Магнитное поле земли сколько нтл

В первом приближении магнитное поле Земли может быть уподоблено полю однородно намагниченного шара, или полю диполя ( ), расположенного в области центра Земли. Ось такого диполя по отношению к оси вращения Земли составляет 11,5. Места выхода продолжений оси этого диполя на земную поверхность называют геомагнитными полюсами. Принято считать магнитный полюс, близкий к северному географическому полюсу (между ними около 1400 км), южным (отрицательным) геомагнитным. Наоборот, магнитный полюс, находящийся в Антарктиде, — северным (положительным) геомагнитным полюсом. На полюсах вертикальные составляющие магнитной индукции примерно равны 60 мкТл, а горизонтальные — нулю. На экваторе горизонтальная составляющая приблизительно равна 30 мкТл, а вертикальная — нулю.

Как видно из карты (рис. 2.2), геомагнитное поле Земли заметно отличается от поля диполя, образуя по крайней мере 4 (две в северном, одну в южном, одну в Африке) мощные геомагнитные аномалии. Их называют материковыми, или континентальными (), а происхождение связывают с наличием дополнительных магнитных диполей на верхней (~3000 км) и нижней (~5000 км) границах «жидкого» ядра. На территории России находится положительная часть Восточно-Азиатской аномалии.

Нормальным (или главным) геомагнитным полем () принято считать поле однородно намагниченного шара () и дополнительных диполей в ядре, обуславливающих материковые аномалии (), т.е. Карта эпохи какого-то года является Международным эталонным геомагнитным полем или нормальным магнитным полем.

Карты принято строить через 5 лет. Они несколько изменяются за эти годы, что объясняется как вариациями поля во времени, так и появлением новых данных глобальных магнитных съемок (космических, воздушных, наземных, аквальных).

4.1.5. Аномальные геомагнитные поля.

Отклонения наблюденных значений магнитных векторов ( ) от нормального поля будут составлять аномалии региональные () или локальные () в зависимости от площади, на которых они получены: . Аномальная часть постоянного магнитного поля Земли несет в себе информацию о геологическом строении верхних слоев земной коры.

Региональные аномалии — например, Курская — простираются на больших территориях и связаны с наличием крупных структур, сложенных породами и железными рудами с высокими магнитными свойствами. Находясь в магнитном поле Земли, они намагнитились и создали добавочное аномальное поле, превышающее нормальное поле в отдельных местах в 2 — 4 раза.

Локальные аномалии обусловлены разной намагниченностью геологических структур или залежей руд. Региональные и локальные аномалии бывают положительными и отрицательными. За положительные принято считать те, для которых и совпадают с соответствующей составляющей нормального поля, а отрицательные — те, для которых они противоположны по направлению. В северном полушарии и на территории России преобладают положительные аномалии.

Таким образом, полное постоянное магнитное поле Земли () складывается из нормального и аномального полей:

4.1.6. Вариации земного магнетизма.

Наблюдения магнитного поля Земли в течение длительного времени и палеомагнитные исследования показывают, что напряженность магнитного поля и его элементы меняются во времени. Эти изменения получили название вариаций. Принято различать четыре вида магнитных вариаций: вековые, годовые, суточные и магнитные возмущения (бури).

Вековые вариации магнитного поля происходят в течение длительных периодов времени в десятки и сотни лет и приводят к значительным изменениям среднегодовых элементов земного магнетизма. Под изменением того или иного элемента магнитного поля (вековой ход) понимают разности значений этих элементов в разные эпохи, деленные на число лет между эпохами. Вековой ход рассчитывается по обобщенным данным глобальных магнитных съемок за прошедшие 5 лет. Выявлен ряд периодов изменения поля в 500 — 2000 — 5000 лет и более. Вековые вариации различны в разных регионaх. Имеется несколько зон (фокусов), в которых изменения поля максимальны. Эти фокусы перемещаются по земной поверхности. Например, за 1942 г. в Индонезии вариации достигли х130 нТл, а на юге Каспийского моря +110 нТл. Возникновения вековых вариаций, видимо, объясняются процессами, протекающими внутри Земли (в ядре и на границе ядра с мантией).

