автор: Терехова Наталья Николаевна
Воспитатель ГБОУ школа № 1298 Профиль Куркино
Магнитосфера Земли. Влияние магнитных полей на биосферу.
ГБОУ школа № 1298 Профиль Куркино
Реферат
На тему
«Магнитосфера Земли. Влияние магнитных полей на биосферу.»
Выполнила: Терехова Наталья Николаевна
Москва 2022
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………3
Глава 1. Знакомство с магнитным полем Земли……………………………5
- Общие сведения о магнитосфере Земли……………………………….…..5
1.1. Открытие магнитного поля Земли………………………………………….5
1.2. Структура магнитосферы Земли……………………………………………5
- Инверсия Геомагнитного поля……………………………………….…….7
2.1. Палеомагнитные методы изучения горных пород…………………………7
2.2. Опасность инверсии геомагнитного поля Земли…………………..………8
- Применение магнитного поля в промышленности и быту……………..9
Глава 2. Влияние магнитных полей на биосферу…………………………10
- Влияние магнитного поля Земли на живые организмы………………10
- 1. Роль магнитосферы Земли в жизни планеты……………………………10
4.2. Электромагнитное загрязнение среды……………………………………12
ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………….15
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ……………………………………………………16
ВВЕДЕНИЕ
ЗЕМНО́Й МАГНЕТИ́ЗМ (геомагнетизм), магнитное поле Земли и околоземного космического пространства; раздел геофизики, изучающий магнитное поле Земли и связанные с ним явления (магнетизм горных пород, теллурические токи, полярные сияния, токи в ионосфере и магнитосфере Земли).
О существовании магнетизма люди догадывались ещё с глубокой древности, но научились извлекать пользу из данного явления только в XII веке с изобретением компаса. И хотя Эпоха великих географических открытий закончилась, потребность человека в изучении данного явления никуда не пропала.
Актуальность данной работы заключается в том, что изучение магнитосферы Земли способствует развитию технического прогресса, сопровождаемого резким увеличением мощности электромагнитных полей (ЭМП), созданных человеком, которые в отдельных случаях в сотни и тысячи раз выше уровня естественных полей. Ценность этих знаний не только даст опору для развития промышленности, но и поможет человеку избежать катастрофических экологических проблем в будущем.
Объектом исследования реферата является магнитосфера Земли.
Предметом – структура, роль, влияние на биосферу магнитного поля Земли.
Целью работы − изучить процессы, формирующие магнитное поле Земли и понять, как они влияют на биосферу.
Основные задачи:
−Изучить хронологию исследования магнитного поля Земли.
−Ознакомиться со структурой магнитосферы.
−Понять как именно магнитное поле Земли используется человеком в промышленности.
−Изучить влияние магнитных полей на биосферу.
Реферат состоит из введения, двух глав, заключения, списка использованной литературы.
В первой главе представлена характеристика магнитосферы Земли, а также её применение в науке и промышленности. Во второй – роль магнитосферы Земли в жизни планеты, её влияние на биосферу.
ГЛАВА 1. ЗНАКОМСТВО С МАГНИТНЫМ ПОЛЕМ ЗЕМЛИ.
- Общие сведения о магнитосфере Земли.
1.1. Открытие магнитного поля Земли.
В конце 15-го века во время плавания Х. Колумба было установлено, что магнитное склонение различно для разных точек поверхности Земли. Это открытие положило начало развитию науки о Земном магнетизме, т.к. считается первой достоверной научной попыткой обосновать работу компаса. В конце того же века английский исследователь Р. Норман высказал гипотезу о том, что стрелку компаса поворачивают определённым образом силы, источник которых находится под поверхностью Земли. Но самым первым фундаментальным научным исследованием магнитосферы считается работа У. Гилберта «О магните, магнитных телах и о большом магните – Земле». Ученый впервые последовательно рассмотрел магнитные и электрические явления. В этой книге описано более 600 проделанных Гильбертом опытов и изложены выводы, к которым пришел ученый. Именно в данной работе было сделано предположение, что Земля является гигантским магнитом. В начале 20 века была определена связь между магнитным полем Земли и её строением.
