Trường địa từ: tính năng, cấu trúc, đặc điểm và lịch sử nghiên cứu

2024 Tác giả: Henry Conors | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-02-12 14:35

Trường địa từ (GP) được tạo ra bởi các nguồn nằm bên trong Trái đất, cũng như trong từ quyển và tầng điện ly. Nó bảo vệ hành tinh và sự sống trên đó khỏi tác hại của bức xạ vũ trụ. Tất cả những người cầm la bàn đều quan sát thấy sự hiện diện của anh ta và xem cách một đầu của mũi tên hướng về phía nam và đầu kia hướng về phía bắc. Nhờ có từ quyển, những khám phá tuyệt vời đã được thực hiện trong vật lý và cho đến nay sự hiện diện của nó được sử dụng cho điều hướng hàng hải, dưới nước, hàng không và vũ trụ.

Đặc điểm chung

Hành tinh của chúng ta là một nam châm cực lớn. Cực bắc của nó nằm ở phần "trên" của Trái đất, không xa cực địa lý, và cực nam của nó nằm gần cực địa lý tương ứng. Từ những điểm này, các đường sức từ tạo nên từ quyển thích hợp kéo dài hàng nghìn km vào không gian.

Các cực từ và địa lý khá xa nhau. Nếu bạn vẽ một đường thẳng rõ ràng giữa các cực từ, bạn có thể kết thúc với một trục từ có góc nghiêng 11,3 ° so với trục quay. Giá trị này không phải là hằng số và tất cả là do các cực từ di chuyển so với bề mặt của hành tinh, thay đổi vị trí của chúng hàng năm.

Bản chất của trường địa từ

Lá chắn từ trường được tạo ra bởi các dòng điện (điện tích chuyển động) sinh ra trong lõi chất lỏng bên ngoài, nằm bên trong Trái đất ở độ sâu rất tốt. Nó là một kim loại lỏng, và nó chuyển động. Quá trình này được gọi là đối lưu. Chất chuyển động của hạt nhân tạo thành dòng điện và kết quả là từ trường.

Lá chắn từ tính bảo vệ Trái đất khỏi bức xạ vũ trụ một cách đáng tin cậy. Nguồn chính của nó là gió mặt trời - chuyển động của các hạt ion hóa chảy ra từ vành nhật hoa. Từ quyển làm chệch hướng dòng chảy liên tục này, chuyển hướng nó xung quanh Trái đất, để bức xạ cứng không có tác động bất lợi đến tất cả sự sống trên hành tinh xanh.

Nếu Trái đất không có địa từ trường, thì gió Mặt trời sẽ tước đoạt nó khỏi bầu khí quyển. Theo một giả thuyết, đây chính xác là những gì đã xảy ra trên sao Hỏa. Gió Mặt Trời không phải là mối đe dọa duy nhất, vì Mặt Trời cũng giải phóng một lượng lớn vật chất và năng lượng dưới dạng phóng xạ đăng quang, kèm theo một dòng hạt phóng xạ mạnh. Tuy nhiên, ngay cả trong những trường hợp này, từ trường của Trái đất bảo vệ nó bằng cách làm lệch hướng các dòng điện này khỏihành tinh.

Lá chắn từ trường đảo ngược các cực của nó khoảng 250.000 năm một lần. Cực từ bắc thay thế cho cực bắc và ngược lại. Các nhà khoa học không có lời giải thích rõ ràng tại sao điều này lại xảy ra.

Lịch sử nghiên cứu

Việc làm quen của những người có đặc tính tuyệt vời của từ tính trên cạn đã xảy ra vào buổi bình minh của nền văn minh. Ngay từ thời cổ đại, quặng sắt từ tính, magnetit, đã được nhân loại biết đến. Tuy nhiên, ai và khi nào được tiết lộ rằng các nam châm tự nhiên được định hướng như nhau trong không gian liên quan đến các cực địa lý của hành tinh vẫn chưa được biết. Theo một phiên bản, người Trung Quốc đã quen thuộc với hiện tượng này vào năm 1100, nhưng họ bắt đầu sử dụng nó trong thực tế chỉ hai thế kỷ sau đó. Ở Tây Âu, la bàn từ bắt đầu được sử dụng trong điều hướng vào năm 1187.

Cấu trúc và đặc điểm

Từ trường của Trái đất có thể được chia thành:

• từ trường chính (95%), các nguồn nằm trong lõi dẫn điện bên ngoài của hành tinh;
• từ trường dị thường (4%) được tạo ra bởi các tảng đá ở tầng trên của Trái đất có tính cảm từ tốt (một trong những từ trường mạnh nhất là từ trường dị thường Kursk);
• từ trường bên ngoài (còn gọi là biến số, 1%) liên quan đến tương tác giữa mặt trời và mặt đất.