На постоянноe поле Земли накладывается переменное магнитное поле или вариации (годовые, суточные, магнитные бури), вызванные внешними процессами, происходящими в ионосфере. Годовые вариации — это изменения среднемесячных значений напряженности магнитного поля. Они характеризуются небольшой амплитудой (десятки нТл).

Суточные вариации связаны с солнечносуточными и лунносуточными изменениями напряженности геомагнитного поля из-за изменения солнечной активности. Максимума вариации достигают днем и при противостоянии Луны. Годовые и суточные вариации являются плавными, периодическими, невозмущенными вариациями. Их интенсивность возрастает от экватора к полюсам, достигая 200 нТл.

Кроме невозмущенных вариаций, существуют возмущенные вариации, к которым относятся непериодические импульсные вариации и магнитные бури. Магнитные бури бывают разной интенсивности — до 1000 нТл и более, чаще в северных и южных широтах. Они возникают спорадически и проходят по всей земной поверхности либо одновременно, либо с запаздыванием на несколько часов. Продолжительность магнитных бурь колеблется от нескольких часов до нескольких суток. Намечается четкая связь между интенсивностью магнитных бурь и солнечной активностью. В годы максимумов солнечной активности,период которых около 11 лет, наблюдается наибольшее число бурь. Магнитные бури зависят от возмущений в ионосфере, которые, в свою очередь, связаны со вспышками на Солнце и приходом на Землю корпускулярных потоков. Магнитным бурям сопутствуют полярные сияния, ухудшение радиосвязи, возникновения магнитотеллурических полей (см. 7.1). При магниторазведке необходимо учитывать и исключать вариации магнитного поля.

Таким образом, в более общем виде полный вектор напряженности переменного поля Земли и аномалии можно представить в виде:

4.2. Намагниченность горных пород и их магнитные свойства

4.2.1. Намагниченность горных пород и руд.

Региональные и локальные магнитные аномалии зависят от интенсивности намагничения пород как современным (индуцированная намагниченность ), так и древним (остаточная намагниченность ) магнитными полями, т.е. это векторная сумма . Индуцированная намагниченность любого образца породы равна , где (каппа) — его магнитная восприимчивость, а — полный вектор постоянного геомагнитного поля. Однако этот же образец несет в себе информацию о той намагниченности, которая существовала в момент образования породы и сложным образом менялась до настоящего времени. Ее называют остаточной (). Вместе с отношением остаточная намагниченность количественно характеризует свойство породы сохранять или менять намагниченность за весь свой возраст, может быть, составляющий многие миллионы лет.

Примером материалов и руд, обладающих сильным магнитным полем даже при экранировке от земного магнитного поля, являются искусственные магниты или естественные образцы магнетита, у которых намагниченность устойчива за счет остаточной.

4.2.2. Магнитная восприимчивость горных пород и руд.

Способность материалов и горных пород намагничиваться характеризуется магнитной восприимчивостью () — основным магнитным свойством горных пород.

В системе Си это безразмерная величина. Практически ее измеряют в 10 -5 ед. Си. У разных горных пород она меняется от 0 до 10 ед. Си. По магнитным свойствам минералы и горные породы делятся на три группы: диамагнитные, парамагнитные и ферромагнитные. У диамагнитных пород магнитная восприимчивость очень мала (менее 10 -5 ед. Си) и отрицательна, их намагничение направлено против намагничивающего поля. К диамагнитным относятся многие минералы и горные породы, например, кварц, каменная соль, мрамор, нефть, лед, графит, золото, серебро, свинец, медь и др.

У парамагнитных пород магнитная восприимчивость положительна и также невелика. К парамагнитным относится большинство минералов, осадочных, метаморфических и изверженных пород.

Особенно большими (до нескольких миллионов 10 -5 ед. Си) обладают ферромагнитные минералы, к которым относятся магнетит, титаномагнетит, ильменит, пирротин.

Магнитная восприимчивость большинства горных пород определяется прежде всего присутствием и процентным содержанием ферромагнитных минералов.

