Оценка-влияния-магнитных-бурь-294694. В соответствии с поставленной целью в работе необходимо решить следующие задачи
 Скачать 296.48 Kb.
|
|
СОДЕРЖАНИЕ ВведениеМеханизмам влияния магнитных бурь на биологические системы различной организации в последние годы уделяется все больше внимания, поскольку, относясь к категории «слабых экологических факторов», эти воздействия обладают выраженным биотропным эффектом, который проявляется не только на уровне индивидуального цикла развития, но и существенно влияет на характер развития последующих поколений в целом. Большинство проводимых исследований касаются изучения влияния магнитных бурь на течение различного рода заболеваний, их возможное обострение в дни магнитных бурь. Для нас представляется интересным проведение исследования влияния магнитных бурь на молодежь (от 17 до 20 лет), поскольку данная категория людей в силу своих возрастных физиологических особенностей практически не отмечает какого-либо видимого воздействия магнитных бурь на их психофизиологический статус. Считаем целесообразным выдвинуть следующую гипотезу в рамках проводимого исследования: вне зависимости от ощущения человеком ухудшения состояния во время действия магнитных бурь, данное явление оказывает прямое воздействие на общий уровень психофизиологического состояния человека. Целью написания курсовой работы выступает проведение оценки влияния магнитных бурь на общее психофизиологическое состояние человека. В соответствии с поставленной целью в работе необходимо решить следующие задачи: Изучить теоретические аспекты понятия «магнитные бури», включая краткую характеристику рассматриваемого понятия, его происхождение и возможности прогнозирования рассматриваемого явления; Оценить влияние магнитных бурь на здоровье человека; Представить перечень мероприятий, направленных на профилактику негативного влияния магнитных бурь на здоровье человека. Объектом курсовой работы выступают магнитные бури как геомагнитное явление. Предметом работы являются механизмы влияния магнитных бурь на здоровье человека. Теоретико-методологическую основу работы составляют исследования таких авторов, как Андрюшаев К.А., Водеников С.К., Бубличенко М.М., Галанин А.В., Кислякова Ю.В., Мизун Ю.Г., Мизун Ю.В., Мягкова И.Н., Пеньковская Р.М., Момоток С.А., Степанюк И.А. и др. В работе использованы методы анализа научной литературы, наблюдения, графический метод. Курсовая работа состоит из введения, основной части, включающей две главы, заключения, списка используемой литературы, включающего источников. В работе представлено 9 рисунков. 1. Теоретическая частьЕще в средние века мореплаватели обратили внимание, что бывают дни, когда стрелка компаса вдруг начинает беспорядочно колебаться в продолжение нескольких часов и даже нескольких суток, делая компас совершенно непригодным для навигационных расчетов. Это явление моряки и окрестили магнитной бурей. Но только в XVIII в. французский астроном Лемонт заметил, что интенсивность и частота магнитных бурь тем больше, чем больше на Солнце пятен. Это стало первым открытием связи земных явлений с солнечной активностью. Магнитное поле показывает противодействие давлению солнечного ветра. Среди причин возникновения магнитных бурь, равно как и геомагнитных возмущений и полярных сияний можно выделить следующие: ударная волна солнечного ветра, возникающие электрические токи в магнитосфере Земли; часть солнечной плазмы, проникающая внутрь магнитосферы вблизи зон схождения магнитных силовых линий на магнитных полюсах земли (каспы). 1 Магнитосферная буря начинается с момента сжатия магнитосферы и сопровождается эффектом взрывных процессов. Продолжительность таких процессов (получивших название магнитосферных суббурь) составляет от 1 до 3 часов. Средние месячные значения геомагнитной активности имеют ясно выраженный годовой ход: наблюдаются два максимума, приуроченные к эпохам равноденствия (осень, весна) и два минимума в эпохи солнцестояния (лето, зима). В эпохи равноденствия, когда плоскости земного и солнечного экватора совпадают, земная поверхность наиболее подвержена радиации, излучаемой солнечными пятнами. Следовательно, причину максимальной магнитной активности весной и осенью можно видеть в максимальной радиации, посылаемой солнечными пятнами. В структуре магнитной активности отмечается и суточный ход с минимумом, приходящимся на 10-11 часов и максимумом на 24 часа. Последний связывают с влиянием корпускулярного излучения, проникающего под действием