Магнитное поле земли защищает биосферу тем что

Магнитное поле Земли

В последние дни на научных информационных сайтах появилось большое количество новостей, посвященных магнитному полю Земли. Например, новость о том, что в последнее время оно существенно изменяется, или о том, что магнитное поле способствует утечке кислорода из земной атмосферы и даже про то, что вдоль линий магнитного поля ориентируются коровы на пастбищах. Что представляет собой магнитное поле и насколько важны все перечисленные новости?

Магнитное поле Земли

Магнитное поле Земли – это область вокруг нашей планеты, где действуют магнитные силы. Вопрос о происхождении магнитного поля до сих пор окончательно не решен. Однако большинство исследователей сходятся в том, что наличием магнитного поля Земля хотя бы отчасти обязана своему ядру. Земное ядро состоит из твердой внутренней и жидкой наружной частей. Вращение Земли создает в жидком ядре постоянные течения. Как читатель может помнить из уроков физики, движение электрических зарядов приводит к появлению вокруг них магнитного поля.

Одна из самых распространенных теорий, объясняющих природу поля, — теория динамо-эффекта — предполагает, что конвективные или турбулентные движения проводящей жидкости в ядре способствуют самовозбуждению и поддержанию поля в стационарном состоянии.

Землю можно рассматривать как магнитный диполь. Его южный полюс находится на географическом Северном полюсе, а северный, соответственно, на Южном. На самом деле, географический и магнитный полюса Земли не совпадают не только по «направлению». Ось магнитного поля наклонена по отношению к оси вращения Земли на 11,6 градуса. Из-за того что разница не очень существенная, мы можем пользоваться компасом. Его стрелка точно указывает на южный магнитный полюс Земли и почти точно на Северный географический. Если бы компас был изобретен 720 тысяч лет назад, то он бы указывал и на географический и на магнитный северный полюс. Но об этом чуть ниже.

Магнитное поле защищает жителей Земли и искусственные спутники от губительного воздействия космических частиц. К таким частицам относятся, например, ионизированные (заряженные) частицы солнечного ветра. Магнитное поле изменяет траекторию их движения, направляя частицы вдоль линий поля. Необходимость наличия магнитного поля для существования жизни сужает круг потенциально обитаемых планет (если мы исходим из предположения, что гипотетически возможные формы жизни похожи на земных обитателей).

Ученые не исключают, что часть планет земного типа не имеют металлического ядра и, соответственно, лишены магнитного поля. До сих пор считалось, что планеты, состоящие из твердых скальных пород, как и Земля, содержат три основных слоя: твердую кору, вязкую мантию и твердое или расплавленное железное ядро. В недавней работе ученые из Массачусетсткого технологического института предложили сразу два возможных механизма образования «скалистых» планет без ядра. Если теоретические выкладки исследователей подтвердятся наблюдениями, то формулу для расчета вероятности встретить во Вселенной гуманоидов или хотя бы что-то, напоминающее иллюстрации из учебника биологии, придется переписать.

Земляне тоже могут лишиться своей магнитной защиты. Правда, точно сказать, когда это произойдет, геофизики пока не могут. Дело в том, что магнитные полюса Земли непостоянны. Периодически они меняются местами. Не так давно исследователи установили, что Земля «помнит» о смене полюсов. Анализ таких «воспоминаний» показал, что за последние 160 миллионов лет магнитные север и юг менялись местами около 100 раз. Последний раз это событие произошло около 720 тысяч лет назад.

Смена полюсов сопровождается изменением конфигурации магнитного поля. Во время «переходного периода» на Землю проникает существенно больше космических частиц, опасных для живых организмов. Одна из гипотез, объясняющих исчезновение динозавров, утверждает, что гигантские рептилии вымерли именно во время очередной смены полюсов.

Кроме «следов» плановых мероприятий по смене полюсов исследователи заметили в магнитном поле Земли опасные подвижки. Анализ данных о его состоянии за несколько лет показал, что в последние месяцы в нем начали происходить опасные изменения. Настолько резких «движений» поля ученые не регистрировали уже очень давно. Вызывающая беспокойства исследователей зона находится в южной части Атлантического океана. «Толщина» магнитного поля в этом районе не превышает трети от «нормальной». Исследователи давно обратили внимание на эту «прореху» в магнитном поле Земли. Собранные за 150 лет данные показывают, что за этот период поле здесь ослабло на десять процентов.

На данный момент трудно сказать, чем это грозит человечеству. Одним из последствий ослабления напряженности поля может стать увеличение (пусть и незначительное) содержания кислорода в земной атмосфере. Связь между магнитным полем Земли и этим газом была установлена с помощью системы спутников Cluster – проекта Европейского космического агентства. Ученые выяснили, что магнитное поле ускоряет ионы кислорода и «выбрасывает» их в космическое пространство.

Несмотря на то, что магнитное поле нельзя увидеть, обитатели Земли хорошо его чувствуют. Перелетные птицы, например, отыскивают дорогу, ориентируясь именно на него. Существует несколько гипотез, объясняющих, как именно они ощущают поле. Одна из последних предполагает, что птицы воспринимают магнитное поле визуально. Особые белки – криптохромы – в глазах перелетных птиц способны менять свое положение под воздействием магнитного поля. Авторы теории считают, что криптохромы могут выполнять роль компаса.

Кроме птиц магнитное поле Земли вместо GPS используют морские черепахи. И, как показал анализ спутниковых фотографий, представленных в рамках проекта Google Earth, коровы. Изучив фотографии 8510 коров в 308 районах мира, ученые заключили, что эти животные предпочтительно ориентируют свои тела с севера на юг (или с юга на север). Причем «реперными точками» для коров служат не географические, а именно магнитные полюса Земли. Механизм восприятия коровами магнитного поля и причины именно такой реакции на него остаются неясными.

Кроме перечисленных замечательных свойств магнитное поле способствует появлению полярных сияний. Они возникают в результате резких изменений поля, происходящих в удаленных регионах поля.

Магнитное поле не обошли своим вниманием сторонники одной из «теорий заговора» – теории о лунной мистификации. Как уже упоминалось выше, магнитное поле защищает нас от космических частиц. «Собранные» частицы скапливаются в определенных частях поля – так называемых радиационных поясах Ван Алена. Скептики, не верящие в реальность высадок на Луну, считают, что во время пролета сквозь радиационные пояса астронавты получили бы смертельную дозу радиации.

Магнитное поле Земли — удивительное следствие законов физики, защитный щит, ориентир и создатель полярных сияний. Если бы не оно, жизнь на Земле, возможно, выглядела бы совсем иначе. В общем, если бы магнитного поля не было — его необходимо было бы придумать.

Автор: Ирина Якутенко
Источник: Lenta.ru

Строение и характеристики магнитного поля Земли

На небольшом удалении от поверхности Земли, порядка трёх её радиусов, магнитные силовые линии имеют диполеподобное расположение. Эта область называется плазмосферой Земли.

По мере удаления от поверхности Земли усиливается воздействие солнечного ветра: со стороны Солнца геомагнитное поле сжимается, а с противоположной, ночной стороны, оно вытягивается в длинный хвост.

Плазмосфера

Заметное влияние на магнитное поле на поверхности Земли оказывают токи в ионосфере. Эта область верхней атмосферы, простирающаяся от высот порядка 100 км и выше. Содержит большое количество ионов. Плазма удерживается магнитным полем Земли, но её состояние определяется взаимодействием магнитного поля Земли с солнечным ветром, чем и объясняется связь магнитных бурь на Земле с солнечными вспышками.

Параметры поля

Точки Земли, в которых напряжённость магнитного поля имеет вертикальное направление, называют магнитными полюсами. Таких точек на Земле две: северный магнитный полюс и южный магнитный полюс.

Прямая, проходящая через магнитные полюсы, называется магнитной осью Земли. Окружность большого круга в плоскости, которая перпендикулярна к магнитной оси, называется магнитным экватором. Напряжённость магнитного поля в точках магнитного экватора имеет приблизительно горизонтальное направление.

Средняя напряжённость поля на поверхности Земли составляет около 0,5 э (40 А/м) и сильно зависит от географического положения. Напряжённость магнитного поля на магнитном экваторе около 0,34 э (Эрстед), у магнитных полюсов около 0,66 э. В некоторых районах (в так называемых районах магнитных аномалий) напряжённость резко возрастает. В районе Курской магнитной аномалии она достигает 2 э.

Дипольный магнитный момент Земли на 1995 год составлял 7,812×10 25 Гс·см 3 (или 7,812×10 22 А·м 2 ), уменьшаясь в среднем за последние десятилетия на 0,004×10 25 Гс·см 3 или на 1/4000 в год.