В таблице 2.1 приведены значения некоторых породообразующих минералов и пород. Из таблицы видно, что сильно магнитными являются ферромагнитные минералы. Среди изверженных пород наибольшей магнитной восприимчивостью обладают ультраосновные и основные породы, слабо магнитны и магнитны кислые породы. У метаморфических пород магнитная восприимчивость ниже, чем у изверженных. Осадочные породы, за исключением некоторых песчаников и глин, практически немагнитны.

Т а б л и ц а 2.1

Минерал,горная порода	(ед. Си)
Минерал,горная порода	диапазон измерений	среднее
Кварц	—	10
Кальцит	7 — 12	—
Гипс	—	12
Уголь	—	25
Сфалерит	—	750
Гематит	500 — 50000	6000
Пирротин	10 3 -10 7	150000
Ильменит	510 5 -510 6	10 6
Магнетит	10 6 -10 7	5*10 6
Известняк	25 — 3500	300
Песчаник	0 — 20000	400
Гнейс	100 — 20000	—
Гранит	0 — 40000	2000
Диабаз	1000 — 15000	5000
Габбро	1000 — 100000	60000
Базальт	30 — 150000	60000
Перидотит	90000 — 200000	150000
Осадочные (среднее)	0 — 5000	1000
Метаморфические (среднее)	0 — 75000	50000
Кислые изверженные (среднее)	50 — 80000	8000
Основные изверженные (среднее)	60 — 120000	30000

Магнитная восприимчивость пара- и ферромагнетиков уменьшается с повышением температуры и практически исчезает при температуре Кюри, которая у разных минералов меняется от +400 до +700С. Максимальная глубинность магниторазведки примерно составляет 25 — 50 км. На больших глубинах температуры недр превышают точку Кюри, и все залегающие здесь породы становятся практически одинаково немагнитными.

Магнитная восприимчивость в горной породе не всегда одинакова по всем направлениям, или изотропна. Она может меняться по разным направлениям, увеличиваясь в плоскости напластования осадочных и сланцеватых метаморфических пород, уменьшаясь в перпендикулярном направлении. Различия могут достигать 20%.

Разведываемые геологические структуры и руды с магнитной восприимчивостью залегают среди вмещающих пород с восприимчивостью . Поэтому, как и в гравиразведке, представляет интерес избыточная, или эффективная, магнитная восприимчивость . Величины могут быть и положительными, и отрицательными, разными по величине. Благодаря отличию от нуля и возникают магнитные аномалии.

Магнитную восприимчивость измеряют как на образцах горных пород, так и в естественном залегании. С помощью так называемых астатических магнитометров (см. 5.1) измеряются магнитные свойства образцов произвольной формы. Число образцов одной породы должно составлять несколько десятков, чтобы результаты были статистически обоснованы. Для изучения в естественных условиях залегания пород применяются разного рода каппаметры.

Публикации с ключевыми словами: геофизика — Земля — земная кора Публикации со словами: геофизика — Земля — земная кора
См. также:

Геофизика

2.1. Основы теории геомагнитного поля и магниторазведки

2.1.1. Элементы геомагнитного поля и его происхождение

В любой точке околоземного пространства существует магнитное поле, которое определяется полным вектором напряженности (Т), т. е. направлением действия и модулем . Вдоль вектора Т устанавливается подвешенная у центра тяжести магнитная стрелка. Проекция этого вектора на горизонтальную поверхность и вертикальное направление, а также углы, составленные этим вектором с координатными осями, носят название элементов магнитного поля (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Элементы земного магнитного поля. Направление координатных осей:

x — север географический; y — восток географический; z — к центру Земли

Если ось x прямоугольной системы координат направить на географический север, ось y — на восток, а ось z — вертикально вниз, то проекцию полного вектора Т на ось z называют вертикальной составляющей и обозначают Z . Проекцию полного вектора Т на горизонтальную плоскость называют горизонтальной составляющей (Н). Направление Н совпадает с магнитным меридианом и задается осью стрелки компаса или буссоли.