В результате наблюдений было установлено, что намагниченность земного шара более или менее однородна, а магнитная ось Земли близка к её оси вращения.
1.2. Структура магнитосферы Земли.
Внешнее магнитное поле Земли − магнитосфера − распространяется в космическом пространстве более чем на 20 земных диаметров и надежно ограждает нашу планету от мощного потока космических частиц.
Прежде всего она состоит из дневной (7) и ночной (6) сторон, защищающих Землю от солнечного ветра (1). Средняя скорость солнечного ветра вблизи орбиты Земли примерно в 5 раз превышает скорость магнитозвуковых волн. Поэтому перед магнитосферой с её дневной стороны постоянно существует фронт ударной волны (2). Данный слой магнитосферы и называется магнитопаузой (5). Посредством изменения параметров солнечного ветра магнитопауза изменяет положение в пространстве, образую хвостовую часть магнитосферы (4). Пограничный слой и пограничный слой на границе хвостовой части магнитосферы характеризуются высоким уровнем электромагнитной турбулентности и происходящим в них пересоединением магнитных силовых линий (8) межпланетного магнитного поля (3) с магнитным полем магнитосферы. Во внутренней части магнитосферы выделяют плазмосферу, радиационные пояса Земли и кольцевой ток.
Плазмосфера (11) является продолжением ионосферы (9) на большие высоты: начинается с высоты около 1000 км над поверхностью Земли и простирается до расстояний в 4–6 радиусов Земли. В этой области внутренней магнитосферы преобладает холодная плазма, захваченная магнитным полем Земли (10). В результате взаимодействия частиц солнечно ветра с магнитосферой Земли образуется свечение верхних слоёв атмосферы – полярные сияния (12).
Рис. 1 Строение магнитосферы Земли
СТРОЕНИЕ МАГНИТОСФЕРЫ: (1) Солнечный ветер, (2) фронт ударной волны, (3) межпланетное магнитное поле, (4) хвостовая часть магнитосферы, (5) магнитопауза (граница магнитосферы), (6) ночная сторона магнитопаузы, (7) дневная сторона магнитопаузы, (8) точка пересечения силовых линий, (9) ионосфера, (10) захваченные силовыми линиями частицы, (11) сфера плазмы, (12) овал полярных сияний.
- Инверсия Геомагнитного поля.
ИНВЕ́РСИЯ ГЕОМАГНИ́ТНОГО ПО́ЛЯ – процесс изменение направления магнитного поля Земли на противоположное (магнитные полюсы планеты меняются местами).
2.1. Палеомагнитные методы изучения горных пород.
Определяя направления намагниченности пород различного возраста на конкретном участке земной коры, можно узнать, как менялось в этом районе направление геомагнитного поля в течение определенного периода времени. Такой метод исследования называют палеомагнитным. Анализируя статистические данные об изменении геомагнитного поля в различных регионах, можно восстановить историю магнитосферы в целом.
Палеомагнитный метод основан на трёх предположениях: 1) горная порода или объект археологии приобретает намагниченность по направлению магнитного поля Земли, имевшегося в момент их образования; 2) эта намагниченность сохраняется в дальнейшем без существенных изменений; 3) геомагнитное поле, осреднённое за промежутки времени порядка 100 тыс. лет, является полем магнитного диполя, помещённого в центр Земли и ориентированного по её оси вращения.
Современные исследования показывают, что полярность остаточной намагниченности некоторых горных пород разных временных эпох, сформированных в короткие промежутки времени, оказывается обратной по отношению к современному дипольному магнитному полю Земли. Считается, что данный факт обусловлен изменениями полярности этого поля, происходившими на протяжении всей истории Земли, – инверсиями геомагнитного поля.
Инверсия геомагнитного поля – явления относительно редкие и нерегулярные. Считается, что они происходят через интервалы времени от десятков тысяч лет до десятков миллионов лет. Последняя инверсия произошла около 800 тысяч лет назад. Природа инверсия остаётся пока не выясненной.