магнитного поля в атмосферу с ночной стороны. Во время магнитосферных и геомагнитных бурь на поверхности Земли наблюдаются мощные полярные сияния, ионосферные возмущения, увеличивается поток рентгеновского и ультрафиолетового излучения, наблюдаются сверх низкочастотные электромагнитные волны и другие явления. Магнитные бури на Земле возникают из-за повышения активности некоторых зон на Солнце. Изменения активности Солнца выявляются при наблюдениях в оптическом диапазоне по так называемым пятнам. Эти пятна обычно располагаются группами. По современным представлениям, они являются трубками силовых линий магнитного поля, которые в сечении и выглядят пятнами. Они как бы всплывают из глубинных слоев Солнца в результате конвекции. Температура пятен ниже, чем температура окружающих областей, поэтому они выглядят тёмными.2 Кроме пятен важное значение для Земли имеют протуберанцы – выбросы в окружающее пространство солнечного вещества (плазмы). Вещество может возвращаться обратно – это наблюдается как повисшая над Солнцем «дуга». Либо его скорость достаточно велика, чтобы оторваться от Солнца и начать распространяться, пересекая и орбиту Земли. При распространении сильно падает плотность и, естественно, исчезает свечение. Изменения солнечной активности влекут за собой изменения характеристик так называемого солнечного ветра. Поток заряженных частиц солнечного ветра приводит к изменениям в верхних оболочках атмосферы. Самой верхней из них является магнитосфера. Она имеет очень сложную форму (рисунок 1).  Рисунок 1 - Схема взаимодействия солнечного ветра с магнитосферой Земли 1 – магнитопауза; 2 – геомагнитный экватор; 3 – ударная волна; 4 – области захваченной радиации; 5 – нейтральный слой; 6 – зона полярных сияний; 7 – линии магнитного поля3 Взаимодействие частиц с магнитосферой и с более низкими слоями, ионосферой и стратосферой, очень непростое. Если сильно упрощать, то, во-первых, взаимодействие с магнитным полем приводит к возмущениям характеристик этого поля, что, собственно, и считается магнитной бурей. Во-вторых, при повышенной энергии частиц верхние слои атмосферы (на высотах примерно 100 км) ионизуются, и возникают полярные сияния, некоторые – фантастичнее многих лазерных шоу. Магнитосфера, преимущественно формирующая бури, настолько велика, что любые изменения в её структуре сильно сказываются на жизнедеятельности тех сверхкрохотных существ (в том числе и нас с вами), которые составляют биосферу Земли. Таким образом, всё происходящее вблизи поверхности Земли определяется сложными электрофизическими процессами в магнитосфере и частично в ионосфере, т.е. довольно далеко. Однако эти процессы настолько мощные и объёмные, что их последствия в биосфере проявляются со всей определённостью в любом месте земного шара. Магнитные бури – мощные возмущения магнитного поля нашей планеты, связанные с повышением солнечной активности, сменой межпланетной секторной структуры магнитного поля, а также с различными возмущениями в магнитном поле самой Земли4. Виды магнитных бурь представлены на рисунке 2.  Рисунок 2 – Виды магнитных бурь Геомагнитные бури возникают одновременно на всей поверхности Земли и продолжаются от двух до нескольких суток. При этом наибольшая их интенсивность приходится на первые часы. Геомагнитную бурю представляют состоящей из двух фаз: начальной и главной. Начальная фаза характеризуется внезапным возрастанием напряженности магнитного поля, которое является следствием сжатия магнитосферы корпускулярным потоком, выброшенными из активных областей на Солнце. Период развития бури от момента уменьшения горизонтальной Н-составляющей до ее восстановления – главная фаза геомагнитной бури. Во время главной фазы наблюдается интенсивное внедрение частиц внутрь зоны земной атмосферы вдоль овала полярных сияний или иначе начинается суббуря в полярных сияниях. Одновременно наблюдаются геомагнитные возмущения в полярных областях, которые получили название полярных магнитных суббурь. 5 Если электромагнитная радиация Солнца, поступающая на планету, характеризуется мощностью порядка 1017 Вт, то мощность плазмы солнечного ветра, приходящаяся на поперечное сечение земной магнитосферы, составляет всего 1012-5*1013 Вт, а мощность его электромагнитного поля (т.