Проекцию Н на ось х называют северной (или южной ) составляющей X, проекцию Н на ось y — восточной (или западной ) составляющей Y . Угол между осью х и составляющей Н называют магнитным склонением и обозначают D. Принято считать восточное склонение положительным, западное — отрицательным. Угол между вектором Т и горизонтальной плоскостью называют магнитным наклонением и обозначают J . При наклоне северного конца стрелки вниз наклонение называют северным (или положительным), при наклоне южного конца стрелки вверх — южным (или отрицательным) . Взаимосвязь полученных элементов магнитного поля Земли выражают следующими формулами:

H = T cos J ; Z = T sin J ; Z = H tg J ; T 2 = H 2 + Z 2 и др. (2.1)

При магнитной разведке измеряют абсолютные составляющие поля ( D, J, Н и Т ) или относительные значения поля — приращения , т. е. разность значений элементов магнитного поля между наблюдениями на всех точках измерения и одной исходной (опорной, базовой) точкой (как правило, это Δ Z и ∆ Т ).

Единицей напряженности магнитного поля в системе СИ является ампер на метр (А / м), а в системе СГСМ — эрстед (Э). В практике магниторазведки широко применяется также внесистемная единица напряженности магнитного поля — гамма ( γ ). Перечисленные единицы измерения напряженности магнитного поля соотносятся следующим образом:

1 А/м = 4π · 10 –3 Э, 1 Э = 10 5 γ .

Единицей измерения магнитной индукции в системе СИ является тесла ( Тл ). В магниторазведке используется более дробная единица — нанотесла (нТл) , 1 нТл = 10 –9 Тл. В реальных средах магнитная индукция ( В ) соотносится с напряженностью ( Т ) как

где μ 0 — абсолютная магнитная проницаемость вакуума (в СИ μ 0 = 4π 10 –7 Гн м –1 , в СГСМ μ 0 = 1); χ — магнитная восприимчивость ( χ = I i / Т , где I i — индуктивная намагниченность).

Магниторазведочная аппаратура обычно находится в немагнитной среде — воздухе или воде, для которых χ = 0, поэтому B = μ 0 T, в системе СГСМ B = T.

Следовательно, магнитное поле Земли может быть выражено либо в единицах магнитной индукции (нТл), либо в единицах напряженности ( γ ), при этом 1 нТл количественно соответствует 1 γ .

Многочисленными наблюдениями значений магнитного поля Земли показано, что в среднем полный вектор напряженности Т изменяется от 0,66 ⋅ 10 5 нТл на полюсах до 0,33 ⋅ 10 5 нТл в районе экватора. При этом вертикальная составляющая (Z) уменьшается от 0,66 ⋅ 10 5 нТл до нуля, а горизонтальная составляющая (Н) увеличивается от нуля до 0,33 ⋅ 10 5 нТл. Детальное изучение магнитных свойств горных пород различного возраста на разных континентах установило миграцию (изменение местоположения) магнитных полюсов и их инверсию , т. е. смену знаков (направления), происходящую с периодом от 0,5 до нескольких десятков миллионов лет.

2.1.2. Нормальное и аномальное магнитное поле

В первом приближении магнитное поле Земли может быть представлено полем намагниченного шара, или магнитного диполя (Т дип ), расположенного в области центра Земли, ось которого по отношению к оси вращения Земли составляет 11°. Места выхода продолжений оси этого диполя на поверхность Земли называют геомагнитными полюсами Земли . Область выхода южного конца оси диполя носит название северного магнитного полюса , а область выхода северного окончания оси диполя — южного . Например, северный магнитный полюс находится на 72° с. ш. и 96° з. д. и отстоит от северного географического полюса Земли на 1400 км.

Вклад дипольной составляющей ( T дип ) в наблюденное магнитное поле Земли составляет примерно 70 %, что объясняет такие глобальные особенности, как наличие магнитных полюсов Земли и увеличение напряженности магнитного поля в два раза при переходе от экватора к полюсам. В наблюденном поле выделяют также составляющие, связанные с особенностями внутреннего строения Земли, называемые материковыми аномалиями ( T м ). Эти плавно изменяющиеся компоненты образуют на Земле шесть крупных, соизмеримых с площадью материков, положительных и отрицательных аномалий с амплитудой (0,1–0,2) ⋅ 10 5 нТл. В настоящее время еще не выработана единая точка зрения относительно происхождения T м . Видимо, источники их располагаются на глубине около 2900 км, на уровне внешней границы ядра Земли.