2.2. Опасность инверсии геомагнитного поля Земли.
В начале февраля 2021 года была опубликована международная коллегиальная исследовательская работа 34-х учёных из разных стран о крайней инверсии геомагнитного поля Земли «A global environmental crisis 42,000 years ago».
Учёные проанализировали хронику магнитного поля в горных породах Новой Зеландии, Австралии, Северной Европы, северо-востока Азии и Северной Америки, следы космических излучений во льдах Антарктиды и Гренландии до и после последней геомагнитной инверсии полюсов, именующейся «экскурсом Лашампа».
Ученые установили, что в течение около полутора тысяч лет магнитное поле Земли уменьшалось, а значит, слабела защита поверхности планеты от потока ионизированных частиц — солнечного ветра и космических лучей. Они рассчитали, что при переполюсовке эта защита снизилась почти на 90 процентов, что привело к ослаблению озонового слоя. Растительный и животный мир планеты подвергался жесткому ультрафиолетовому облучению.
Природа изменилась — например, в Австралия подверглась опустыниванию, многие виды животных и растений вымерли. Предположительно это объясняет исчезновение неандертальцев, которые в отличие от людей современного типа, представителей ориньякской культуры, не приспособились к жизни в пещерах.
Серьёзные изменения облика планеты начали происходить не в момент фактического «переворота» полюсов, а ещё за несколько сотен лет до этого, 42 300-41 600 лет назад, когда напряженность магнитного поля упала примерно до шести процентов сегодняшнего значения.
Это назвали «переходным геомагнитным событием Адамса» в честь английского писателя Дугласа Адамса.
Работа примечательна тем, что во время исследования ученые впервые напрямую связали инверсию магнитных полюсов с крупномасштабными изменениями природы, причем сделали это на основе точного радиоуглеродного анализа. До этого считалось, что геомагнитные колебания практически не влияют на климат и биосферу Земли.
Нынешнее ослабление магнитного поля, по мнению авторов исследования, может свидетельствовать о приближении очередной инверсии. Для современной цивилизации с ее электронной аппаратурой и орбитальными спутниками, весьма чувствительными к космическому излучению, последствия могут быть весьма опасными.
- Применение геомагнитного поля в промышленности и быту.
За свою относительно долгую историю развития промышленности и науки человек достиг не малых успехов. Наравне с такими фундаментальными физическими силами как сила трения, сила Архимеда, человек осваивает применение в своих нуждах и геомагнитную силу Земли.
Сегодня магнитам находят применение в автомобилестроении, строительстве, медицине, нефтепереработке, военной отрасли и не только. Их используют для изготовления автогенераторов, аудио- и медицинской техники, инновационных поездов на магнитной подушке – маглевов, переработки нефтепродуктов, сотовой связи и т.д.
Глава 2. Влияние магнитных полей на биосферу.
- Влияние магнитного поля Земли на живые организмы.
Закономерно, что по мере увеличения электромагнитных полей, естественный геомагнитный фон Земли усилился техногенным воздействием. По заявлению Роскомнадзора геомагнитные и электромагнитные поля не безвредны для здоровья человека.
- 1. Роль магнитосферы Земли в жизни планеты.
Многие природные явления Земли связаны с активностью Солнца. Оно оказывает многоплановое воздействие как на живую, так и на неживую природу планеты. Основное влияние происходит через видимое излучение, ультрафиолетовое излучение, излучение в более коротких диапазонах длин волн и через корпускулярные потоки солнечного ветра. Ярким примером тому является возникновение магнитных бурь, которые формируются благодаря потокам солнечного ветра, направленного на планету. А если быть точнее, из-за вспышек на Солнце, в результате которых возрастает солнечная активность.
Магнитосфера выступает сдерживающим фактором от чрезмерного и губительного влияния солнечной активности. В симбиозе с солнечным ветром магнитосфера формирует такие природные явления как туман, дождь, снег, град, смерч, ураган. Под действием солнечного тепла образуются облака, бушуют ураганы, дует ветер, существуют волны на море.