н. поток вектора Пойнтинга) в пределах (0-5*1012) Вт. То есть, энергия, поступающая из межпланетной среды во много раз меньше энергии солнечной радиации. Однако эта энергия может, в отличие от солнечной радиации, очень быстро и весьма значительно меняться во времени (в 100 раз за несколько минут) и, кроме того, темп ее поступления в магнитосферу тоже может испытывать быстрые и значительные изменения. Именно такие изменения приводят к всплескам электрических полей и токов в околоземном пространстве, способным предположительно воздействовать на погодно-климатические факторы и непосредственно (или опосредованно) на отдельные живые организмы. Количественной мерой геомагнитной активности являются индексы геомагнитной активности, характеризующие локальную и глобальную возмущенность.6 В настоящее время их существует более двух десятков и число их непрерывно растет. Например, Институт земного магнетизма и распространения радиоволн РАН представляет результаты измерений в виде вариаций индукции (отклонений от среднего значения) по трём компонентам – H, D и Z (соответственно меридиональной, широтной и высотной, рисунок 3). Наиболее распространённый в геофизике K-индекс – так называемый локальный K-индекс определяется непосредственно по данным обсерватории, выполняющей измерения, и характеризует происходящие геомагнитные возмущения в данной точке за каждые три часа по универсальному мировому времени (UT). Магнитные бури – это возмущения при K  4 амплитудой свыше 50 нТл. Видно, что магнитные бури наблюдались в начале представленного суточного периода (K = 5) и в конце (K = 4). Рисунок 3 - Возмущения ГМП (с сайта ИЗМИРАН) Сегодня уже понятны многие физические механизмы, лежащие в основе воздействия магнитных бурь на технические, биологические и природные объекты. Так, лабораторные эксперименты показали, что во время магнитных бурь на поверхности металлических конструкций возникают наведенные электрические токи. Они-то и становятся причиной пожаров и взрывов на нефте- и газопроводах и повреждений в линиях электропередач7. Наведенные токи на поверхности искусственных спутников Земли иногда вызывают сбои в работе гироскопов стабилизации, что приводит к сходу ИСЗ с орбит и их гибели в плотных слоях атмосферы. Сильные вариации магнитного поля Земли во время магнитных бурь создают наведенные токи не только в металлических проводниках, но также и на поверхности Земли. Во время мощных вспышек поток ультрафиолетового излучения возрастает в десятки раз, что вместе с выброшенным вспышкой веществом приводит к разогреву верхних слоев земной атмосферы. Атмосфера при этом расширяется и начинает тормозить движение Искусственного Спутника Земли, что приводит к их незапланированному преждевременному сходу с орбиты. Одновременно быстрый разогрев атмосферы приводит к резкому изменению режима циркуляции воздушных потоков, что может стать причиной катастрофических природных процессов. Магнитные бури оказывают воздействие на человеческий организм практически в любой точке планеты, однако в некоторых местах данное действие ощущается особенно сильно. По географическому положению это жители Архангельска, Петрозаводска, Мурманска, Сыктывкара, норвежцы, шведы, финны, т.е. места севернее 60-й параллели. Также магнитное воздействие сильно в самолетах и метро. В частности, магнитные поля в метро возникают, когда поезда трогаются с места или резко тормозят. Сильнее всего они в кабине машиниста, в вагонах и у края платформы. Среди последствий магнитных бурь можно выделить следующие основные: Нарушения в работе телеграфных линий, трубопроводов, линий электропередач (ЛЭП) и энергосетей; Нарушения радиосвязи; Проблемы с навигацией космических аппаратов; Повышение радиационной опасности для космических полетов и трансполярных авиаперелетов; Ухудшение самочувствия людей.8 Таким образом, геомагнитная буря – это мощное возмущение магнитного поля нашей планеты, связанные с повышением солнечной активности, которые приводят к всплескам электрических полей и токов в околоземном пространстве, воздействуют на погодно-климатические факторы и непосредственно (или опосредованно) на отдельные живые организмы. Влияние магнитных бурь ощущают на себе абсолютно все живые организмы, все люди. Однако кто-то может и вовсе не заметить «каких-то там» бурь, а у кого-то резко ухудшится самочувствие. Здоровые люди с хорошо развитыми адаптативными механизмами не ощущают на себе никакого влияния геомагнитных возмущений, поскольку их организм адекватно реагирует на это влияние. Тем не менее, для большинства людей магнитная буря – это стресс, ведь в период магнитной бури человеческий организм усиленно вырабатывает гормон стресса кортизол и, в то же время, подавляет выработку мелатонина – гормона, который отвечает за адаптацию.9 Вопросам прогнозирования магнитных бурь посвящено большое число работ отечественных и зарубежных ученых. В частности, необходимо отметить исследования А.