Нормальным геомагнитным полем (или главным магнитным полем Земли) в рассматриваемой точке в практике магниторазведки принято называть сумму полей диполя ( T дип ) и материковых аномалий ( T м ): Т норм = T дип + T м . По существу, нормальное магнитное поле Земли представляет собой магнитное поле усредненной, безрельефной, сферически однородной в магнитном отношении Земли . Нормальное магнитное поле Земли рассчитывают специально. Существуют таблицы или карты Т норм , Z норм и других элементов магнитного поля для определенного периода времени (середина года, кратного пяти — 1995, 2000 г. и т. д.) и для каждой точки Земли, находящейся на уровне моря (при нулевой высоте) (рис. 2.2).

Рис. 2.2. Нормальное магнитное поле Земли ( Т норм ) эпохи 1990 года.
Изолинии проведены через 5000 нТл

Происхождение магнитного поля Земли объясняют различными причинами, связанными с внутренним строением Земли. Наиболее достоверной и приемлемой гипотезой, объясняющей магнетизм Земли, является гипотеза вихревых токов в ядре . Эта гипотеза основана на установленном геофизиками факте, что на глубине 2900 км под мантией Земли находится внешнее жидкое ядро с высокой электрической проводимостью, которая объясняется большим числом свободных электронов в веществе ядра вследствие высоких температур и давления. Благодаря так называемому гиромагнитному эффекту и вращению Земли во время ее образования могло возникнуть очень слабое магнитное поле. Наличие свободных электронов в ядре и вращение Земли в таком слабом магнитном поле привели к индуцированию в ядре вихревых токов. Эти токи, в свою очередь, создают (регенерируют) магнитное поле, как это происходит в динамомашинах. Увеличение же магнитного поля Земли должно привести к новому увеличению вихревых токов в ядре, а последнее — к увеличению магнитного поля и т. д. Процесс подобной регенерации длится до тех пор, пока рассеивание энергии вследствие вязкости ядра и его электрического сопротивления не компенсируется добавочной энергией вихревых токов и другими причинами.

Отклонения наблюденных значений магнитного поля Земли (Т) от нормального поля (Тнорм) называются аномалиями магнитного поля ( Δ Т а , Δ Z а , Δ H а ) :

Δ Т а = T – Т норм ; Δ Z а = Z – Z норм ; Δ H а = H – H норм . (2.2)

В зависимости от протяженности участка или площади, на которых они выделяются, аномалии магнитного поля подразделяют на локальные и региональные (относительно друг друга для данного района исследования) (см. рис. 1.2). В Северном полушарии направление намагничивающего поля Земли близко к вертикальному, поэтому более яркими и локализованными являются положительные аномалии. Интенсивность и характер магнитных аномалий зависят от эффективной, или относительной , интенсивности намагниченности горных пород (∆ I ), которая определяется их магнитными свойствами, свойствами вмещающих пород и напряженностью магнитного поля Земли, а также от формы, размеров и глубины залегания неоднородностей (см. 2.4).

2.1.3. Вариации магнитного поля

Наблюдения магнитного поля Земли в течение длительного времени показывают, что напряженность магнитного поля и его элементы меняются во времени . Эти изменения получили название вариаций геомагнитного поля: Δ Т вар , Δ Z вар и др. По частотному составу, интенсивности и происхождению принято различать несколько видов магнитных вариаций: вековые, годовые, суточные и магнитные возмущения (бури) . Вековые вариации магнитного поля происходят в течение длительных периодов времени в сотни лет, что проявляется в значительных изменениях среднегодовых значений элементов земного магнетизма. Поскольку подобных многовековых наблюдений мало, то закономерность вековых вариаций установить трудно, хотя намечается их изменение с периодом в 6000 лет. Степень изменения элементов земного магнитного поля различна для разных районов Земли, имеется несколько зон (фокусов), в которых они максимальны. Возникновение вековых вариаций, видимо, объясняется процессами, протекающими внутри Земли (в ядре и на границе ядра с мантией). В меньшей степени они связаны с особенностями строения земной коры.

