Pierwszym badaczem, który skojarzył pole geomagnetyczne z magnesem ziemskim był William Gilbert (1544-1603), fizyk i lekarz, pełniący funkcję osobistego lekarza królowej Elżbiety I. W wydanej w 1600 roku rozprawie De Magnete, Magneticisque Corporibus, et de Magno Magnete Tellure („O magnesach i ciałach magnetycznych, oraz o wielkim magnesie Ziemi”) opisał mechanizm powstawania pola magnetycznego Ziemi, prowadząc badania na modelu Ziemi (terrella – z łaciny „mała ziemia”). Wynikiem tych badań było powstanie koncepcji o umieszczeniu źródła pola geomagnetycznego w środku Ziemi. Gilbert wprowadził do terminologii fizycznej pojęcia elektryczności, biegunów magnetycznych, siły magnetycznej czy przyciągania magnetycznego.
Pole magnetyczne Ziemi może być zatem rozumiane jako pole pochodzące od dipola magnetycznego znajdującego się wewnątrz Ziemi. Mniej więcej na osi tego dipola znajdują się na powierzchni Ziemi bieguny magnetyczne. Nie pokrywają się one jednak, co też wynika z badań Gilberta, z biegunami geograficznymi (Rys. 1).
Oś biegunów magnetycznych nachylona jest pod kątem ok. 11° do osi obrotu Ziemi.
Bieguny cały czas przesuwają się po powierzchni Ziemi z prędkością około 15 km na rok, zataczając kręgi. Bieguny magnetyczne nie leżą dokładnie po przeciwnych stronach Ziemi – ich czasowe położenia przedstawiano poniżej:
Północny biegun (1965) 73,5° N 100,6° W
(2004) 82,3° N 113.4° W
Południowy biegun
(1965) 66,5° S 140,3° E
(2004) 63,5° S 138,0° E
Rys. 1 Obraz Ziemi z zaznaczonymi biegunami geograficznymi i magnetycznymi.
Według podanego wyżej modelu ziemskiego pola, jego źródłem miałby być ogromny magnes sztabkowy, czyli kuliste namagnesowane jądro.
Obecnie naukowcy uważają, że mechanizm powstawania ziemskiego pola magnetycznego jest podobny do tego, który działa w tzw. samowzbudnym dynamo Elsassera-Bullarda[1].
Dynamo to stanowi zmodyfikowaną wersję jednobiegunowego generatora Faradaya zbudowanego w XIX wieku. W takim dynamienie jest potrzebne pole magnesu stałego, jak w generatorze. Zamiast zewnętrznego stałego magnesu stosuje się w nim uzwojenie umieszczone na osi obrotu tarczy. Wystarczy nawet niewielkie zewnętrzne pole magnetyczne prostopadłe do tarczy, aby przez uzwojenie popłynął prąd. A przepływ prądu staje się źródłem pola magnetycznego (Rys.2).
Rys. 2 Model magnetycznego dynama Ziemi
Maksymalna wartość składowej prostopadłej do powierzchni Ziemi występuje na biegunach magnetycznych Ziemi (67 mT). Z kolei równiku magnetycznym jego wartość jest równa zero. W przeciwieństwie do tego, składowa równoległa na równiku magnetycznym osiąga wartość maksymalną (33 mT) i zero na biegunie magnetycznym. W Polsce wartości składowych stałego pola magnetycznego wynoszą w przybliżeniu: 50 mT składowa prostopadła i 20 mT równoległa.
Skutki zaniknięcia pola geomagnetycznego
Wpływ pola geomagnetycznego na ludzi zaczęto obserwować od rejestracji wydarzenia, nazwanego Laschamp excursion, które miało miejsce ok. 42 tys. lat temu. Nazwa tego zjawiska wzięła się z odkrycia w skałach Masywu Centralnego we Francji w okolicach wioski Laschamp prawie zerowej remanencji magnetycznej, co oznacza, że zanikło tam pole geomagnetyczne. Odkrycia magnetyzmu skał i interpretacji tego odkrycia dokonali w końcu lat 60. ubiegłego wieku Bonhommet i Babkin. Zauważyli oni, że 42 tys. lat temu świat doświadczył kilku stuleci warunków apokaliptycznych, wywołanych odwróceniem biegunów magnetycznych Ziemi.
Doprowadziło to do serii katastrofalnych wydarzeń, takich jak zniszczenie warstwy ozonowej. Burze elektryczne szalejały w tropikach, wiatry słoneczne generowały spektakularne pokazy świetlne (zorze polarne), arktyczne powietrze przelewało się przez Amerykę Północną, falowały pokrywy lodowe i lodowce oraz gwałtownie zmieniały się wzorce pogodowe.