Распространена аппроксимация магнитного поля Земли в виде ряда по гармоникам — ряд Гаусса.

Для магнитного поля Земли характерны возмущения, называемые геомагнитными пульсациями вследствие возбуждения гидромагнитных волн в магнитосфере Земли; частотный диапазон пульсаций простирается от миллигерц до одного килогерца.

Магнитный меридиан

Магнитными меридианами называются проекции силовых линий магнитного поля Земли на её поверхность; сложные кривые, сходящиеся в северном и южном магнитных полюсах Земли.

Гипотезы о природе магнитного поля Земли

В последнее время получила развитие гипотеза, связывающая возникновение магнитного поля Земли с протеканием токов в жидком металлическом ядре. Подсчитано, что зона, в которой действует механизм «магнитное динамо», находится на расстоянии 0,25-0,3 радиуса Земли. Аналогичный механизм генерации поля может иметь место и на других планетах, в частности, в ядрах Юпитера и Сатурна (по некоторым предположениям, состоящих из жидкого металлического водорода).

Изменения магнитного поля Земли

Исследования остаточной намагниченности, приобретённой изверженными горными породами при остывании их ниже точки Кюри, свидетельствуют о неоднократных инверсиях магнитного поля Земли, зафиксированных в полосовых магнитных аномалиях океанической коры, параллельные осям срединных океанических хребтов.

Образование полосовых магнитных аномалий при спрединге.

Смещение магнитных полюсов Земли

Смещение магнитных полюсов регистрируется с 1885 г. За последние 100 лет магнитный полюс в южном полушарии переместился почти на 900 км и вышел в Индийский океан. Новейшие данные по состоянию арктического магнитного полюса (движущегося по направлению к Восточно-Сибирской мировой магнитной аномалии через Ледовитый океан) показали, что с 1973 по 1984 г. его пробег составил 120 км, с 1984 по 1994 г. — более 150 км. Хотя эти данные расчётные, они подтверждены замерами северного магнитного полюса. По данным на начало 2007-го года, скорость дрейфа северного магнитного полюса увеличилась с 10 км/год в 70-х годах, до 60 км/год в 2004-м году.

Напряжённость земного магнитного поля падает, причём неравномерно. За последние 22 года она уменьшилась в среднем на 1,7 %, а в некоторых регионах — например, в южной части Атлантического океана, — на 10 процентов. В некоторых местах напряжённость магнитного поля, вопреки общей тенденции, даже возросла.

Ускорение движения полюсов (в среднем на 3 км/год) и движение их по коридорам инверсии магнитных полюсов (более 400 палеоинверсий позволили выявить эти коридоры), позволяет предположить, что в данном перемещении полюсов следует усматривать не экскурс, а очередную инверсию магнитного поля Земли.

Это подтверждается и текущим возрастанием угла раствора каспов (полярных щелей в магнитосфере на севере и юге), который к середине 90-ых годов достиг 45°. В расширившиеся щели устремился радиационный материал солнечного ветра, межпланетного пространства и космических лучей, вследствие чего в полярные области поступает большее количество вещества и энергии, что может привести к дополнительному разогреву полярных шапок.

В прошлом инверсии магнитных полюсов происходили многократно и жизнь сохранилась. Вопрос в том, какой ценой. Если, как утверждается в некоторых гипотезах, во время перестановки полюсов магнитосфера Земли на некоторое время исчезнет, то на Землю обрушится поток космических лучей, что представляет опасность для обитателей суши и тем большую, если исчезновение магнитосферы будет сопряжено с истощением озонового слоя. Обнадёживает тот факт, что во время инверсии магнитного поля Солнца, произошедшего в марте 2001 года, полного исчезновения солнечной магнитосферы зафиксировано не было. Полный цикл обращения магнитного поля Солнца составляет 22 года.

Геомагнитные координаты (координаты Мак-Илвайна)

В физике космических лучей широко используется специфические координаты в геомагнитном поле, названные в честь ученого Мак Илвайна (Carl McIlwain), первым предложившим их использование, так как они основаны на инвариантах движения частиц в магнитном поле. Точка в дипольном поле характеризуются двумя координатами (L, B), где L — так называемая магнитная оболочка, или параметр Мак Илвайна (англ. L-shell, L-value, McIlwain L-parameter), B — магнитная индукция поля (обычно в Гс). За параметр магнитной оболочки обычно принимается величина L, равная отношению среднего удаления реальной магнитной оболочки от центра Земли в плоскости геомагнитного экватора, к радиусу Земли.

История исследований

О способности намагниченных предметов располагаться в определённом направлении было известно ещё китайцам несколько тысячелетий назад.

В 1544 году немецкий учёный Георг Гартман открыл магнитное наклонение. Магнитным наклонением называют угол, на который стрелка под действием магнитного поля Земли отклоняется от горизонтальной плоскости вниз или вверх. В полушарии севернее магнитного экватора (который не совпадает с географическим экватором) северный конец стрелки отклоняется вниз, в южном — наоборот. На самом магнитном экваторе линии магнитного поля параллельны поверхности Земли.

Впервые предположение о наличии магнитного поля Земли, которое и вызывает такое поведение намагниченных предметов, высказал английский врач и натурфилософ Уильям Гильберт (англ. William Gilbert) в 1600 году в своей книге «О магните» («De Magnete»), в которой описал опыт с шаром из магнитной руды и маленькой железной стрелкой. Гильберт пришел к заключению, что Земля представляет собой большой магнит. Наблюдения английского астронома Генри Геллибранда (англ. Henry Gellibrand) показали, что геомагнитное поле не постоянно, а медленно изменяется.

У Хосе де Акосты (одного из Основателей Геофизики, по словам Гумбольта) в его Истории (1590) впервые появилась теория о четырёх линиях без магнитного склонения (он описал использование компаса, угол отклонения, различия между Магнитным и Северным полюсом; хотя отклонения были известны еще в XV веке, он описал колебание отклонений от одной точки до другой; он идентифицировал места с нулевым отклонением: например, на Азорских островах).

Угол, на который отклоняется магнитная стрелка от направления север — юг, называют магнитным склонением. Христофор Колумб открыл, что магнитное склонение не остается постоянным, а претерпевает изменения с изменением географических координат. Открытие Колумба послужило толчком к новому изучению магнитного поля Земли: сведения о нем были нужны мореплавателям. Русский ученый М. В. Ломоносов в 1759 г. в докладе «Рассуждение о большой точности морского пути» дал ценные советы, позволяющие увеличить точность показаний компаса. Для изучения земного магнетизма М. В. Ломоносов рекомендовал организовать сеть постоянных пунктов (обсерваторий), в которых производить систематические магнитные наблюдения; такие наблюдения необходимо широко проводить и на море. Мысль Ломоносова об организации магнитных обсерваторий была осуществлена лишь спустя 60 лет в России.

В 1831 г. английским полярным исследователем Джоном Россом в Канадском архипелаге был открыт магнитный полюс — область, где магнитная стрелка занимает вертикальное положение, то есть наклонение равно 90°. В 1841 г. Джеймс Росс (племянник Джона Росса) достиг другого магнитного полюса Земли, находящегося в Антарктиде.

Карл Гаусс (нем. Carl Friedrich Gauss) выдвинул теорию о происхождении магнитного поля Земли и в 1839 году доказал, что основная его часть выходит из Земли, а причину небольших, коротких отклонений его значений необходимо искать во внешней среде.

Смотрите также раздел [ Библиотека любителя астрономии ] — скачать астрономические книги бесплатно

Смотрите также раздел [ Статьи по астрономии ] — скачать астрономические статьи бесплатно

Смотрите также раздел [ Книги по астрономии ] — купить в сети Интернет

Смотрите также раздел [ Планетарий ] — статьи из научных журналов

«Лунариум»

Время работы: с 10:00 до 21:00,
Выходной день: вторник
«Ретро-кафе»: в дни работы Планетария с 10:00 до 20:00.

+7 (495) 221-76-90
АО «Планетарий» © 2017 г. Москва, ул.Садовая-Кудринская, д. 5, стр. 1

> Магнитное поле Земли

Залы Планетария
Схема Планетария
Экспонаты

Экспонат музея Лунариум
Магнитное поле Земли

магнитное поле земли

Магнитное поле Земли или геомагнитное поле — это гигантское магнитное силовое поле, окружающее нашу планету. По мнению учёных, магнитное поле играет важнейшую роль в том, чтобы Земля была пригодной для жизни. Оно защищает её на дальних подступах от вредоносных воздействий солнечного ветра и космического излучения. Основной источник магнитного поля находится внутри Земли – в ядре. В некотором упрощении можно сказать, что земной шар представляет собой полосовой магнит с осью, направленной приблизительно с севера на юг. Точки пересечения оси магнита с поверхностью Земли называются геомагнитными полюсами, которые на протяжении геологической истории Земли (4,5 млрд. лет) неоднократно менялись местами. Такую смену полюсов называют инверсией.

