونتيجة لذلك فإنه يلبي المجال الرئيسيالإيقاعات الفسيولوجية: التنفسية والقلبية والدماغية. قد لا يشعر الشخص بأي شيء ، لكن الجسم لا يزال يتفاعل معه بتغيرات وظيفية في الجهاز العصبي والقلب والأوعية الدموية ونشاط الدماغ. يتتبع الأطباء النفسيون العلاقة بين اندفاعات شدة المجال المغنطيسي الأرضي وتفاقم الأمراض العقلية لسنوات عديدة ، مما يؤدي غالبًا إلى الانتحار.

نشاط مغنطيسي أرضي "فهرسة"

تسمى اضطرابات المجال المغناطيسي المرتبطة بالتغيرات في نظام تيار الغلاف المغناطيسي-أيونوسفير بالنشاط المغنطيسي الأرضي (GA). لتحديد مستواه ، يتم استخدام مؤشرين - A و K. يوضح الأخير قيمة GA. يتم حسابه من قياسات الدرع المغناطيسي المأخوذة كل يوم على فترات كل ثلاث ساعات ، بدءًا من 00:00 UTC (التوقيت العالمي المنسق). تتم مقارنة أعلى قيم الاضطراب المغناطيسي مع قيم المجال المغنطيسي الأرضي ليوم هادئ لمؤسسة علمية معينة ، بينما يتم أخذ القيم القصوى للانحرافات المرصودة في الاعتبار.

بناءً على البيانات التي تم الحصول عليها ، يتم حساب مؤشر K. نظرًا لحقيقة أنها قيمة شبه لوغاريتمية (أي أنها تزيد بمقدار واحد مع زيادة الاضطراب بمقدار مرتين تقريبًا) ، لا يمكن يتم حساب المتوسط من أجل الحصول على صورة تاريخية طويلة المدى لحالة الحقول المغناطيسية الأرضية للكوكب. للقيام بذلك ، يوجد فهرس A ، وهو متوسط يومي. يتم تحديده بكل بساطة - يتم تحويل كل بُعد من أبعاد المؤشر K إلىمؤشر مكافئ. يتم حساب متوسط قيم K التي تم الحصول عليها على مدار اليوم ، وبفضل ذلك يمكن الحصول على المؤشر A ، الذي لا تتجاوز قيمته في الأيام العادية عتبة 100 ، وخلال أخطر العواصف المغناطيسية يمكن أن تتجاوز 200

نظرًا لأن اضطرابات المجال المغنطيسي الأرضي في أجزاء مختلفة من الكوكب تتجلى بشكل مختلف ، فإن قيم الفهرس A من مصادر علمية مختلفة يمكن أن تختلف بشكل ملحوظ. من أجل تجنب مثل هذا الارتفاع ، يتم تقليل المؤشرات A التي حصلت عليها المراصد إلى المتوسط ويظهر المؤشر العالمي A_p. وينطبق الشيء نفسه على الفهرس K_p، وهي قيمة كسرية في النطاق من 0 إلى 9. تشير قيمته من 0 إلى 1 إلى أن المجال المغنطيسي الأرضي طبيعي ، مما يعني أنه يتم الحفاظ على الظروف المثلى للمرور في نطاقات الموجات القصيرة. بالطبع ، يخضع لتدفق مكثف إلى حد ما من الإشعاع الشمسي. يتميز المجال المغنطيسي الأرضي المكون من نقطتين بأنه اضطراب مغناطيسي معتدل ، مما يعقد بشكل طفيف مرور موجات الديسيمتر. تشير القيم من 5 إلى 7 إلى وجود عواصف مغنطيسية أرضية تسبب تداخلًا خطيرًا مع النطاق المذكور ، ومع وجود عاصفة قوية (8-9 نقاط) تجعل مرور الموجات القصيرة أمرًا مستحيلًا.

نشاط المجال المغناطيسي الأرضي في النقاط

Ar	Kr	الوصف
0	0	الهدوء
2	1
3
4
7	2	غاضب
15	3
27	4	ساخط
48	5	عاصفة مغناطيسية
80	6
132	7	عاصفة مغناطيسية كبيرة
208	8
400	9

تأثير العواصف المغناطيسية على صحة الإنسان

50-70٪ من سكان العالم يتأثرون بالعواصف المغناطيسية. في الوقت نفسه ، لوحظ بداية تفاعل الإجهاد لدى بعض الأشخاص قبل 1-2 أيام من حدوث اضطراب مغناطيسي ، عند ملاحظة التوهجات الشمسية. بالنسبة للآخرين ، في الذروة أو بعض الوقت بعد النشاط المغنطيسي الأرضي المفرط.

الأشخاص المدمنون بشكل منهجي ، وكذلك أولئك الذين يعانون من أمراض مزمنة ، يحتاجون إلى تتبع المعلومات حول المجال المغنطيسي الأرضي لمدة أسبوع ، من أجل استبعاد الإجهاد البدني والعاطفي ، وكذلك أي أفعال وأحداث يمكن أن تؤدي للتأكيد ، إذا اقتربت العواصف المغناطيسية.

متلازمة نقص المجال المغناطيسي

يحدث ضعف المجال المغنطيسي الأرضي في المباني (المجال المغنطيسي الخفيف) بسبب ميزات تصميم المباني المختلفة ، ومواد الجدران ، وكذلك الهياكل الممغنطة. عندما تكون في غرفة مع طبيب عام ضعيف ، تتأثر الدورة الدموية ، وتزود الأنسجة والأعضاء بالأكسجين والمواد المغذية. كما يؤثر ضعف الدرع المغناطيسي على الجهاز العصبي والقلب والأوعية الدموية والغدد الصماء والجهاز التنفسي والهيكل العظمي والعضلي.

الطبيب الياباني ناكاجاوا "يسمى"هذه الظاهرة تسمى "متلازمة نقص المجال المغناطيسي البشري". في أهميته ، قد ينافس هذا المفهوم نقص الفيتامينات والمعادن.

أهم الأعراض التي تدل على وجود هذه المتلازمة هي:

• تعب
• انخفاض في الأداء ؛
• أرق ؛
• صداع و الام المفاصل
• ارتفاع ضغط الدم و
• أعطال في الجهاز الهضمي ؛
• اضطرابات في الجهاز القلبي الوعائي