Все эти процессы происходят за счёт воздействия на Землю не всех видов солнечного излучения, а только некоторых— это, в основном, видимое и инфракрасное излучение. Именно воздействие последнего вида излучения нагревает Землю и создаёт погоду на ней, определяет тепловой режим планеты. Приливные силы, создаваемые гравитацией Солнца вносят свой вклад в формирование приливов и отливов в морях и океанах.
Множество природных явлений связано с солнечным ветром, в том числе магнитные бури, полярные сияния и различные формы кометных хвостов, всегда направленных от Солнца.
Солнечная активность вызывает возмущения в магнитосфере Земли, которые, в свою очередь, могут воздействовать на земные организмы. Раздел биофизики, изучающий подобные влияния, называется гелиобиологией.
Основоположник гелиобиологии — советский физик А. Л. Чижевский, однако на связь между колебаниями активности Солнца и многими проявлениями жизнедеятельности у обитателей Земли указывали до него шведский учёный С. Аррениус. Колебания солнечной активности, сопровождающиеся периодическим увеличением количества пятен и хромосферными вспышками (цикл в среднем 11 лет), ведут к изменению интенсивности рентгеновского, ультрафиолетового и радиоизлучения Солнца, а также испускаемых им потоков корпускулярных частиц. Циклические колебания солнечного излучения отражаются на жизнедеятельности земных организмов.
Так, установлено влияние изменений солнечной активности на рост годичных слоев деревьев и урожайность зерновых, размножение и миграцию насекомых, рыб и других животных, на возникновение и обострение ряда заболеваний у живых организмов. А. Л. Чижевский установил связь возникновения эпидемий, обострений нервных и психических заболеваний и ряда других биологических явлений с изменениями солнечной активности. Врач С. Т. Вельховер показал изменения окрашиваемости и болезнетворности некоторых микроорганизмов при солнечных вспышках. Гематолог Н. А. Шульц установил влияние перепадов активности Солнца на число лейкоцитов в крови человека и относительный лимфоцитоз. Японский гематолог М. Таката разработал пробу на осаждение белков крови, чувствительную к изменениям активности Солнца. Врач М. Фор и другие учёные показали, что учащение внезапных смертей и обострений хронических заболеваний связано с повышением солнечной активности.
4.2. Электромагнитное загрязнение среды.
Помимо естественного природного воздействия солнца и магнитосферы на живые организмы существует ещё и техногенное − вызванное человеком.
Так, в 2010 году группа учёных во главе с Т. В. Шилковой и Д. З. Шибковой провела исследование − «Оценка биологических эффектов электромагнитного поля радиочастотного диапазона низкой интенсивности на систему крови экспериментальных животных».
На протяжении 5 суток периодами по 10 минут ежедневно опытная группа беременных самок мышей находилась под воздействием электромагнитного поля с несущей частотой соответствующей сигналу подвижной станции мобильной связи стандарта GSM с интенсивностью 1,2 мВт/см2. Все работы с лабораторными животными проводили согласно принципам гуманного отношения к животным и правилам лабораторной практики.
На основании результатов, полученных в экспериментальном исследовании, можно заключить, что в системе крови у беременных животных на воздействие ЭМП РЧ формируются ответные реакции:
−Увеличение общего количества эритроцитов в периферической крови, благодаря чему уровень гемоглобина находится в пределах физиологической нормы;
−Увеличение общего количества лейкоцитов в крови как результат сокращения длительности клеточного цикла в костном мозге;
−Смена дифференцировочного потенциала стволовых кроветворных клеток в пользу лимфоидного ростка в костном мозге в связи с инволюцией органов иммунной системы – селезенки и тимуса.
Эти изменения носят адаптационный характер и обеспечивают благоприятное течение беременности.
Опираясь на данное исследование, можно сделать вывод, что живые организмы, в частности млекопитающие успешно адаптируются к воздействию мобильной связи на протяжении 10 минут в день.