Причина смены полярности до сих пор не ясна. При инверсии геомагнитных полюсов северный конец магнитной стрелки будет указывать на юг, а южный – на север. Постоянное движение геомагнитных полюсов является причиной колебаний магнитного склонения на поверхности Земли. Поэтому стрелка магнитного компаса указывает на север или юг приблизительно.

Друзья, если вы хотите увидеть, как работает магнитное поле Земли, экспонат Лунариума – «Магнитное поле Земли» ждёт вас!

РЕЖИМ РАБОТЫ

с 10.00 до 21.00
выходной — вторник

Экспозиция верхнего уровня посвящена Земле.

Экспозиция нижнего уровня посвящена Вселенной.

ГЕОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ И ЭВОЛЮЦИЯ ЗЕМЛИ

Мы знаем о магнитном поле Земли (геомагнитном поле), что оно ориентирует стрелку компаса в направлении север-юг, благодаря ему совершены великие физические открытия, до сих пор геомагнитное поле используется для воздушной, водной, подводной и космической навигации.

Однако далеко не все знают, что геомагнитное поле оказывает очень глубокое влияние на геофизические, биофизические и экологические процессы на Земле. Оно сыграло выдающуюся роль в эволюции Земли, в происхождении и защите жизни на Земле.

Поэтому ниже будет рассказано об основных свойствах геомагнитного поля и о его влиянии на эволюцию нашей планеты.

Напряжённость геомагнитного поля невелика, на поверхности Земли она изменяется от 0.3 эрстед на магнитном экваторе до 0.6 эрстед на магнитных полюсах, которые, не совпадают с соответствующими географическими полюсами. Отклонение магнитных полюсов от географических в настоящее время достигает 2000-3000 км. Геомагнитное поле пронизывает все три оболочки Земли: литосферу, гидросферу и атмосферу, воздействует на живую и неживую природу, на все четыре царства природы: растительное, животное, минеральное и, конечно, человеческое. Магнитное поле Земли также оказывает существенное влияние на климат и погоду. Изменения его интенсивности могут привести к значительным колебаниям в температуре, в атмосферном давлении и в частоте выпадения осадков, а также к бурям, ураганам и другим стихийным бедствиям.

Геомагнитное поле намагничивает все минералы и горные породы. Магнитную память о древнем геомагнитном поле сохраняют входящие в состав всех горных пород ферримагнитные минералы. Их естественная остаточная намагниченность появляется во время их образования и сохраняется полностью или частично до нашего времени. Оно также намагничивает почвы, оказывая заметное влияние на плодородие последних. Проведённые эксперименты показали, что подмагничивание почв в более сильных, чем земное, полях может ускорить рост растений. Этот любопытный факт прямой связи подмагничивания почв с их плодородием может иметь важное прикладное значение для сельского хозяйства.

Геомагнитное поле состоит из главного геомагнитного поля, источники которого находятся во внешнем электропроводящем ядре Земли, аномального, создаваемого намагниченными горными породами, и внешнего геомагнитных полей. Вклад главного геомагнитного поля составляет более 95%. В соответствии с общей теорией геомагнетизма Гаусса главное геомагнитное поле состоит из дипольной и недипольной частей. В первом приближении теории геомагнитное поле является полем диполя, наклоненного к оси вращения Земли на угол 10-12 градусов. Аномальное поле составляет около 3% геомагнитного поля, а внешнее, связанное с солнечно-земными взаимодействиями, – менее 1%. Измерения магнитного поля Земли выполняются на магнитных обсерваториях, магнитные съемки бывают сухопутными, водными, воздушными и спутниковыми.

Силовые линии и напряжённость геомагнитного поля находятся в непрерывном изменении. Изменения (вариации) геомагнитного поля имеют периоды как в сотни и тысячи лет, так и от нескольких месяцев, до долей секунд. Кроме того, имеется тенденция смещения силовых линий геомагнитного поля на запад со скоростью 0.2 градуса в год (так называемый западный дрейф). Длиннопериодные вариации с периодом от 60 до 1800 и более лет называются «вековыми», короткопериодные (с периодом меньше одного года) очень различны как по своим периодам, так и по своей природе. Источники вековых вариаций, по современным представлениям, находятся в ядре Земли, источники короткопериодных – в верхних слоях атмосферы, в ионосфере и магнитосфере. Интенсивность короткопериодных вариаций зависит от активности солнечно-земных взаимодействий.

На Земной поверхности существуют так называемые магнитные аномалии, напряженность которых существенно превышает среднее аномальное геомагнитное поле. Магнитные аномалии во многих случаях связаны с залежами полезных ископаемых. Таким образом, непосредственные измерения геомагнитного поля прямо связаны с поиском полезных ископаемых (включая алмазы) как на суше, так и на дне мирового океана.

Согласно современным представлениям, геомагнитное поле образовалось приблизительно через 1 миллиард лет после образования самой планеты Земля, возраст которой составляет около 4,5 миллиарда лет. В результате дифференциации вещества Земли возникла различные по физическим свойствам оболочки. В результате Земля состоит из земной коры, мантии, внешнего жидкого электропроводящего металлического ядра и внутреннего твёрдого ядра. Геомагнитное поле оказало влияние на эволюцию и свойства тела Земли, биосферу и человека. В последнее время было убедительно доказано, что у различных организмов – от бактерий до позвоночных – выявляются поведенческие реакции на изменения геомагнитного поля. Это свидетельствует о том, что геомагнитное поле воспринимается этими организмами и является существенным компонентом их среды обитания. Всё это в полной мере относится и к человеку. Ведь нам известно, как люди реагируют на изменения магнитной активности, многие люди очень чувствительны к магнитным бурям. Поэтому магнитное поле Земли имеет огромное экологическое значение. Более того, оно делает возможной саму жизнь на Земле.

Последнее связано с тем, что геомагнитное поле образует магнитосферу Земли, которая является природным барьером на пути солнечного ветра и космического излучения к поверхности Земли. Радиационные зоны магнитосферы захватывают и удерживают частицы высоких энергий солнечного и космического излучений за пределами атмосферы Земли. Магнитосфера простирается на расстояние порядка десяти земных радиусов (радиус Земли составляет 6371 км) в направлении Солнца и на расстояние порядка 1000 земных радиусов в противоложном направлении. Солнечный ветер представляет собой постоянный поток плазмы, состоящей из высокоэнергетических протонов, электронов, и небольшого количества ядер гелия, ионов кислорода, кремния, серы, железа и др., которые ежедневно с огромной скоростью приближаются к нашей планете. Скорости этих частиц у орбиты Земли достигают 350 и даже 700 километров в секунду, что в тысячи раз больше скорости звуковых волн в сухом воздухе.

Итак, именно геомагнитное поле является одним из обязательных условий существования и развития жизни на Земле, потому что, как уже было сказано выше, оно, наравне с атмосферой, защищает Землю от пагубного разрушительного воздействия солнечного ветра и космических лучей. Более того, жизнь на Земле могла возникнуть только после дифференциации вещества Земли, возникновения ядра и, соответственно, геомагнитного поля. До появления геомагнитного поля поверхность Земли подвергалась непрерывному воздействию «стерилизующей» космической радиации, которая препятствовала началу биогенеза.

После возникновения жизни она миллиарды лет развивалась в присутствии различных геомагнитных явлений: магнитных вариаций и пульсаций разных периодов, магнитных бурь, полярных сияний. Ко всем этим магнитным эффектам живые организмы приспосабливались и эволюционировали таким образом, чтобы использовать их для улучшения своего существования.

Вспышки на солнце вызывают изменения интенсивности солнечного ветра, что в свою очередь является основной причиной возмущения геомагнитного поля и магнитосферы. А эти возмущения являются источником наиболее интенсивных геомагнитных сигналов на Земле – магнитных бурь и суббурь . Суббурей называется магнитная буря, имеющая локальный географический характер и меньший в сравнении с магнитной бурей «размах». Всем известно, что магнитные бури вызывают у многих людей плохое самочувствие, связанное с повышением или понижением давления, и другие побочные эффекты. Учёные установили, что в состав человеческой крови и лимфы входят ионы железа, а, как известно, железо обладает магнитным моментом и способностью намагничиваться в магнитном поле. Может быть именно поэтому человек так чувствителен к любому, даже самому незначительному изменению интенсивности геомагнитного поля.

