Проект "Последствия изменения магнитного поля"

 

 

Муниципальное бюджетное образовательное учреждение Средняя общеобразовательная школа №4 городского округа Стрежевой

с углубленным изучением отдельных предметов

 

Последствия изменения магнитного поля Земли.

 

 

 

Авторы: Шокарев Александр, Абдурагимов Фахрад,

обучающиеся 10 «А» класса

МБОУ СОШ №4

городского округа Стрежевой.

 

Руководитель: Будовая Оксана Викторовна,

учитель физики

МБОУ СОШ №4

городского округа Стрежевой.

 

 

 

 

Стрежевой 2013

 

Содержание

 

 

Раздел 1 «Введение»

Наша планета окружена особой материей – магнитным полем. Магнитное поле Земли – своеобразный щит, оберегающий нас и весь органический мир. Не будь у земли магнитного поля, защищающего его от солнечной радиации, наша планета превратилась бы в выжженную пустыню, а живые существа погибли бы.

Существует теория, по которой человеческая память напрямую зависит от картины магнитного поля Земли. Даже во время полнолуния наблюдается резкий скачок преступлений и психозов, происходящих с людьми. Всё из-за того, что картина магнитного поля Земли изменилась под действием такого расположения Луны.

А теперь представьте, что будет с нами, если картина магнитного поля  Земли изменится на противоположную. Или, как утверждают некоторые исследователи, планета на некоторое время лишится магнитного поля.

В таком случае мы окажемся беззащитны перед солнечной радиацией, но и это не самое страшное. Отсутствие магнитного поля “размагнитит” наш мозг – превратит его в чистый белый лист!

Поэтому изучения изменения магнитного поля Земли и к чему это может привести-очень актуальная проблема современного мира.

Цель работы: Донести до сведения учащихся информацию, связанную с изменением магнитного поля Земли и его последствий.

Предмет исследования: Магнитное поле Земли.

 

Задачи исследования:

1)На основе анализа научно-популярной литературы и сети Internet описать последствия изменения магнитного поля Земли.

2)Провести статистическийопрос среди обучающихся МБОУ СОШ № 4 по данной теме.

3)Провести открытый урок  по теме: «Последствия изменения магнитного поля Земли».

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Раздел 2 «Литературный обзор»

Магнитное поле Земли или геомагнитное поле — магнитное поле, генерируемое внутриземными источниками. Предмет изучения геомагнетизма.

2.1 Строение и характеристики магнитного поля Земли1

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».

2.2 Плазмосфера

Заметное влияние на магнитное поле на поверхности Земли оказывают токи в ионосфере. Это 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.

 

 

2.3 Параметры поля2

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. Вектор 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•1025 Гс•см³ (или 7,812•1022 А•м²), уменьшаясь в среднем за последние десятилетия на 0,004•1025 Гс•см³ 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.

 

2.4 Научные Исследования3

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. В океанической коре, таким образом записаны все изменения магнитного поля Земли за последние 180 млн лет. Сопоставляя участки с одинаковой намагниченностью по разные стороны океанических хребтов, можно определить, когда эти участки начали расходиться.

Немецкие ученые из Исследовательского центра наук о Земле GFZ забили тревогу —оказывается, нашу планету в самом скором времени ждет переворот магнитного поля, вызванный какими-то непонятными движениями магмы и мантии внутри Земли. Причем возможная инверсия оценивается практически как апокалипсис.

Первым, кто заметил, что с магнитным полем Земли происходит что-то неладное, был Христофор Колумб. Во время своего путешествия из Европы в Америку в 1492 году его штурман с помощью секстанта обнаружил отклонения от курса. Моряки выровняли корабль и пошли строго по компасу, но потом снова обнаружили, что сбились с курса. На корабле тогда едва не вспыхнул бунт — матросы были уверены, что некая дьявольская сила сбивает их корабли с верной дороги. Схватившись за багры и топоры, матросы потребовали у Колумба поворачивать назад, к Испании. Неизвестно, как бы сложилась история Америки в случае, если бы им удалось настоять на своем, но находчивый Колумб не растерялся, а выхватил топор из рук какого-то юнги и поднес к компасу. Как и следовало ожидать, стрелка компаса тотчас же отклонилась к железному топорищу.

—Это никакой не дьявол, — объяснил мореплаватель притихшей команде. — Наверное, на дне моря находятся огромные запасы железной руды, которые и притягивают к себе стрелку компаса.