Л. Чижевского, открывшего длиннопериодные влияния магнитных бурь. Н.И. Хорсева обнаружила влияние магнитных бурь на внутриутробное развитие детей. Наибольшее внимание уделяется прогнозу тех магнитных бурь, которые могут развиться вследствие взаимодействия высокоскоростных потоков солнечного ветра вспышечной и эруптивной природы со спокойным солнечным ветром и магнитосферой Земли. Для прогноза таких бурь обычно используются комплексные методы: прогноз вероятности спорадического выброса коронального вещества; анализ вероятности и времени прихода к Земле потока от места выброса с данными координатами; проверка направления межпланетного магнитного поля ММП (южное направление ММП в сочетании с высокой скоростью и плотностью солнечного ветра - наиболее благоприятные условия для начала магнитной бури); использование моделей, опирающихся на знание статистической связи между солнечно-земными параметрами: поиск сочетания численных значений этих параметров, предваряющих начало бури (используются солнечные данные, данные по плазме солнечного ветра и космическим лучам, а также индексы геомагнитной активности). Для того чтобы предсказать наступление магнитной бури, надо уметь предсказывать их первопричину - взрывы на Солнце, или солнечные бури. Возмущения магнитного поля Земли вызываются выбросами солнечной энергии при взрыве, когда в межпланетное пространство выбрасываются потоки заряженных частиц. Достигнув Земли, они взаимодействуют с магнитной оболочкой нашей планеты и вызывают ее возмущение. В прогнозе обычно указывается, в какие дни ожидаются резкие изменения соотношения погодных и других геофизических факторов, возможны возмущения одного, либо одновременно нескольких показателей, таких, как гравитационные факторы, перепады атмосферного давления, геомагнитные возмущения и магнитные бури, смена температуры окружающего воздуха. Такие дни в быту называются неблагоприятными или критическими для больных, ослабленных болезнью или просто сильно переутомленных людей. В настоящее время составляются прогнозы как солнечных, так и магнитных бурь, однако пока их оправдываемость не является стопроцентной.10 Однако реальное совершенствование прогнозов все еще осложняется тем, что физический механизм солнечной активности остаётся до настоящего времени неизвестным. Существуют теоретические модели, например, связанные с периодическим перемещением Солнца относительно общего барицентра (гравитационного центра) Солнечной системы, с влиянием на такие перемещения положения планет Солнечной системы, особенно планет-гигантов. Также известны модели, где предполагается прямое влияние планет на приливные процессы в атмосфере Солнца. Однако все эти модели могут быть использованы лишь для долгосрочных прогнозов. Таким образом, по итогам главы можно сделать следующие выводы: Магнитные бури – мощные возмущения магнитного поля нашей планеты, связанные с повышением солнечной активности, сменой межпланетной секторной структуры магнитного поля, а также с различными возмущениями в магнитном поле самой Земли. Причинами возникновения магнитных бурь являются ударная волна солнечного ветра, возникающие электрические токи в магнитосфере Земли; часть солнечной плазмы, проникающая внутрь магнитосферы вблизи зон схождения магнитных силовых линий на магнитных полюсах земли (каспы). Количественной мерой геомагнитной активности являются индексы геомагнитной активности, характеризующие локальную и глобальную возмущенность. Наиболее сильное воздействие магнитных бурь на организм человека наблюдается в местах севернее 60-й параллели, самолетах и метро. Среди последствий магнитных бурь выделяют нарушения в работе телеграфных линий, трубопроводов, линий электропередач (ЛЭП) и энергосетей; радиосвязи; проблемы с навигацией космических аппаратов; повышение радиационной опасности для космических полетов и трансполярных авиаперелетов; ухудшение самочувствия людей. Для прогноза магнитных бурь используются методы: прогноз вероятности спорадического выброса коронального вещества; анализ вероятности и времени прихода к Земле потока от места выброса с данными координатами; проверка направления межпланетного магнитного поля ММП; использование моделей, опирающихся на знание статистической связи между солнечно-земными параметрами. |