Любопытно отметить ещё один факт. При использовании биомагнитных изображений учёным удалось показать, что частота «мозговых» волн человека охватывает диапазон геомагнитных микропульсаций и осцилляций геомагнитных бурь. Конечно, магнитное поле Земли более интенсивно, чем волны мозга, но вопрос о возможной реакции мозга на стимуляцию внешним магнитным полем остаётся открытым. Есть ещё много загадок, связанных с геомагнитным полем. Некоторые исследования показали, что навигация птиц, пчел и других представителей фауны тесно связана с направлением геомагнитного поля.

Следует обратить особое внимание на то, что прямые измерения геомагнитного поля в магнитных обсерваториях проводятся только на протяжении последних 400 лет. Полученных данных явно недостаточно для изучения вековых вариаций с периодами 600, 900, 1800 и более лет, а тем более для познания эволюции геомагнитного поля, которое существует не менее четырёх миллиардов лет. В связи с этим в середине 50-ых годов ХХ века был разработан так называемый палеомагнитный метод исследования древнего геомагнитного поля. Палеомагнитный метод основан на так называемой магнитной памяти горных пород: способности «запоминать» величину и направление древнего геомагнитного поля, в котором намагничивалась горная порода во время своего образования. Палеомагнитные данные получаются при «считывании» магнитной информации, которую несёт горная порода и датирования горной породы радиоактивными методами, позволяющее примерно определить возраст исследуемой породы (эпоху её образования). При изучении большого числа разновозрастных горных пород и обобщении полученной таким образом палеомагнитной информации была создана так называемая магнито-хронологическая шкала инверсий, указывающая нам, в какие геологические эпохи направление древнего геомагнитного поля совпадало с современным, а когда оно было ему прямо противоположно.

Палеомагнитные исследования показали, что изменяется не только интенсивность геомагнитного поля, но и знак. То есть, регулярно происходят инверсии ( переполюсовки ) магнитного поля Земли, при которых северный и южный магнитный полюса меняются местами. За последние 600 миллионов лет геологической истории инверсий насчитывается более тысячи.

Инверсии магнитных полюсов не являются отличительной особенностью нашей планеты. На Солнце смены полярности магнитного поля происходят регулярно, каждые 11 лет. Это является доказанным фактом в физике космоса. Инверсии магнитного поля Земли в среднем происходят с периодом около 1 миллион лет, а продолжительность инверсии составляет в среднем 5000 лет.

Описанные выше палеомагнитные исследования привели также к созданию так называемой концепции тектоники литосферных плит, согласно которой восстановленное по палеомагнитным данным (наблюдаемое) движение магнитных полюсов Земли трактуется как движение в противоположную сторону соответствующих блоков земной коры (континентов, литосферных плит и т.п.) при неподвижных магнитных и географических полюсах. Согласно концепции вся литосфера Земли состоит из 10-12 крупных плит, которые перемещаются относительно друг друга со скоростью от одного до десяти сантиметров в год. При масштабном раздвижении литосферных плит возникают океаны, при сжатии – горные массивы. Концепция объясняет современную структуру материков как следствие раскола древнего праматерика Пангеи и раздвижения его отдельных частей под действием силы вращения Земли. При раздвижении обломков Пангеи (современных материков) между ними образовались Атлантический, Индийский и др. океаны.

Кстати, учёные обнаружили интереснейший факт: на континентах слои с прямо и обратно намагниченными горными породами [1] чередуются вглубь по вертикали, а на океанском дне такое чередование происходит по горизонтали, по обе стороны от срединных океанских хребтов. То есть если по одну сторону от океанского хребта есть обратнонамагниченный слой горных пород, то по другую сторону океанского хребта есть такой же «слой-близнец», расположенный симметрично относительно хребта. Аналогично для прямонамагниченных слоёв. Это было установлено при исследовании аномального геомагнитного поля океана в окрестности подводных срединных океанских хребтов. Измерения показали, что по обе стороны подводного хребта наблюдаются симметричные системы положительных и отрицательных геомагнитных аномалий, источниками которых и являются прямо и обратно намагниченные слои подводных пород. Такую магнитную структуру дна мирового океана в рамках тектоники плит можно объяснить, связав образование в центрах срединных хребтов новых горных пород в результате магмоизвержений и их движение в стороны от хребтов с инверсиями геомагнитного поля. То есть, на осях подводных срединно-океанских хребтов в результате магмоизвержений происходит образование новой океанской коры, которая симметрично растекается в стороны. Эта кора намагничивается в действующем в эпоху её образования геомагнитном поле. Если после этого происходит инверсия геомагнитного поля, то следующий, образованный в результате нового магмоизвержения , слой океанской коры будет намагничен противоположно предыдущему. Отсюда такая интересная магнитная структура дна мирового океана, которая может образоваться, если наряду с инверсией геомагнитного поля происходит и расширение ( спрединг ) дна мирового океана.

Однако, следует отметить, что с точки зрения геомагнетизма концепцию тектоники литосферных плит нельзя считать окончательно научно обоснованной, так как все расчеты движения плит выполнялись при предположении, что магнитные полюса Земли неподвижны и совпадают с географическими. Однако, в настоящее время северный магнитный полюс смещен на 2000 км от географического, а южный магнитный – на 3000 км от южного географического. Кроме того, измерения показывают, что силовые линии магнитного поля непрерывно перемещаются по поверхности Земли, при этом изменяются и напряженность геомагнитного поля и положения магнитных полюсов.

Во время инверсий геомагнитного поля, продолжительность которых составляет тысячи лет, напряжённость магнитного поля близка к нулю. Как было сказано выше, в отсутствие геомагнитного поля деструктивные высокоэнергетические частицы солнечного ветра смогут достигнуть поверхности Земли и уничтожить всё живое. Конечно, в отсутствие магнитного поля частицы солнечного и космического излучений могут частично тормозиться в верхних слоях атмосферы и, при достижении поверхности Земли, частично терять свои разрушающие свойства. Но, тем не менее, магнитный барьер в верхней атмосфере отсутствует.

Инверсии геомагнитного поля, в процессе протекания которых могут произойти непредсказуемые изменения в живой и неживой природе на поверхности Земли, являются своеобразными революциями и могут оказывать огромное влияние на ход эволюции Земли. Значит ли это, что во время следующей инверсии геомагнитного поля на Земле исчезнет вся биосфера и прекратится всякая жизнь.

Здесь следует упомянуть, что за время прямых измерений геомагнитного поля (последние 400 лет) ни одной инверсии мы пока не наблюдали. Все инверсии были восстановлены по косвенным признакам: измерениям магнитного сигнала древних горных пород. При этом предполагается, что этот магнитный сигнал остаётся неизменным в течение тысяч и миллионов лет со времени формирования и намагничивания горной породы в древнем геомагнитном поле и что он несёт нам информацию о величине и направлении древнего геомагнитного поля соответствующей геологической эпохи. Эти предположения не всегда выполняются. Помимо прочего в некоторых случаях благодаря своим физико-химическим свойствам горная порода намагничивается в направлении, обратном направлению намагничивающего поля, то есть прямо противоположно приложенному полю. Это необычное, но, тем не менее, реально встречающееся явление получило название самообращения намагниченности. В связи с существованием феномена самообращения, палеомагнитные данные, несущие информацию об обратнонамагниченных горных породах и трактующиеся как инверсии геомагнитного поля, требует более тщательной проверки.

Геомагнитное поле «пронизывает» все сферы жизни человека. Стоит ли говорить, что вся современная морская и воздушная навигация осуществляется при использовании компаса, который, как известно, всегда ориентируется по направлению юг-север. Конечно, помимо компаса при навигации используются и геодезические измерения. А вот подводные лодки при движении ориентируются только на направление геомагнитного поля. Измерения геомагнитного поля также широко используются в сейсмологии в качестве предвестников землетрясений.

Список рекомендуемой литературы:

В.И. Трухин и др. Магнетизм почв. Ярославль, 1995.

В.И. Трухин, К.В. Показеев, В.Е. Куницын. Общая и экологическая геофизика, Москва, Физматлит , 2005.

Дж. Джекобс . Земное ядро , Москва, Мир, 1979.

Jacobs. Reversals of the Earth’s magnetic field. Cambridge, Cambridge University Press, 1994.

декан физического факультета МГУ профессор В.И.Трухин

Магнитное поле Земли и организм человека Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

Аннотация научной статьи по нанотехнологиям, автор научной работы — Агаджанян Н. А., Макарова И. И.