Столь простое объяснение показалось матросам удовлетворительным, и бунт вскоре утих. Однако сам Колумб насчет океанских месторождений железа не обманывался—вот уже несколько дней он вел наблюдения за странным фактом смещения Северного полюса куда-то в сторону. И в тот день в своем корабельном журнале Колумб записал: «Магнитное поле не всегда верно указывает на север, нужны дополнительные измерения». «Огонек» решил выяснить у профессора Вадима Головкова, заместителя директора Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н В. Пушкова РАН, какую роль играет в жизни Земли магнитное поле и чем нам грозит «перепланировка» магнитных полюсов.

2.5 Непостоянная планета4

—Действительно, магнитное поле не отличается постоянством, — говорит профессор Вадим Головков. Например, в Европе раньше стрелка компаса указывала на север, а через столетие уже на северо-запад.

Сегодня магнитный Северный полюс находится недалеко от географического,  в пределах 10—15 градусов широты, но периодически меняет свое положение в направлении Канады. И за определенное время успевает обойти вокруг земной «макушки».

—Получается, компасу доверять нельзя?

—Можно. Но с учетом всех дополнительных измерений, показывающих изменения магнитного поля, они наносятся на географические карты в виде изолиний магнитного склонения, и используются мореплавателями для определения курса движения.  

Но почему Земля вообще является магнитом? В настоящее время однозначных взглядов на механизм возникновения магнитного поля Земли не существует. Общепринятой является идея о динамо-эффекте. Эта теория зародилась еще в XVIII веке, когда английский ученый Генри Кавендиш измерил массу Земли. Стало ясно, что плотность Земли слишком высока, чтобы она состояла только из камня. И Кавендиш предположил, что центр нашей планеты состоит из железо-никелевого ядра, как и большинство метеоритов. В 1906 году ученые, изучив волны землетрясений, подтвердили теорию Кавендиша — Земля действительно имеет железо-никелевое ядро, то есть сферу приблизительно 6900 километров в диаметре, которая по своему весу составляет одну треть массы всей планеты. Это ядро с большой скоростью вращается в слое раскаленной магмы, создавая завихрения, своего рода водовороты расплавленного никелевого железа, которые, в свою очередь, и создают эффект электрического тока, текущего по кругу. То есть именно благодаря наличию подвижного ядра планеты в Землю оказался, будто бы вставлен брусок магнита, поставленный по вертикали север—юг. Однако, как теперь выясняется, этот природный магнит сам все время куда-то перемещается, изменяя не только направление силовых линий, но и силу, интенсивность самого поля, измеряемого в нанотеслах.

—Периодичность спада и подъема интенсивности магнитного поля примерно 10 тысяч лет, — объясняет Вадим Петрович.

Средняя величина поля постепенно падает раза в два, а затем снова возрастает. Это похоже на сокращение сердца Земли, одно биение в 10 тысяч лет. Как раз в тот момент, когда интенсивность поля максимально снижена, происходит инверсия—цельноерассыпания поля на части, каждый осколок сам по себе, наступает «магнетический хаос». Раздробленное магнитное поле становится в 5—10 раз слабее. Это уже «мерцательная аритмия» Земли. В этот момент Северный и Южный полюса могут поменяться местами. Но не обязательно. Последняя полная смена полюсов при инверсии случилась на Земле 780 тысяч лет назад. Период от инверсии до инверсии ученые называют магнитной эпохой. Каждая такая магнитная эпоха имеет «собственное» имя—в честь одного из знаменитых магнитологов. Нынешний магнитный цикл носит имя Гаусса.

—Палеонтологам известно, как повлияла эта последняя смена полюсов на земную жизнь?

—Доподлинно—нет. Некоторые ученые предполагают, что в период инверсии из-за того, что на Землю попадает большее количество космических лучей, могут происходить мутации и даже гибель какого-то одного вида, замена его другим. К примеру, есть гипотеза, будто гибель динозавров была связана с одной из инверсией. Но ни одного яркого доказательства этому предположению до сих пор не нашлось.

—Можно ли прогнозировать дату будущей инверсии?

