Вплив природних та штучних магнітних полів на живі організми
Питання для самостійної підготовки
· Магнітне поле Землі
· Магнітні полюси Землі
· Вплив природних та штучних магнітних полів на живі організми
Поняття та терміни, які необхідно знати:
Магнітний полюс, магнітна вісь, магнітний екватор Землі, радіаційний пояс, магнітна буря, земний магнетизм
Питання для самоперевірки
1. Що називають магнітними полюсами і магнітною віссю Землі?
2. Де знаходяться магнітні полюси Землі? Чи співпадає їх положення з географічними полюсами?
3. Чи однакова напруженість магнітного поля на поверхні Землі? Наведіть приклади.
4. Чому виникають магнітні бурі?
5. З чим пов’язують виникнення магнітного поля Землі?
6. Як магнітне поле впливає на людину?
7. Наведіть приклади магніточутливості рослин.
8. Доведіть, що людина теж „магнітна”?
Література:
1. Жданов Л.С., Жданов Г.Л. Фізика. Підручник для середніх спеціальних навчальних закладів. – К.: Высшая школа, 1983. - § 23.9
2. Антоняк О.Т. Загальна фізика. Основи електрики і магнетизму. Навчальний посібник . – Львів: Видавн. центр ЛНУ ім. Івана Франка, 2009. – § 8.13
1. Магнітне поле Землі. Магнітні полюси Землі.
Точки Землі, у яких напруженість магнітного поля має вертикальний напрямок, називають магнітними полюсами. Таких точок на Землі дві: північний і південний магнітний полюс. Північний магнітний полюс знаходиться на одному з островів Канадського архіпелагу, а південний магнітний полюс розташований в Антарктиді. Північний магнітний полюс віддалений від північного географічного полюса на 1000 км, а південний – на 800 км від південного географічного полюса. Пряма, що проходить через магнітні полюси, називається магнітною віссю Землі. Окружність великого кола в площині, яка перпендикулярна до магнітної осі, називається магнітним екватором. Напруженість магнітного поля в точках магнітного екватора має горизонтальний напрямок.
Середня напруженість поля на поверхні Землі складає близько 0,5 е1 (50 мкТл) і сильно залежить від географічного положення. Напруженість магнітного поля на магнітному екваторі близько 0,34 е, у магнітних полюсів близько 0,66 е. У деяких районах (у так званих районах магнітних аномалій) напруженість різко зростає. У районі Курської магнітної аномалії вона досягає 2 е. Магнітне поле Землі пульсує з частотою від 0,1 до 100 Гц.
Існує ряд гіпотез, що пояснюють виникнення магнітного поля Землі. Останнім часом одержала розвиток теорія, що пов'язує виникнення магнітного поля Землі з протіканням струмів у рідкому металевому ядрі. Підраховано, що зона, у якій діє механізм «магнітне динамо» знаходиться на відстані 0,25-0,3 радіусів Землі.
Воно реагує на сонячну активність. У той же час спалах на Сонці не може зробити помітного впливу на ядро Землі. З іншого боку, якщо зв'язувати виникнення магнітного поля планет з струмовими шарами в рідкому ядрі, то можна зробити висновок, що планети Сонячної системи, що мають однаковий напрямок обертання, повинні мати однаковий напрямок магнітних полів. Але Юпітер, який обертається навколо своєї осі в ту ж сторону що і Земля, має магнітне поле спрямоване протилежне земному. Магнітне поле Землі досить велике. З віддаленням від Землі індукція магнітного поля слабшає.
Дослідження навколоземного простору космічними апаратами показало, що наша планета оточена потужним радіаційним поясом, який складається із заряджених елементарних частинок – протонів і електронів, які швидко рухаються. Його називають також поясом частинок високих енергій . Внутрішня частина поясу простягається приблизно на 500 – 5000 км від поверхні Землі. Зовнішня частина радіаційного поясу знаходиться на висоті від одного до п`яти радіусів Землі і складається переважно з електронів, що мають енергію десятки тисяч електрон-вольтів.
1Ерстед – одиниця напруженості магнітного поля в СГС системі одиниць; дорівнює напруженості магнітного поля на віддалі 2 см від нескінченно довгого прямолінійного провідника, по якому тече струм у 10 A. Від прізвища датського фізика Г.-К. Ерстеда.
Частинки, які утворюють радіаційний пояс, напевно, захоплює земне магнітне поле з тих частинок, що безперервно викидає Сонце. Такий посилений корпускулярний потік збурює магнітне поле, що називається магнітною бурею. Виникає збурення іоносфери, яке порушує радіозв’язок, відбуваються полярні сяйва. Полярні сяйва мають електричну природу. Кольорові відтінки полярного сяйва зумовлені світінням різних газів атмосфери.
Деякі сучасні вчені вважають, що систематичне «переполюсування» магнітного поля Землі залежить від внутрішнього розігріву планети та охолодження її поверхні.
Наша Земля шарувата. Під твердою корою знаходиться мантія, під нею — рідке ядро, у самісінькій глибині — тверде. Усі земні шари обертаються в одному напрямку, але з різною швидкістю, і на їхніх межах неминуче виникає тертя та електричні заряди. Магнітне поле Землі виникає завдяки обертальному руху електричних зарядів на межі рідкого ядра та мантії. Положення магнітних полюсів планети залежить від напрямку руху цих зарядів. Щоб магнітний полюс змінив знак, потрібно, щоб електричні заряди почали рухатися в іншому напрямку, хоча планета й далі обертається в тому самому напрямку. С.Циганков пояснює це явище впливом двох чинників: зовнішнього охолодження поверхні Землі та її внутрішнього розігріву.