Закономерно, что в городской среде биосфера подвергается более интенсивному излучению. Но по данным ВОЗ на июнь 2007 года опасность для людей предположительно может оказывать лишь излучение со средним воздействием магнитных полей промышленной частоты в жилых помещениях от 0,3 до 0,4 µT.
Средний уровень воздействия магнитного поля в домах редко превышает 0,3 µT: по оценкам, в таких условиях живет только от 1% до 4% детей. Если считать связь между магнитными полями и детской лейкемией причинно-обусловленной, то число случаев заболевания по всему миру, которые могут быть связаны с воздействием магнитных полей, оценивается на основе показателей 2000 года в диапазоне от 100 до 2400 случаев в год, что составляет 0,2% — 4,95% от общего числа случаев заболевания в этом году. Таким образом, если магнитные поля КНЧ действительно повышают риск развития болезни в рамках глобального контекста, воздействие ЭМП КНЧ на здоровье людей носит ограниченный характер.
Однако значимость эпидемиологических данных уменьшается в связи с методологическими проблемами, такими как потенциальная систематическая ошибка оценки. Таким образом, если воздействие этих низкоуровневых полей и имеет какие-либо последствия, это происходит через какой-то биологический механизм, который пока неизвестен.
С организмами растительного типа ситуация обстоит по-другому.
Так, в 2013 году белорусский учёный Ж. Э. Мазец с коллегами установил, что семена Lupinus angustifolius L. сорта «Першацвет» под влиянием изучаемых режимов (Режим 1 − частота обработки 53,57–78,33 ГГц, время обработки 20 минут; Режим 2 − частота обработки 64,0–66,0 ГГц, время обработки 12 минут; Режим 3 − частота обработки 64,0–66,0 ГГц, время обработки 8 минут) низкоинтенсивного электромагнитного излучения, проявляет стрессовую реакцию. В зависимости от условий и характера воздействия электромагнитного излучения, оно может привести как к стимуляции их роста, так и его угнетению (Табл. 1).
Таблица 1
Влияние низкоинтенсивного электромагнитного излучения на выход
нуклеотидов из прорастающих 24 ч семян Lupinus angustifolius L.
| Вариант | Выход нуклеотидов, ед. |
| Контроль | 0,626±0,107 |
| Режим 1 | 0,672±0,061 |
| Режим 2 | 0,585±0,044 |
| Режим 3 | 0,708±0,036 |
Помимо облучения семян, в литературе встречаются данные об облучении воды с последующей обработкой этой водой семян.
В 1999 году З.Х-М. Хашаев установил, что проращивание семян пшеницы сорта «Мироновская-808» в облучённой воде увеличивало их всхожесть.
В 2011 году Калье М. И. выяснила, что при крайне высокочастотном излучении наблюдается угнетение процессов прорастания у пшеницы. Также наблюдалось изменение скорости поглощения воды семенами и набухания.
Также было показано, что электромагнитное излучение изменяет активность гидролитических ферментов. Так излучение снижало общую активность амилаз, активность протеаз изменялась разнонаправлено, но преобладает активация ферментов. Также наблюдалась активация каталазы и пероксидазы.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Магнитосфера − фундаментальная оболочка Земли, без которой невозможна жизнь ничего живого. Она бережёт нашу планету от пагубного влияния космической радиации и не даёт исчезнуть атмосфере. Как и все оболочки Земли она неоднородная и сложноструктурированная. Многие процессы, функционирования магнитосферы ещё не изучены. Поэтому она заслуживает к себе особого внимания, ведь человек должен узнать о нашей планете как можно больше, чтобы не допустить фатальных экологических катастроф в будущем.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
- Сергеев В. А. Магнитосфера Земли / В. А. Сергеев, Н. А. Цыганенко // − 1980.
- Левин А. С. Земля как магнит: Геомагнитное поле // «Популярная механика» − 2010, − №9. −С. 62−66.