Магнитное поле Земли оказывает воздействие на организм человека. Идеи великих русских ученых А. Л. Чижевского и В. И. Вернадского о влиянии геомагнитного поля на биологические процессы подтверждаются новейшими исследованиями. В статье рассмотрены гипотезы механизмов магнитобиологических эффектов . Принципиально доказано возникновение реакций физиологических систем и целостного организма на магнитное поле.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

EARTH MAGNETIC FIELD AND HUMAN ORGANISM

The Earth magnetic field exerts influence on the human organism. The ideas of the great Russian scientists А. L. Chizhevsky and V. I. Vernadsky about the influence of the geomagnetic field on biological processes are confirmed by the newest research. In the article, the hypotheses of magnitobiological effects’ mechanisms are considered. It has been fundamentally proved that physiological systems and the whole organism react to the magnetic field.

Текст научной работы на тему «Магнитное поле Земли и организм человека»

МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ЗЕМЛИ И ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА

Российский университет дружбы народов, г. Москва,

Тосударственная медицинская академия, г. Тверь

Гелиофизические параметры планеты Земля определяют физиологические свойства живых организмов. В последние годы накоплено много фактов, свидетельствующих о влиянии флуктуаций магнитных полей на биологические и физиологические процессы в живых организмах. Геомагнитные возмущения максимально выражены в регионах высоких широт, что определяет особую актуальность проводимых исследований для северян [16].

Открытие таких направлений науки, как гелиобиология и космическая биология, с полным основанием связывают с именами А. Л. Чижевского [34] и В. И. Вернадского [7].

Известно, что канал негативного влияния солнечной активности на здоровье человека связан с нерегулярными явлениями на Солнце — нестационарными и вспышечными процессами, приводящими к возмущениям электромагнитного поля (ЭМП) магнитосферы, верхних и приземных слоев атмосферы [34]. При этом особое внимание при изучении влияния естественных ЭМП на живую природу уделяется геомагнитному полю (ГМП) как одному из важнейших экологических факторов окружающей среды.

По классификации Б. М. Яновского [36], ГМП является суммой нескольких полей: Н0 — поля, создаваемого однородной намагниченностью земного шара; Н — поля, создаваемого неоднородностью глубоких слоев земного шара, материкового поля; Н — поля, обусловленного различной намагниченностью верхних частей коры, аномального поля; Н — поля, источник которого находится вне Земли, внешнего поля и поля вариаций ёН, причины генерации которого также связываются с источниками, расположенными вне Земли, т. е. Нт = Н„ + Н + Н + Н + 5Н.

Исследователи установили, что происхождение ГМП в основном связано с внутренними причинами, обусловленными процессами, происходящими в глубинных слоях (ядро, оболочка, кора) Земли и сложными индукционными токами в них. Происхождение значительно меньшей части ГМП связано с внешними причинами, среди которых главную роль играют токи в ионосфере и магнитосфере. Современные теоретические работы дают основание полагать, что главной причиной появления ГМП являются вихревые электрические токи в жидком ядре Земли.

В результате хромосферной вспышки на Солнце ее волновые компоненты — ультрафиолетовое, мягкое рентгеновское и жесткое корпускулярное излучения — обнаруживаются на Земле через 8 минут, т. е. практически одновременно со вспышкой, вызывая ионизацию нижнего слоя ионосферы. А медленное корпускулярное излучение, представляющее собой потоки частиц водорода с небольшой примесью гелия, которые вследствие ионизации атомов находятся в плазменном состоянии, достигает Земли за 2—3 дня. Оно приводит к геомагнитным возмуще-

В статье рассмотрены гипотезы механизмов магнитобиологических эффектов. Принципиально доказано возникновение реакций физиологических систем и целостного организма на магнитное поле.

Ключевые слова: магнитное поле Земли, механизм магнитобиологических эффектов, живые организмы.

ниям, т. е. изменениям параметров спокойного магнитного поля.

Магнитная буря сопровождается быстрым (от одного до нескольких часов) изменением магнитного поля с амплитудами в средних широтах от 100 до 500 на-нотесл (нТл) и более. При этом нормальные суточные вариации магнитного поля Земли не превышают 50— 70 нТл. По интенсивности магнитные бури могут быть большими, умеренными и слабыми. Наиболее сильные магнитные бури приходятся на период роста и спада солнечной активности, а их частота (количество) тем больше, чем выше солнечная активность в данном году. При этом частота магнитных бурь зависит также от времени года и имеет тенденцию к увеличению в периоды равноденствий.

Для здоровья человека геомагнитные возмущения (магнитные бури) являются одним из немногочисленных природных абиотических факторов риска окружающей среды. Они воздействуют на организм и его регуляторные механизмы на всех уровнях: молекулярном, внутриклеточном, межклеточном и т. д. Интенсивность ответных реакций на природный стресс-фактор, проявляющийся геомагнитным возмущением, зависит от индивидуальных адаптационных способностей организма, которые сформировались в ходе эволюции.

Однако воздействие слабых магнитных полей на биообъекты долгое время вызывало сомнение. Причины этих сомнений заключались в отсутствии в организме специфических структур для восприятия электромагнитных колебаний и низкой энергии квантов естественных ЭМП и излучений, которые, по мнению физиков, недостаточны для выявления специфических эффектов в тканях. По ряду данных, амплитуды естественных ЭМП соответствуют электромагнитным шумам в самих клетках живых организмов. Тем не менее известно, что биообъекты являются сложными открытыми нелинейными системами, и в реакции таких систем определяющим может быть их состояние, а не только воздействующий фактор [37]. Сложная открытая нелинейная биологическая система реагирует на внешние воздействия низкой интенсивности при неустойчивом внутреннем состоянии [4, 14].

В настоящее время влияние слабых ЭМП на живые организмы является доказанным [1, 2, 5, 18, 22, 25, 26, 31]. Высказано много гипотез, интерпретирующих механизмы магнитобиологических эффектов. Так, широкое распространение получила гипотеза Дж. Пиккарди [23] об определяющей роли солнечной активности, ГМП и его колебаний в изменении скорости выпадения нерастворимого осадка оксихлорида висмута из коллоидной фазы, что подтверждено наблюдениями на всех широтах Земли. Эти исследования позволили Дж. Пиккарди высказать предположение о том, что в биологических коллоидах, также находящихся в водной среде в состоянии устойчивого неравновесия, могут происходить аналогичные процессы. Они были обнаружены в биохимических реакциях, аналогичных идущим в живых клетках.

Внимание исследователей привлекают биохимические реакции, протекающие с образованием тиоловых соединений, с которыми связаны многие биологические процессы: клеточное деление, проницаемость клеточных мембран, активность ферментов, функций рецепторов, структура белка и липопротеиновых комплексов, синтез белков, свертываемость крови, старение организма и др. Участие тиолов в механизме сопряженного окисления в цитохромной системе с фос-форилированием аденозинтрифосфата может иметь непосредственное отношение к биохимическому механизму нарушения функций ЦНС. Ускорение окисления тиоловых и других антиоксидантов в периоды усиления солнечной активности влечет за собой уменьшение буферной емкости антиоксидантной системы и соответственно снижение адаптационного резерва. Поэтому природные и синтетические антиоксиданты могут оказаться эффективными средствами стимуляции процессов адаптации здорового и больного человека к неблагоприятным воздействиям космической среды.

Поскольку к гормонам, в молекулах которых содержатся SH-группы, относятся инсулин, антидиурети-ческий гормон (вазопрессин), окситоцин, тиреокаль-цитонин, изменение скорости окисления SH-группы, вероятно, оказывает влияние как на синтез дисуль-фидных гормонов, так и на их специфическое действие. Это обусловливает вероятность связи с геомагнитной активностью течения сахарного диабета, регуляции тонуса артериальных сосудов, сократительной функции гладкой мускулатуры матки или родовой деятельности, транспорта ионов кальция через мембраны и др.

Ряд исследователей считают, что возможной причиной связи между динамикой геомагнитных возмущений и дисфункцией живых организмов на различных структурных уровнях их организации является изменение магнитно-электрических свойств как внутри- и внеклеточной воды, так и молекул воды, входящих в состав клеточных мембран [6, 10]. Известно, что усиление геомагнитной активности оказывает непосредственное повреждающее влияние на биомембрану, нарушая трансмембранный транспорт воды и ионов [8].