Các biến thể địa từ thông thường

Những thay đổi trong trường địa từ theo thời gian dưới tác động của các nguồn bên trong và bên ngoài (liên quan đến bề mặt của hành tinh) được gọi là sự biến đổi từ trường. họ đangđược đặc trưng bởi độ lệch của các thành phần HP so với giá trị trung bình tại nơi quan sát. Các biến thể từ tính có sự chuyển dịch cơ cấu liên tục theo thời gian và thường những thay đổi như vậy là theo chu kỳ.

Các biến thể thường xuyên lặp lại hàng ngày là những thay đổi trong từ trường liên quan đến những thay đổi của mặt trời và nhật nguyệt trong cường độ MS. Sự thay đổi cao điểm vào ban ngày và khi đối lập với mặt trăng.

Các biến thể địa từ bất thường

Những thay đổi này xảy ra do ảnh hưởng của gió Mặt trời lên từ quyển của Trái đất, những thay đổi bên trong từ quyển và tương tác của nó với tầng khí quyển bị ion hóa.

• Các biến thể 27 ngày tồn tại như một mô hình cho sự tái phát triển của nhiễu loạn từ trường cứ sau 27 ngày, tương ứng với chu kỳ quay của thiên thể chính so với người quan sát trên trái đất. Xu hướng này là do sự tồn tại của các vùng hoạt động lâu đời trên ngôi sao chủ của chúng ta, được quan sát thấy trong một số vòng quay của nó. Nó biểu hiện dưới dạng một đợt nhiễu loạn địa từ và bão từ tái diễn trong 27 ngày.
• Các biến thể trong 11 năm có liên quan đến tính chu kỳ của hoạt động hình thành điểm của Mặt trời. Người ta nhận thấy rằng trong những năm tích tụ nhiều vùng tối nhất trên đĩa mặt trời, hoạt động từ trường cũng đạt cực đại, tuy nhiên, sự phát triển của hoạt động địa từ chậm hơn sự tăng trưởng của hoạt động mặt trời trung bình một năm.
• Các biến thể theo mùa có hai mức cao và hai mức thấp tương ứng vớiđiểm phân và thời điểm chí.
• Thế tục, trái ngược với ở trên, - có nguồn gốc bên ngoài, được hình thành do sự chuyển động của các quá trình sóng và vật chất trong lõi dẫn điện lỏng của hành tinh và là nguồn thông tin chính về điện độ dẫn của lớp phủ và lõi dưới, về các quá trình vật lý dẫn đến sự đối lưu của vật chất, cũng như cơ chế tạo ra trường địa từ của Trái đất. Đây là những biến thể chậm nhất - với khoảng thời gian từ vài năm đến một năm.

Ảnh hưởng của từ trường đến thế giới sống

Mặc dù thực tế là không thể nhìn thấy lá chắn từ trường, nhưng cư dân của hành tinh này hoàn toàn cảm nhận được điều đó. Ví dụ, các loài chim di cư xây dựng tuyến đường của chúng, tập trung vào đó. Các nhà khoa học đưa ra một số giả thuyết liên quan đến hiện tượng này. Một trong số họ cho rằng loài chim cảm nhận nó bằng mắt thường. Trong mắt của các loài chim di cư có các protein đặc biệt (cryptochromes) có thể thay đổi vị trí của chúng dưới tác động của trường địa từ. Các tác giả của giả thuyết này chắc chắn rằng các cryptochromes có thể hoạt động như một chiếc la bàn. Tuy nhiên, không chỉ các loài chim, mà cả rùa biển cũng sử dụng màn hình từ tính như một thiết bị định vị GPS.

Tác động của màn hình từ tính lên người

Ảnh hưởng của trường địa từ đối với một người về cơ bản khác với bất kỳ người nào khác, có thể là bức xạ hoặc dòng điện nguy hiểm, vì nó ảnh hưởng hoàn toàn đến cơ thể con người.

Các nhà khoa học tin rằng trường địa từ hoạt động trong dải tần số cực thấp, do đó nó đáp ứng chínhnhịp sinh lý: hô hấp, tim và não. Một người có thể không cảm thấy gì, nhưng cơ thể vẫn phản ứng với nó bằng những thay đổi chức năng trong hệ thần kinh, tim mạch và hoạt động của não. Các bác sĩ tâm thần đã theo dõi mối quan hệ giữa các đợt bùng nổ cường độ trường địa từ và sự trầm trọng thêm của các bệnh tâm thần trong nhiều năm, thường dẫn đến tự tử.

"Lập chỉ mục" hoạt động địa từ

Rối loạn từ trường liên quan đến những thay đổi trong hệ thống dòng điện từ quyển được gọi là hoạt động địa từ (GA). Để xác định cấp độ của nó, hai chỉ số được sử dụng - A và K. Chỉ số sau hiển thị giá trị của GA. Nó được tính toán từ các phép đo lá chắn từ được thực hiện hàng ngày với khoảng cách ba giờ, bắt đầu từ 00:00 UTC (Phối hợp theo giờ quốc tế). Giá trị cao nhất của nhiễu từ được so sánh với giá trị của trường địa từ của một ngày yên tĩnh đối với một tổ chức khoa học nhất định, trong khi giá trị lớn nhất của độ lệch quan sát được đã được tính đến.