На магнитное поле Земли также накладывается переменное магнитное поле (вариации годовые, суточные, магнитные бури), вызванное внешними процессами, происходящими в ионосфере под воздействием солнечной энергии. Годовые вариации — это изменения среднемесячных значений напряженности магнитного поля небольшой амплитуды. Суточные вариации связаны также с солнечно-суточными изменениями напряженности магнитного поля из-за изменения солнечной активности. Вариации достигают максимума в полдень по местному времени. Амплитуда суточных вариаций зависит от магнитной широты района наблюдения и изменяется от первых десятков до 200 нТл при переходе от экватора к полюсам. Годовые и суточные вариации являются плавными, периодическими. Их называют невозмущенными вариациями.

Кроме невозмущенных вариаций существуют возмущенные вариации , к которым относятся непериодические импульсные вариации (магнитные бухты и магнитные бури). Магнитные бури бывают разной интенсивности, возникают спорадически и проходят по всей земной поверхности одновременно. Продолжительность магнитных бурь колеблется от нескольких часов до нескольких суток, а интенсивность достигает тысяч нТл. Намечается четкая связь между интенсивностью магнитных бурь и солнечной активностью. В годы максимумов солнечной активности, период которых составляет около 12 лет, наблюдается наибольшее число бурь. При проведении магниторазведки необходимо учитывать и исключать вариации магнитного поля, если их амплитуды сравнимы со значениями аномалий магнитного поля от изучаемых геологических структур или превышают их.

Таким образом, в общем виде полный вектор напряженности, как и любой другой параметр магнитного поля Земли, можно представить в виде

T = T норм + Δ Т вар + Δ Т а . (2.3)

С учетом выражения (2.2) аномальное магнитное поле рассчитывают по формуле

Δ Т а = T – T норм – Δ Т вар . (2.4)

Аналогично определяют аномалии других элементов полного вектора напряженности магнитного поля: Δ Z а , Δ H а .

2.1.4. Магнитные свойства горных пород

Основным магнитным параметром горных пород является магнитная восприимчивость ( χ ) , представляющая собой коэффициент пропорциональности между интенсивностью индуктивного намагничения ( I i ) и напряженностью намагничивающего поля: I i = χ T. Магнитная восприимчивость горных пород изменяется в широких пределах — от 10 –6 до 20 ед. СИ.

По магнитным свойствам все вещества делятся на три группы: диамагнитные, парамагнитные и ферромагнитные . У диамагнитных пород магнитная восприимчивость очень мала (10 –5 –10 –6 ед. СИ) и отрицательна, их намагничение направлено против намагничивающего поля. К диамагнетикам относятся многие минералы и горные породы, например , кварц, каменная соль, мрамор, нефть, графит, золото, серебро, свинец, медь и др. У парамагнитных пород магнитная восприимчивость положительна и также невелика. К парамагнетикам относится большинство осадочных, метаморфических и изверженных пород . Особенно большой (до нескольких единиц СИ) и положительной χ характеризуются ферромагнитные минералы, к которым относятся магнетит, титаномагнетит и ильменит.

Магнитная восприимчивость большинства горных пород определяется, прежде всего, присутствием и процентным содержанием ферромагнитных минералов (табл. 2.1). Среди изверженных пород наибольшей магнитной восприимчивостью обладают ультраосновные и основные породы, слабо- или умеренномагнитные кислые породы. У метаморфических пород магнитная восприимчивость обычно ниже, чем у изверженных. Осадочные породы, за исключением некоторых песчаников и глин, практически немагнитны.

Таблица 2.1. Магнитная восприимчивость основных минералов, горных пород и руд

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.

Экранирование магнитного поля Земли. Экран ММР-50

Геомагнитное поле Земли — магнитное поле, формируемое внутриземными источниками. Поле Земли сильно зависит от от географического положения объекта и в среднем имеет значения от 25 до 65 мкТл. В зонах магнитных аномалий, например в районе Курской магнитной аномалии, может иметь значения до 20 мкТл.

В ряде случаев при проектировании и эксплуатации высокочувствительного оборудования/датчиков, проведений лабораторных исследований или специализированном производстве, возникает необходимость максимально снизить магнитное поле Земли. Решить данную задачу помогают специальные экраны (Э), выполненные из стали, пермаллоев, сверхпроводников или аморфных сплавов.