Согласно гипотезе Т. S. Теп!огёе е! а1. [41], внешние ЭМП индуцируют токи в межклеточной среде, что приводит к электрохимическим изменениям в компонентах клеточных мембран. По мнению А. Н Ы-Ьой [39], магнитное поле (сила Лоренца) вызывает отклонение траектории движения ионов К+, М§2+, Са2+ через ионные каналы мембраны (в данном случае кинетика столкновения менее важна). Л. G. Ноеёе-гег [40] считает, что напряженность поля или амплитуда колебания не являются обязательно определяющими факторами, и предлагает правдоподобное объяснение, «почему биота может быть более чувствительна к естественным магнитным колебаниям, чем к более сильным искусственным полям». Биологическая эффективность данных предположений [39,

41] была подтверждена рядом групп исследователей, работавших с различными тест-системами.

Одной из обсуждаемых в настоящее время является теория, объясняющая влияние магнитного поля на объекты, исходя из представлений о воздействии таких полей на связанные ионы (прежде всего Са2+), регулирующие скорость ключевых для клетки Са2+ — кальмодулин и протеинкиназа — кальцийзависимых биохимических реакций. Эта модель получила известность как теория магнитного параметрического резонанса (в биосистемах) или «кальмодулиновая» гипотеза [17].

В монографии Г. Е. Григоряна [9] особое внимание уделено «кальцийгидратационной» теории первичных физико-химических реакций биосистем на воздействия магнитных полей. В этом механизме взаимодействия свободные ионы кальция выполняют роль посредника жидкой среды организма в биоэффектах магнитного поля. Автор обсуждает механизмы участия кальция и циклического АМФ — системы вторичных посредников, а также эндогенных опиоидов в тормозящем действии магнитного поля.

Для живого организма огромное значение имеет частота воздействия магнитного поля. Так, обмен ионов Са2+ в клетках головного мозга животных изменяется в определенных частотных интервалах магнитного поля. Большинство эффективных частот находилось в интервале 0—100 Гц, а во многих случаях частоты совпадали с собственными ритмами функционирования головного мозга, нервной системы, сердца и сосудов [9, 30]. Полученные данные [30] позволяют говорить о том, что особенностью воздействия магнитного поля на организм является его «резонансный характер». В случае совпадения частотных характеристик магнитного поля с собственными колебаниями молекул клеточных мембран происходит усиление биологического действия.

В настоящее время существует предположение, что ключевую роль в биологических эффектах электромагнитных полей играет активация ферментативных реакций, связанных с обменом фосфатидилинозитди-фосфата — одного из фосфолипидов клеточной мембраны, что приводит к увеличению скорости образования вторичных посредников и влияет на уровень содержание свободного внутриклеточного кальция.

Огромно влияние изменения магнитного поля на окислительно-восстановительные процессы, особенно те, которые характеризуются появлением неспаренных электронов, обладающих магнитным моментом, прежде всего связанных с образованием различных радикалов. Одним из механизмов действия ГМП на биосистемы является образование продуктов свободнорадикального окисления жиров, взаимодействующих с магнитным полем [11]. Однако процессы, происходящие в клетке, зависят не только от химических превращений, но и от конфигурации цепей связи внутри этих химических структур, которые являются слабыми и могут легко разрушаться под внешним воздействием, в частности под воздействием ГМП.

Перспективной считается концепция биологической плазмы Сент-Дьерди [24], позволяющая представить конформационные изменения молекул как следствие магнитных воздействий.

Не исключено, что пусковые механизмы многих геомагнитных реакций биосистем лежат на уровне молекулярных явлений и, очевидно, подчиняются законам квантовой механики. Исследования В. П. Казначеева [12] позволили предположить, что биологическую систему можно представить как неравновесную фотонную констелляцию, которая существует за счет постоянного притока энергии извне. Носителем информации в биосистемах могут быть кванты ЭМП. Исследования, проводившиеся на основании этого предположения, свидетельствуют об универсальном характере информационной связи, широком использовании электромагнитного канала в живой природе. Явление катализа позволяет ввести «информационный» подход в управление элементарными химическими реакциями и скоростями их протекания. Скорость химического процесса определяется поступлением квантов с частотой фотоэффекта, которые являются пусковым сигналом начала реакции и носителем энергии для ее осуществления. Причем для каждой химической связи такой носитель сигнала и энергии является единственным.

Таким образом, в процессе эволюции животного мира магнитные поля превратились в важную информационную систему и обязательный компонент жизни.

В научной литературе значительное количество работ посвящено изучению магнитовосприимчивости органов и тканей, которая сопоставляется с количественным содержанием в органах и тканях железа как парамагнитного элемента. Степень магнитовосприим-чивости является индикатором магниточувствительно-сти клеток при оценке биологического действия внешнего магнитного поля. Магнитным материалом клетки являются ферритин, хромопротеиды, ферредоксины и другие металлопротеиды, химические соединения и элементы, которые обладают высоким уровнем парамагнетизма.

Американский ученый Дж. Киршвинк [38] считает, что основой электромагниторецепции в живых клетках может быть биогенный магнетит, который по своим свойствам является органическим ферромагнетиком и хорошим проводником электричества. Его кристаллы внутри клеток заключены в мембрану, а некоторые из них заполнены органической субстанцией, напоминающей ферритин, что может свидетельствовать о биогенной трансформации железосодержащих протеинов в магнетит. Последний, обладая сильным остаточным магнетизмом, обусловливает высокий парамагнетизм клеточного вещества. Предполагается, что у человека наибольшие скопления биогенного магнетита органического происхождения находятся в надпочечниках и коре головного мозга. Однако вопрос о наличии магнетита в клетках млекопитающих, за исключением тихоокеанских дельфинов, остается недостаточно изученным.

В 1981 году [38] высказано предположение о наличии у всех живых существ магниторецептора, который участвует в ориентации, расположенного ниже линии, соединяющей глаза, на расстоянии 3—4 см от поверхности лица. Это примерно место, где к клиновидной кости прилежит мозг, обонятельный и зрительный нервы.

Используя магнитометрические и гистологические методы, на глубине 5 мкм от поверхности костей, образующих клиновидно-решетчатый синус, обнаружили слой, окрашивающийся на окисное железо. При исследовании остаточной намагниченности надпочечников человека выявлен ферромагнитный материал с высокой коэрцитивностью [38].

Оригинальные исследования по выработке у человека условного рефлекса на включение магнитного поля с амплитудой 200 нТл (частоты от 0,01 до 10 Гц) также указывают на наличие магниторецептора [20].

Несмотря на эти исследования, окончательных ответов на все вопросы, связанные с магниторецепцией биосистем, пока не получено.

Накапливаются сведения о свойствах и роли электрических и магнитных полей, которые образуются в самих биологических субстратах на разных уровнях рецепции: субмолекулярном, молекулярном, структурном и даже органном. Одна из концепций основывается на гипотезе о том, что ГМП воздействует на организм через существующие в нем приемные контуры, например малый круг кровообращения [21].

Согласно гипотезе, предложенной академиком РАМН Ф. И. Комаровым с соавт. [13, 14], ритмы гелиогеомагнитной активности, наряду с ритмами волнового излучения Солнца, являлись «времядатчика-ми», сыгравшими определяющую роль в самоорганизации биологических систем. Резкие изменения ритма времядатчика, происходящие во время магнитных бурь, сопровождаются стресс-реакцией биологических объектов, т. е. адаптационным десинхронозом, последствия которого наиболее опасны для лиц с патологией внутренних органов [5, 13, 29].

Получены результаты статистического анализа данных об обострении 36 существующих заболеваний, ослабляющих резистентность организма человека и повышающих его восприимчивость к воздействию ге-лиогеофизических факторов, которым отводится важная роль не только в их обострении, но и в течении и исходе. Это прежде всего болезни сердечно-сосудистой системы, органов дыхания, психические заболевания и др.

Результаты изучения биологической эффективности ГМП свидетельствуют об определенной чувствительности к этому агенту организмов различной степени сложности.

Не вызывает сомнения факт влияния апериодических возмущений магнитного поля Земли на растительные организмы и жизнедеятельность бактерий [35]. Обнаружена зависимость скорости роста, размножения, энергетического обмена и других свойств у низших грибов и высших растений от уровня геомагнит-

ной активности. Нарушение циркадных ритмов под влиянием геомагнитных возмущений наблюдали у медоносной пчелы, нарушается восприятие времени и у активных фуражиров в муравейнике. С середины прошлого века высказывались гипотезы о влиянии ГМП на способность птиц к пространственной ориентации и навигации.

В мире животных также отчетливо проявляется влияние флуктуаций ГМП. Известно, что с такими флуктуациями хорошо коррелируют изменения двигательной активности животных, нарушения ориентировки в пространстве и времени, интенсивность размножения [26].