- Ляцкий В. Б. Магнитосферно-ионосферное взаимодействие / В. Б. Ляцкий, Ю. П. Мальцев // − 1983.
- Акасофу С. И. Полярные и магнитосферные суббури // − 1971.
- Железняков В. В. Электромагнитные волны в космической плазме // − 1977.
- Земной магнетизм: [Электронный ресурс] // Большая российская энциклопедия. URL: https://bigenc.ru/physics/text/2382020 (Дата обращения 11.10.2022).
- Инверсия магнитного поля: [Электронный ресурс] // Большая российская энциклопедия. URL: https://bigenc.ru/physics/text/2007394 (Дата обращения 11.10.2022).
- Палеомагнитизм: [Электронный ресурс] // Большая российская энциклопедия. URL: https://bigenc.ru/physics/text/2704365 (Дата обращения 11.10.2022).
- Палеомагнитный метод: [Электронный ресурс] // Большая российская энциклопедия. URL: https://bigenc.ru/geology/text/2704377 (Дата обращения 11.10.2022).
- Магнитосфера: [Электронный ресурс] // Большая российская энциклопедия. URL: https://bigenc.ru/physics/text/2154116 (Дата обращения 11.10.2022).
- Влияние электромагнитных полей на здоровье человека и способы защиты от их вредного воздействия: [Электронный ресурс] // Управление Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека. URL: http://13.rospotrebnadzor.ru/center/services/zdorov_obraz/135871 (Дата обращения 11.10.2022).
- Магнитная катастрофа. К чему приведет смена полюсов Земли: [Электронный ресурс] // РИА Новости. URL: https://ria.ru/20211120/gaz-1759924855.html (Дата обращения 11.10.2022).
- Земная магнитосфера [Электронный ресурс] // GALSPACE. URL: http://galspace.spb.ru/index19.html (Дата обращения 11.10.2022).
- Всемирная организация здравоохранения. «Электромагнитные поля и общественное здравоохранение. Воздействие полей крайне низкой частоты.» // − 2007.
- Шибкова Д.З. Оценка биологических эффектов электромагнитного поля радиочастотного диапазона низкой интенсивности на систему крови экспериментальных животных. / В. Т. Шилкова, Н. В. Ефимова, Н. Д. Полевик // − 2011.
- Alan Cooper, Chris S. M. Turney, Jonathan Palmer, Alan Hogg, Matt McGlone, Janet Wilmshurst, Andrew M. Lorrey, Timothy J. Heaton, James M. Russell, Ken McCracken, Julien G. Anet, Eugene Rozanov, Marina Friedel, Ivo Suter, Thomas Peter, Raimund Muscheler, Florian Adolphi, Anthony Dosseto, J. Tyler Faith, Pavla Fenwick, Christopher J. Fogwill, Konrad Hughen, Mathew Lipson, Jiabo Liu, Norbert Nowaczyk, Eleanor Rainsley, Christopher Bronk Ramsey, Paolo Sebastianelli, Yassine Souilmi, Janelle Stevenson, Zoë Thomas, Raymond Tobler and Roland Zech. A global environmental crisis 42,000 years ago // Science – 2021.
- Калье М. И. Влияние КВЧ-излучения на морфофизиологические показатели и активность ферментов прорастающих семян зерновых культур // − 2011.
- Хашаев З. Х-М. Влияние облученной ЭМИ дистиллированной воды на растительные объекты / А. Ф. Кожокару, Э. М. Шекшеев // − 1999.
- Мазец Ж. Э. Влияние низкоинтенсивного электромагнитного излучения на активность амилазы в проростках Lupinus Angustifolius L. / К.Я. Кайзинович, Н.В. Пушкина, В.Н. Родионова, Е.В. Спиридович // − 2013.
- Мазец Ж. Э. Первичные реакции растений Lupinus Angustifolius L. На низкоинтенсивное электромагнитное воздействие // К.Я. Кайзинович, Н.В. Пушкина, В.Н. Родионова, Е.В. Спиридович // − 2013.