Стальные экраны

Довольно громоздки. Должны иметь определенную формовку при их применении в различных устройствах (цилиндры, кубы и т.д.). Толщину материала для эффективного экранирования желательно выбирать от 2 мм. Для экранов желательно применять трансформаторную сталь с высокой магнитной проницаемостью.

Экраны из пермаллоев

Имеют высокую магнитную проницаемость при незначительной толщине материала. Главным недостатком является резкое снижение магнитных свойств материала при прикладывании механических воздействий к готовому экрану (экран нельзя сгибать).

Материалы на основе аморфных и нанокристаллических сплавов

На самом деле, оптимальными являются только материалы, созданные на основе аморфных сплавов с максимальной магнитной проницаемостью. Нанокристаллические сплавы гораздо дешевле, но имеют гораздо худший коэффициент ослабления магнитного поля Земли.

Нашей компанией был создан материал ММР-50, довольно эффективно экранирующий магнитное поле Земли. Основные характеристики материала:

толщина — от 126 мкм до 190 мкм с защитным покрытием;
ширина полотна — 62 см;
длина — поставляется в рулонах;
цвет — серый;
коэффициент ослабления — крайне сильно зависит от формы экрана (может колебаться от 1,1 до 20 раз в 1 слой);
восприимчивость к механическим воздействиям — легко сгибается и режется;
вес — 0,25 кг 1 погонный метр;
амплитуда магнитной индукции Bm, не менее 0,35 Тл при амплитуде напряженности магнитного поля 5 А/м;
амплитуда магнитной индукции Bm, не менее 0,38 Тл при амплитуде напряженности магнитного поля 25 А/м;
коэрцетивная сила Нс, не более 0,6 А/м при амплитуде напряженности магнитного поля 5 А/м.

Для оценки коэффициента ослабления был изготовлен цилиндр из магнитного экрана ММР-50 в один и несколько слоев. Слои размещались вплотную друг к другу, а так же разводились на расстоянии 3-5 мм друг от друга. Измерения проводились анализатором NFA 1000 (Gigahertz Solutions GmbH) с датчиком MS3-NFA.

Основные параметры датчика MS3-NFA:

частотный диапазон 0 Гц;
измерительный диапазон 10 нТл. 100 мкТл;
точность +/- 10% (при влажности 50% и температуре окружающего воздуха 20°C);
основа — датчик холла;
возможность 3-х координатных измерений или 1-координатных по-очередности в 3х плоскостях.

Зависимость ослабления поля Земли от формы экрана и количества слоев

Режим работы магнитостатического датчика: однокоординатный — ось Z (перпендикулярна поверхности Земли).

1. Плоская форма Э

Эффективность экранирования низкая. Составляет всего около 10%. При увеличении площади Э, эффективность ослабления будет возрастать, но незначительно. Причем, в данном случае будет сильно возрастать стоимость самого Э.

2. Экран в виде цилиндра без оснований. Однослойный и многослойный

Датчик помещался в цилиндр без оснований. Цилиндр лежит на боку. Высота цилиндра составляет около 25 см, диаметр около 8 см. Наилучшее ослабление достигается при размещении экрана таким образом, чтобы силовые линии огибали сам датчик по сплошному материалу, а не «перескакивали» между составными элементами Э. При прохождении силовых линий с «перескоками», достигается ослабление поля Земли на уровне 6,5 раз. При прохождении МП по цельному материалу (вдоль составных элементов), эффективность экр-ния доходит в 1 слой до 19,5 раз.

При применении многослойных конструкций, эффективность экр-ния значительно не возрастает. Коэффициент ослабления увеличился при применении семислойного экрана без воздушного зазора (начальные показатели 47 мкТл, конечные — 1,7 мкТл, ослабление в 27,64 раза). Применение воздушной прослойки не дало положительного эффекта, относительно однослойной системы.

Вас могут заинтересовать следующие материалы:

Что экранирует магнитное поле? Материалы, методы
Часть 1.Тестирование материала для экранирования переменных магнитных полей
Электромагнитные поля на карте Google Earth
Испытание экранирующей одежды
Экранирование квартиры, комнаты, дома. Как правильно выбрать материал.

Магнитное поле земли сколько нтл