Результаты анализа ранней вызванной биоэлектрической активности височной коры и хвостатого ядра на звук, полученные нами в экспериментах на бодрствующих кошках во время геомагнитных возмущений, демонстрируют рост амплитуды и проявляемости каудатных вызванных потенциалов. Увеличение объема реагирующих нейронных пулов одной из тормозных подкорковых структур головного мозга — хвостатого ядра сопровождалось снижением корреляционных отношений между амплитудами соответствующих компонентов кортикальных и каудатных вызванных потенциалов, что демонстрирует нарушение стриокор-тикальных механизмов обработки звуковой информации. Следствием активации тормозных структур являются снижение выполнения животными условнорефлекторной реакции и увеличение времени рефлекса

В связи с более медленным и менее интенсивным вовлечением нейронов коры в реакцию активации на афферентный залп в условиях некоторой заторможенности под влиянием солнечной активности не создаются эффективные условия для необходимого анализа поступающей сенсорной информации и формирования программ и команд двигательных актов.

Аналогичные результаты были получены при изучении биологического действия искусственных магнитных полей как на нейрональную активность, так и на условно-рефлекторную деятельность [32].

Эксперименты на животных давали возможность вживлять электроды в различные отделы мозга и исследовать межцентральные отношения. Гиппокамп и гипоталамус выделяются как наиболее чувствительные к магнитным полям образования головного мозга. При изучении электрической активности сенсомотор-ной, зрительной коры, гиппокампа, преоптической области гипоталамуса, ретикулярной формации среднего мозга, коры червя мозжечка после 30-минутного воздействия постоянного магнитного поля (0,3 Тл) во всех образованиях головного мозга появляются высокоамплитудные синхронизированные разряды (с частотой бета-1), по форме напоминающие веретена, и уменьшается частота в дельта-диапазоне. Анализ элек-трокортикограмм выявил учащение коркового ритма и повышение его амплитуды у кроликов под влиянием 15—30-минутного действия постоянного магнитного поля частотой 8 Гц, напряженностью 0,07; 0,7 и 7 Вт.

Эти перестройки регистрировали еще тогда, когда не возникало заметных изменений функционального состояния других органов и систем.

В экспериментальной практике ориентировочный рефлекс применяют в качестве теста на краткосрочную память. Известно, что в основе механизма краткосрочной памяти лежит реверберация импульсов по замкнутым нейронным цепям [3, 15]. Очевидно, при действии ЭМП происходит рассогласование порядка включения структур (коры больших полушарий головного мозга, гипоталамуса, хвостатого ядра, таламических ядер и др.), обеспечивающих реализацию данного поведенческого акта. В результате нарушаются механизмы обратной афферентации и, как следствие, животные не могут правильно оценить конечный результат совершаемого поведенческого акта. Во время действия поля при реализации ориентировочного рефлекса страдают в первую очередь обстановочная аф-ферентация и аппараты памяти.

Изменения в организме не ограничиваются функциональными сдвигами и могут переходить в деструктивные процессы. Гистологические исследования внутренних органов животных были проведены при воздействии искусственных магнитных полей и в день развития природных геомагнитных возмущений. Так, воздействия ЭМП промышленной частоты напряженностью от 1 до 15 кВ/м в течение 0,5—2 часов в сутки на белых крыс-самцов показали незначительные сосудистые расстройства в виде полнокровия и умеренные дистрофические изменения в тканях головного мозга, сердца, почек, надпочечников, селезенки и семенников.

Длительное воздействие искусственных магнитных полей низкой частоты позволило выявить, что у крыс наиболее чувствительными являются сперматогенный эпителий половых желез, паренхима печени и нейроны ЦНС. В последнем случае изменения, носившие дистрофический характер, были обнаружены в спинном мозге, мозжечке, гипоталамусе и коре больших полушарий. Чаще обнаруживали набухшие нейроны с растворением глыбок Ниссля по периферии клетки и уменьшением количества гранул рибонуклеидов в цитоплазме клеток.

Наиболее высокой чувствительностью к магнитному полю отличаются митохондрии, эндоплазматичес-кий ретикулум и другие органоиды нервной клетки. Гистологические исследования с помощью электронной микроскопии в синапсах ЦНС показали существенные изменения после воздействия ЭМП. В экспериментах на кроликах, кошках и крысах в пресинапти-ческой терминали отмечали набухание митохондрий и появление крупных полиморфных вакуолей, что свидетельствует о нарушении водного обмена. Вакуоли больших размеров возникали и в постсинаптических областях: дендритах и шипиках. В аксодендритичес-ких синапсах число синаптических пузырьков часто уменьшалось. Иногда пропадали микротрубочки.

Обнаруженные изменения позволяют предполагать нарушения в балансе медиаторов и снижение эффек-

тивности синаптической передачи. Совокупность изменений, обнаруживаемых при действии магнитных полей в нервной системе, часто соответствует картине гипоксической энцефалопатии. Характер изменений в структуре органов животных определяет интенсивность и длительность действия изучаемого фактора [31].

Функциональные изменения, обнаруживаемые в нервной системе при действии магнитных полей, коррелируют с морфологическими перестройками в ее клеточных элементах. Так, нарушение условно-рефлекторной деятельности сопровождается обратимыми изменениями аксодендритических связей в коре больших полушарий и выраженной реакцией глиальных элементов на действие ЭМП. Эффекты магнитных полей могут возникать практически в любом участке проводящего чувствительного пути, в пунктах центральной обработки информации и в эффекторном органе.

Известны исследования [27, 28] ультраструктуры интактного сердца и внутрижелудочкового давления кроликов-самцов породы шиншилла во время геомагнитного возмущения в его начальной и главной фазах. Установлены падение сократительной силы сердца, набухание, деструкция и деградация митохондрий кар-диомиоцитов, усугубляющиеся по мере развития возмущения ГМП. В крови обнаружено увеличение свободных жирных кислот, которые подавляют энергообразующую функцию митохондрий и вызывают их набухание, а это снижает обеспечение миокарда энергией. Однако возможно и непосредственное повреждающее влияние магнитной бури на митохондриальные мембраны, поскольку известно, что магнитные поля нарушают трансмембранный транспорт воды и ионов.

В день развития магнитной бури отмечено уплотнение лизосомальных мембран клеток печени кроликов, что свидетельствует об уменьшении их участия в процессах внутриклеточной регенерации в печени и организме в целом. Стабилизация лизосомальных мембран препятствует действию лизосомальных гидролаз, одними из функций которых являются инициация выхода митохондриальной ДНК и репродукция митохондрий. В фазе окончания бури наблюдалось увеличение числа первичных и вторичных лизосом, происходила лабилизация лизосомальных мембран [33].

К вопросу об экстраполяции результатов опытов над животными на человека нужно подходить крайне осторожно. Известно, что для каждого организма существует набор частот, присущих колебаниям параметров внешней среды, на которые он реагирует наиболее остро. Проведенные О. В. Хабаровой [30] вычисление и анализ резонансных частот для органов и систем обнаруживает их хорошее совпадение с экспериментально выявленными частотами наибольшего отклика организма на внешнее воздействие. Например, биоэффективность для человека частот 0,05—

0,06; 0,1—0,3; 80 и 300 Гц объясняется резонансом кровеносной системы, а частот 0,02—0,2; 1 —1,6; 20 Гц — резонансом сердца. Наборы биологически

активных частот не совпадают у различных животных. Например, резонансные частоты сердца для человека дают 20 Гц, для лошади — 10, а для кролика и крыс — 45.

Таким образом, полученные на животных экспериментальные данные показали однонаправленность морфофункциональных изменений как при возмущениях ГМП Земли, так и при действии искусственных магнитных полей различной интенсивности.

Анализ результатов исследований, выполненных в разное время и в различных регионах земного шара, показал, что по мере усложнения организации биосистем уменьшается степень специфичности их реакций на магнитное поле и соответственно увеличивается феномен неспецифических реакций. Это отчетливо видно при переходе от клеточного уровня к более высокому — тканевому, системному, организменно-му). Вероятно, одной из причин является переход от энергетического класса взаимодействий к информационному [22]. Однако, несмотря на изменение характера взаимодействия, принципиально доказано возникновение реакций физиологических систем, целостного организма на магнитное поле.

Таким образом, анализируя литературные данные, необходимо отметить, что в очень немногих случаях имеет место простая реакция нарастания или убывания значений физиологических параметров при геомагнитных возмущениях различной интенсивности. Чаще всего наблюдаются не направленные реакции, а нарастание, затем убывание и снова нарастание, т. е. сложные нелинейные отношения.

1. Агаджанян Н. А. Среда обитания и реактивность организма / Н. А. Агаджанян, И. И. Макарова. — Тверь, 2001. — 176 с.