Dựa trên dữ liệu thu được, chỉ số K. được tính. Do nó là một giá trị gần như logarit (nghĩa là nó tăng một khi độ nhiễu tăng lên khoảng 2 lần) nên nó không thể được tính trung bình để có được một bức tranh lịch sử lâu dài về trạng thái của các trường địa từ của hành tinh. Để làm điều này, có một chỉ số A, là chỉ số trung bình hàng ngày. Nó được xác định khá đơn giản - mỗi thứ nguyên của chỉ số K được chuyển đổi thànhchỉ số tương đương. Giá trị K thu được trong cả ngày được tính trung bình, nhờ đó có thể thu được chỉ số A, giá trị của chỉ số này vào những ngày bình thường không vượt quá ngưỡng 100 và trong những cơn bão từ nghiêm trọng nhất, nó có thể vượt quá 200.

Vì sự nhiễu loạn của trường địa từ ở các phần khác nhau của hành tinh được biểu hiện khác nhau, các giá trị của chỉ số A từ các nguồn khoa học khác nhau có thể khác nhau rõ rệt. Để tránh tình trạng tăng vọt như vậy, các chỉ số A thu được bởi các đài quan sát được giảm xuống mức trung bình và chỉ số toàn cục A_pxuất hiện. Điều này cũng đúng với chỉ số K_p, là một giá trị phân số trong phạm vi 0-9. Giá trị của nó từ 0 đến 1 chỉ ra rằng trường địa từ là bình thường, có nghĩa là các điều kiện tối ưu để truyền trong các dải sóng ngắn được bảo toàn. Tất nhiên, phải chịu một luồng bức xạ mặt trời khá mạnh. Trường địa từ gồm 2 điểm được đặc trưng như một nhiễu từ trung bình, điều này làm phức tạp hơn sự truyền đi của sóng decimet. Các giá trị từ 5 đến 7 cho biết sự hiện diện của các cơn bão địa từ tạo ra sự giao thoa nghiêm trọng với phạm vi đã đề cập và với một cơn bão mạnh (8-9 điểm) khiến cho sóng ngắn không thể đi qua.

Hoạt động của trường địa từ tại các điểm

Ar	Kr	Mô tả
0	0	Bình tĩnh
2	1
3
4
7	2	Yếu đuối phẫn nộ
15	3
27	4	Thấm thía
48	5	Bão từ
80	6
132	7	Bão từ lớn
208	8
400	9

Ảnh hưởng của bão từ đối với sức khỏe con người

50-70% dân số thế giới bị ảnh hưởng bởi bão từ. Đồng thời, sự khởi đầu của phản ứng căng thẳng ở một số người được ghi nhận 1-2 ngày trước khi xảy ra nhiễu loạn từ trường, khi quan sát thấy các tia sáng mặt trời. Đối với những người khác, vào lúc cực điểm hoặc một thời gian sau hoạt động địa từ quá mức.

Những người nghiện có phương pháp, cũng như những người mắc các bệnh mãn tính, cần theo dõi thông tin về trường địa từ trong một tuần, để loại trừ căng thẳng về thể chất và cảm xúc, cũng như bất kỳ hành động và sự kiện nào có thể dẫn đến căng thẳng, nếu bão từ đang đến gần.

Hội chứng thiếu hụt từ trường

Sự suy yếu của trường địa từ trong khuôn viên (trường siêu từ) xảy ra do đặc điểm thiết kế của các tòa nhà, vật liệu tường khác nhau, cũng như các cấu trúc bị nhiễm từ. Khi bạn ở trong phòng mà người bệnh suy yếu, tuần hoàn máu bị rối loạn, việc cung cấp oxy và chất dinh dưỡng cho các mô và cơ quan. Sự suy yếu của lá chắn từ cũng ảnh hưởng đến hệ thần kinh, tim mạch, nội tiết, hô hấp, hệ xương và cơ bắp.

Bác sĩ Nhật Bản Nakagawa "đã gọi"hiện tượng này được gọi là "hội chứng thiếu hụt từ trường ở người". Về ý nghĩa của nó, khái niệm này có thể cạnh tranh tốt với sự thiếu hụt vitamin và khoáng chất.

Các triệu chứng chính cho thấy sự hiện diện của hội chứng này là:

• mệt mỏi;
• giảm hiệu suất;
• mất ngủ;
• nhức đầu và đau khớp;
• giảm- và tăng huyết áp;
• trục trặc trong hệ tiêu hóa;
• rối loạn trong hệ thống tim mạch.