Jedną z najnowszych hipotez odnoszących się do wydarzenia Laschamp jest związek z wyginięciem Neandertalczyków w Europie[2]. Zgodnie z tą hipotezą podczas tych wydarzeń życie na Ziemi zostało wystawione na intensywne światło ultrafioletowe, co mogło okazać się zabójcze dla żyjących w tym czasie istot. Paleontolodzy, zajmujący się oddziaływaniem pola geomagnetycznego, zauważają, że nowocześniejsze typy humanoidalne, takie jak Homo sapiens czy człowiek z Cro-Magnon, żyjące współcześnie z Neandertalczykami, uniknęły totalnego unicestwienia. Uważa się, że te człowiek współczesny był mniej podatny na promieniowanie ultrafioletowe. Badacze wciąż odkrywają w innych rejonach świata nowe efekty masowych wyginięć związanych z wydarzeniem Laschamp.
Generalnym wnioskiem, jaki można wyciągnąć z badań magnetopaleontologicznych, jest to, że jakaś część ludzkiej energii pochodzi z pola geomagnetycznego. A zatem jakie są skutki redukcji pola geomagnetycznego? Japoński lekarz Kyoichi Nakagawa spędził dwadzieścia lat badając wpływ słabego pola magnetycznego na ludzi. Stwierdził on, że istnieje „syndrom niedoboru pola magnetycznego”, ujawniający się przede wszystkim w osłabieniach pola geomagnetycznego. Syndrom braku pola magnetycznego przejawia się w sztywnieniu barku, kręgosłupa i szyi, lumbago, bólu klatki piersiowej, bólu i zawrotów głowy, bezsenności, przewlekłym zaparciach czy złym samopoczuciu.
Jest czymś zupełnie naturalnym, że objawy syndromu mogą zostać usunięte poprzez dostarczenie z zewnątrz dodatkowego pola magnetycznego. Dr Nakagawa prześledził również proces zmniejszania się pola geomagnetycznego – według jego badań od 1600 roku zmniejszało się ono w tempie 6,3% na stulecie.
W badaniach nad wpływem malejącego pola geomagnetycznego dr Nakagawa zajął się również współczesnością. Uważa on, że współczesna technologia również ogranicza pole elektromagnetyczne, chociażby poprzez wyroby ze stali, takie jak pojazdy, czy uzbrojenia budynków. Stawia hipotezę, że powstaje syndrom niedoboru pola magnetycznego, wywołany tym razem sztucznie, który prowadzi do zaburzeń centralnego systemu nerwowego i rytmu dobowego.
Równolegle do prac doktora Nakagawy, prowadzone są badania wpływu słabego i bardzo słabego pola magnetycznego na zdrowie ludzi, Badacze opierają się w tych badaniach na analogii zjawisk, w których brak grawitacji powoduje konkretne zaburzenia – chociażby w budowie układu kostnego (almost no magnetic field state). Wprowadzone zostało pojęcie „hypomagnetic field” („pole hypomagnetyczne”) i w celu przyjęto, że jest to pole o wielkości nie przekraczającej 300 nT. Jest to daleko niższa indukcja magnetyczna od pola geomagnetycznego. Jednak ze względu na to, że, jak wskazuje przeszłość, stany zaniku pola magnetycznego Ziemi mogą się przydarzyć, należy prowadzić badania oddziaływania pola hypomagnetycznego na organizm ludzki i na środowisko.
W latach 20. obecnego stulecia wykonano już szereg takich badań. Wykazano między innymi wpływ HMP na układ krążenia, znaczne obniżenie rozkurczowego (dystolicznego) ciśnienia krwi czy spowolnienie rytmu serca. Ponieważ badania te są stosunkowo nowe, należy, jak się wydaje, poczekać z ich omawianiem. Zainteresowany tymi badaniami Czytelnik może poznać stan obecny badań w monografii przedstawionej na stronie https://elektrofakty.pl/2023/05/09/omowienie-ksiazki-bioelectromagnetism-history-foundations-and-applications.
Podsumowanie
Badania związane z polem geomagnetycznym, czy badania, dotyczące pola hypomagnetycznego, otwierają nowy rozdział w badaniach bioelektromagnetycznych. Może się bowiem okazać, że słabe pole magnetyczne jest czynnikiem niezbędnym dla ludzkiej egzystencji. Ponieważ przedstawione wyżej badania, i wynikłe z nich hipotezy, dotyczą pola magnetostatycznego, należałoby przebadać pole hypoelektromagnetyczne o bardzo niskiej intensywności.
[1] Elsasser Walter Maurice, 1904 -1991, fizyk amerykański, pochodzenia niemieckiego, Sir Edward Bullard 1907-1980, fizyk brytyjski
[2] Channell J.E.T. , Vigliotti L. (2019), The role of geomagnetic field intensity in late Quaternary evolution of humans and large mammals, Rev. Geophys. 709-738