2. Агаджанян Н. А. Влияние геомагнитных бурь различной интенсивности на параметры биоэлектрической активности головного мозга и центральной гемодинамики в зависимости от типа кровообращения у практически здоровых лиц / Н. А. Агаджанян, И. И. Макарова // Экология человека. — 2001. — № 1. — С. 4 — 8.

3. Беритов И. С. Структура и функция архипалеокор-текса / И. С. Беритов // Гагрские беседы, 1969. — Т. 5.

4. Бреус Т. К. Биологические эффекты солнечной активности / Т. К. Бреус // Природа. — 1998. — № 2 — С. 75—88.

5. Бреус Т. К. Магнитные бури. Медико-биологические и геофизические аспекты / Т. К. Бреус, С. И. Рапопорт.

— М.: Советский спорт, 2003. — 194 с.

6. Владимирский Б. М. Влияние солнечной активности на биосферу-ноосферу / Б. М. Владимирский, Н. А. Тему-рьянц. — МНЭПУ, 2000. — 378 с.

7. Вернадский В. И. Живое вещество / В. И. Вернадский. — М.: Наука, 1978. — 358 с.

8. Гак Е. З. О возможной природе электродинамических явлений в живых системах / Е. З. Гак, Н. В. Красногорская // Электромагнитные поля в биосфере: В 2 т. Т. 2. Биологическое действие электромагнитных полей. — М.: Наука, 1984. — С. 179—184.

9. Григорян Г. Е. Магниторецепция и механизмы действия магнитных полей на биосистемы / Г. Е. Григорян. — Ереван: Гитутюн, 1995. — 54 с.

10. Дубров А. П. Геомагнитное поле и жизнь /

A. П. Дубров — Л., 1974. — 175 с.

11. Зенков Н. З. Роль радикальных процессов и магни-товосприимчивости организма человека / Н. З. Зенков, Ю. Ю. Марченко, А. В Трофимов. // Магнитные поля в биологии, медицине и сельском хозяйстве. — Ростов н/Д,

12. Казначеев В. П. Биоинформационная функция естественных электромагнитных полей / В. П. Казначеев, Л. П. Михайлова. — Новосибирск: Наука, 1985. — 180 с.

13. Комаров Ф. И. Медико-биологические эффекты солнечной активности / Ф. И. Комаров, Т. К. Бреус, С. И. Раппопорт // Вестник РАМН. — 1994. — № 11.

14. Комаров Ф. И. Хронобиологические аспекты природы и характера воздействия магнитных бурь на функциональное состояние организма людей / Ф. И. Комаров, С. И. Раппопорт, Т. К. Бреус // Хронобиология и хрономедицина. — М.: Триада-Х, 2000. — С. 299—316.

15. Конорский Ю. Интегративная деятельность мозга / Ю. Конорский. — М.: Мир, 1970. — 412 с.

16. Кострюкова Н. К. Биологические эффекты сверхслабых магнитных полей (обзор литературы) / Н. К. Кос-трюкова А. Б. Гудков, В. А. Карпин, Е. С. Левкина // Экология человека. — 2004. — № 3. — С. 55—59.

17. Леднёв В. В. Биоэффекты слабых комбинированных постоянных и переменных магнитных полей /

B. В. Леднёв // Биофизика. — 1996. — Т. 41. — С. 224 —234.

18. Макарова И. И. Влияние геомагнитных бурь на содержание фосфолипидов коры головного мозга крыс/ И. И. Макарова // Материалы науч. конф. «Новое в изучении пластичности мозга». — М., 2000. — С. 53.

19. Макарова И. И. Геомагнитные влияния на кортико-каудатные механизмы обработки звуковых сигналов у кошек / И. И. Макарова // Авиакосмическая и экологическая медицина. — 2000. — № 3. — С. 47—51.

20. Михайловский В. Н. О восприятии людьми инфра-низкочастотных колебаний магнитного поля и средствах защиты / В. Н. Михайловский, К. С. Войчишин, Л. И. Грабарь // Реакция биологических систем на слабое магнитное поле. — М.: Наука, 1981. — С. 146—149.

21. Пресман А. С. Электромагнитное поле и живая природа / А. С. Пресман. — М.: Наука, 1968. — 310 с.

22. Пресман А. С. Электромагнитные поля и процессы регулирования в биологии / А. С. Пресман. — М.: Советское радио, 1978. — 210 с.

23. Пиккарди Дж. Химические основы медицинской климатологии / Дж. Пиккарди. — Л., 1967. — 209 с.

24. Сент- Дьерди Ф. Биоэнергетика / Ф. Сент-Дьерди. — М., 1960. — 198 с.

25. Сидякин В. Г. Влияние глобальных экологических факторов на нервную систему / В. Г. Сидякин. — Киев: Наукова думка, 1986. — 160 с.

26. Сидякин В. Г. Влияние флуктуаций солнечной активности на биологические системы / В. Г. Сидякин // Биофизика. — 1992. — Т. 37, № 4. — С. 647—652.

27. Фролов В. А. Влияние геомагнитной бури на состояние митохондрий миокарда и их роль в энергетическом обеспечении сократительной функции сердца / В. А. Фролов, В. П. Пухлянко, Т. А. Казанская, С. М. Чибисов // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. —

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

1986. — № 5. — С. 546—548.

28. Фролов В. А. Морфология митохондрий кардиомио-цита в норме и патологии I В. А. Фролов, В. П. Пухлянко.

29. Хабарова О. В. О природе опережающей реакции биообъектов на магнитные бури I О. В. Хабарова II Слабые и сверхслабые поля и излучения в биологии и медицине. — СПб., 2ООО. — С. i62— 16З.

30. Хабарова О. В. Резонансы в живых организмах и биоэффективные частоты! О. В. Хабарова II Там же. —

31. Холодов Ю. А. Реакции нервной системы человека на электромагнитные поля I Ю. А. Холодов, Н. Н. Лебедева. — М., 1992. — ІЗБ с.

32. Холодов Ю. А. Электромагнитное поле в нейрофизиологии I Ю.А. Холодов, М. А. Шишло. — М.: Наука, 1979. — І9О с.

33. Чибисов С. М. Биологические эффекты планетарной магнитной бури I С. М. Чибисов, Т. К. Бреус, А. Е. Левитин, Г. М. Дрогова II Биофизика. — І99Б. — Т. 4О, вып. Б. — С. 9Б9—968.

34. Чижевский А. Л. Земное эхо солнечных бурь I А. Л. Чижевский. — М.: Мысль, 1976. — З67 с.

ЗБ. Чижевский А. Л. Эпидемические катастрофы и периодическая деятельность Солнца I А. Л. Чижевский.

— М.: ВОВГ, І9ЗІ. — І72 с.

36. Яновский Б. М. Земной магнетизм I Б. М. Яновский. — Л., І 978. — Б9І с.

37. HalbergF. Chronobioengineering toward a cost-effective quality healthy careI F. Halberg, K.Tamure, G.Cornelissen II Frontiers Med. Biol. Eng. — 1994. — Vol. 6. — P. 8З.

38. Kirschvink J. Magnetite biomineralization in the human brain I J. Kirschvink, A. Kobayashi-Kirschvink, J. Woodford II Proc. Natl. Acad. Sci. USA. — І992. — N 89. — P. 768З—7687.

39. Liboff A. R. The electromagnetic field as a biological variable / A. R. Liboff. // On the nature of electromagnetic field interactions with biological systems/ Ed. A. N. Frey, R. J. Langes Co. — Austin, 1994. — P. 59—72.

40. Roederer J. G. Effect of Natural magnetic field disturbance on biota fact or fiction / J. G. Roederer // Invited Review International Cosmic Ray Conference. — Rome, Italy, 1995.

41. Tenforde T. S. Interaction of extremely low frequency electric and magnetic fields with humans / T. S. Tenforde, W. T. Kaune // Health Phys. — 1987. — N 53. — P. 585—606.

EARTH MAGNETIC FIELD AND HUMAN ORGANISM

N. А. Agadzhanyan, *I. I. Makarova

Russian Peoples’ Friendship University, Moscow * State Medical Academy, Tver

The Earth magnetic field exerts influence on the human organism. The ideas of the great Russian scientists A. L. Chizhevsky and V. I. Vernadsky about the influence of the geomagnetic field on biological processes are confirmed by the newest research. In the article, the hypotheses of magnitobiological effects’ mechanisms are considered. It has been fundamentally proved that physiological systems and the whole organism react to the magnetic field.

Key words: the Earth magnetic field, magnitobiological effects’ mechanism, living organisms.

Магнитное поле земли защищает биосферу тем что