А ще деякі вчені стверджують, що магнітне поле Землі може зникнути через півтори тисячі років. До такого висновку дійшли американські науковці. Вони стверджують, що зараз сила магнітного поля Землі, яке захищає нас від дуже небезпечних викидів Сонця, постійно знижується. Починаючи із 1845-го року і до сьогодні магнітне поле Землі стало слабшим на 10 відсотків. За підрахунками фахівців, найбільше від цього страждають ті, хто літає із США в Європу. Над Атлантикою через слабке магнітне поле підвищився рівень космічної радіації.
Вплив природних та штучних магнітних полів на живі організми
Всі ми живемо в магнітному полі Землі. Від його стану залежить багато природних явищ і процесів. Багаторічні спостереження напруженості магнітного поля показують, що в різних місцях вона змінюється по-різному. Особливо інтенсивні такі зміни в районах, де бувають землетруси. Подібна закономірність пов’язана з самою природою земного магнетизму і намагніченістю глибинних порід Землі. У змінах магнітної напруженості простежуються також добові та річні цикли. На магнетизм Землі впливає її обертання і наша зірка Сонце.
Магнітне поле впливає на живі організми. В людей, які зазнали тривалої дії магнітного поля, помічено цілий ряд порушень: головний біль, біль у ділянці серця, швидка втомлюваність, зниження апетиту, безсоння. Помічено, що магнітні сили мають одну несподівану особливість – вони гальмують умовні й безумовні рефлекси.
До магнітних полів чутливі комахи. В земному полі орієнтуються молюски, черв’яки, і навіть водорості. На початку чи наприкінці польоту жуки, бджоли та інші комахи віддають перевагу напрямку північ-південь чи захід-схід. Магніточутливими виявилися і птахи, і тварини.
Яким же чином живі істоти сприймають невидиме напруження? Магнітні сигнали сприймаються безпосередньо мозком. Магнітне поле впливає на обмін речовин нервової тканини, і реакція виникає в усіх відділах, але найінтенсивнішою вона є в гіпоталамусі і в корі головного мозку. Ці відділи мозку найчутливіші до його зміни. Отже, в перші моменти магнітне поле впливає передусім на функції центральної нервової системи, а пізніше, можливо, його дія позначиться і на роботі інших органів, клітин, які також відзначаються високим рівнем обміну речовин.
Рослинний світ теж не байдужий до дії магнітних сил. Магнітні сили підвищують урожай. Так, помідори, вирощені в штучному магнітному полі, дозрівають швидше і дають більше плодів. Ученим треба ще багато зробити, щоб добре вивчити загадки взаємодії магнітного поля і рослин.
У результаті багаторічних спостережень канадські вчені –біологи прийшли до висновку, що пшениця, посіяна в напрямі схід-захід росте краще і дає більший врожай, ніж посіяна в напрямі північ-південь. Це явище канадські вчені пояснюють чутливість рослин до магнітного поля Землі. Поле електромагнітів використовують для очищення насіння культурних сільськогосподарських рослин від насіння бур’янів. Для цього все насіння зміщують з дрібним залізним порошком, який прилягає до насіння бур’янів і не прилягає до гладенької поверхні насіння культурних рослин. Коли суміш насіння проходить повз електромагніт, то насіння бур’янів притягується до електромагніту і таким чином відокремлюється від насіння культурних рослин.
Ще відчутніше переносять живі істоти зниження магнітної напруженості. Якщо помістити деякі бактерії в слабке магнітне поле, їхня чисельність різко скорочується. Миші при тривалому перебуванні в “немагнітному середовищі ” швидше гинуть, не приносять потомства.
Напрям земного магнітного поля в історії Землі неодноразово змінювався на протилежний, його напруженість теж не була постійною. Біологічні катастрофи пов’язані з різкими коливаннями напруженості магнітного поля. Існує гіпотеза, що нинішня акселерація є наслідком значного підвищення радіофону Землі.
Людина магнітна. Там, де є електричний струм, він незмінно спричиняє магнітні сили. Будь-яка зміна магнітного поля супроводжується появою поля електричного, яке, в свою чергу, створює поле магнітних сил. Найрізноманітніші реакції, що відбуваються в організмах, супроводжуються електричними імпульсами-біострумами. Там, де є струм, з’являється й електромагнітне поле. Є воно і в бактерій, і в кожної бадилинки, і в кожної людини. Електромагнітні явища супроводжують усі процеси, що відбуваються в живому організмі. Б’ється наше серце, напружуються м’язи рук, передається інформація в мозок – усе це пов’язано з біострумами і магнітними полями. Інформація, що сприймається органами чуттів, фіксується всередині нас у формі електромагнітних імпульсів. Поряд із нервовими й хімічними способами передачі інформації в організмі існує і своєрідний “радіозв’язок”, в тому числі і між клітинами й молекулами.
Тепер магнітне поле використовується у медицині для виймання дрібненьких кусочків заліза, що потрапить в око, або осколків від розриву снаряду чи гранати, які застряли недалеко від поверхні тіла. Магнітне поле широко використовується також для лікування ряду захворювань. Вам, певно, доводиться чути про такі апарати як ВЧ, УВЧ, рентген та інші, що створюють магнітне поле.