—Можно прогнозировать не дату, а на протяжении какого времени инверсия не случится. Инверсия не бывает внезапной — должен произойти распад поля. А это очень длительный процесс. Сейчас мы живем на склоне магнитного поля — измерения за последние 200 лет показывают, что оно слабеет. Со скоростью примерно 20 нанотесла в год. Всего же на сегодняшний день сила магнитного поля Земли составляет 50 тысяч нанотесла в год. Разделите 50 тысяч на 20, и вы получите срок возможной инверсии — примерно через 2,5 тысячи лет. Может, и раньше. Ничего удивительного в том, что поле слабеет, нет—это естественный цикличный процесс. Почему же нас тревожат изменения магнитного поля? Они ведь происходят постоянно, и мы не замечаем никакого особенного влияния. Само по себе поле неравномерно — ближе к полюсу его интенсивность в два раза сильнее, чем у экватора. Не говоря уже о магнитных аномалиях—Сибирской, Южно-Атлантической, Канадской, на территории которых сила магнитного поля совсем низкая. Но люди пересекают на самолетах половину земного шара, попеременно попадая в разные зоны, и это никак не отражается на их здоровье.

2.6 Магнитный щит5

Спад и подъем интенсивности поля—процессы закономерные, как прилив и отлив. Почему же столько опасений вызывает грядущий спад? Магнитное поле Земли защищает жителей Земли и искусственные спутники от губительного воздействия космических частиц. К таким частицам относятся, например, ионизированные частицы солнечного ветра. Магнитное поле, «окутывающее» Землю, изменяет траекторию движения космических и солнечных частиц, направляя частицы вдоль линий поля. Некоторая часть космических лучей все равно попадает на Землю, но теряет свой заряд, проходя через атмосферу. В момент инверсии магнитное поле Земли сильно ослабевает, а значит, космические лучи в большем количестве беспрепятственно попадают на нашу планету. Размышляя на эту тему, режиссеры создают фильмы о новой расе людей-мутантов, о новых видах животных на Земле, о возвращении на пустынную Землю космонавтов, переживших в космическом корабле магнетический кризис планеты. Насколько реалистичными могут быть такие прогнозы? И если смена полюсов случится, какие последствия она будет иметь для человечества?

—Точного ответа на этот вопрос нет, — говорит Вадим Петрович. — Но, я полагаю, человечество благополучно переживет инверсию, даже со сменой полюсов. Действительно, может увеличиться уровень космической радиации. Вопрос, насколько сильно увеличится? Мы этого не знаем. Можно предположить, что космическая радиация приведет к более высоким показателям онкологических заболеваний. Но, я думаю, влияние космической радиации в случае инверсии будет меньше, чем, к примеру, последствия Чернобыльской катастрофы.

—Могут ли люди каким-либо образом повлиять на процессы колебания магнитного поля Земли — ну, скажем, испытывая ядерные бомбы?

— Нет, человеческая деятельность не может повлиять на изменения магнитного поля — это несопоставимые по масштабу процессы.

—Какие процессы на поверхности Земли могут быть спровоцированы инверсией?

—Во время инверсии за счет электромагнитного взаимодействия между жидким ядром и твердой мантией может меняться скорость вращения ядра, что приводит к появлению в земной коре дополнительного упругого напряжения. Это и другие изменения внутри Земли могут спровоцировать извержения вулканов и землетрясения.

—Мы лишимся ориентиров — компас можно будет выбросить.

—Но человечество больше не зависит от компаса — есть GPS. Если кто и пострадает от дезориентации — это перелетные птицы. Ведь они, улетая на юг и возвращаясь на север, ориентируются по «внутреннему компасу». Можно предположить, что космонавты, работающие на орбите Земли, лишатся защиты магнитного поля и космические лучи станут выводить из строя технику и вредить здоровью самих космонавтов. С другой стороны, космонавты уже летали на Луну без всякого магнитного поля и остались живы-здоровы. Наверняка при «магнетическом хаосе» станет невозможно использовать для дальней связи короткие радиоволны, но через 2 тысячи лет наверняка появятся такие технологии связи, которые нам и не снились. К тому же не факт, что смена полюсов вообще состоится. Вполне возможно, Земля глубоко вздохнет и начнет наращивать поле без всякой инверсии.

Исходя из вышеизложенного, следует предположить, что смена магнитных полюсов Земли может привести к обратимым или необратимым изменениям жизни на планете.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Раздел 3 «Методика исследования»

1)Был проведен анализ научно-популярной литературы, связанный с изучением последствий изменения магнитного  поля Земли.

Смена полюсов происходит почти каждые 500 тыс. лет из-за изменения направления течения в толще нашей планеты огромных масс жидкого железа, движущихся вокруг твердого ядра Земли. Однако нынешний период распределения магнитных полюсов затянулся - они не менялись местами уже более 750 тыс. лет.