Site Loader

Содержание

Магнитное поле помогает оздоровлению мышц. В спортзал можно не ходить?

Автор фото, Getty Images

Недавнее исследование, проведенное учеными из Национального университета Сингапура, показало, что один из белков, входящих в состав нашей мышечной ткани, реагирует на слабое магнитное поле, стимулируя мышечный рост.

С возрастом люди постепенно теряют мышечную массу и силу. Причины этого до сих пор толком не известны, поэтому изучение всех аспектов мышечного здоровья представляет немалый интерес, как для ученых, так и для всех, кто столкнулся с проблемой возрастной потери мышечной массы.

Команда под руководством доцента Альфредо Франко-Обрегона из Института инноваций и технологий здравоохранения при сингапурском университете (iHealthtech) обнаружила, что белок TRPC1 реагирует на слабые колебания магнитного поля.

Такая реакция обычно наблюдается во время физических упражнений. Эту чувствительность к воздействию магнитного поля можно использовать для стимуляции восстановления мышц, что может улучшить качество жизни пациентов с нарушенной подвижностью.

Результаты совместного исследования ученых из сингапурского университета и швейцарского Федерального технологического института опубликованы в журнале Advanced Biosystems.

Магнитное поле и здоровье мышц

Магнитные поля, которые исследователи использовали для стимуляции мышц, всего в 10-15 раз сильнее, чем магнитное поле Земли, но намного слабее, чем привычный нам стержневой магнит. Это дало ученым возможность предположить, что мышцы человека естественным образом реагируют на слабое магнитное поле.

Чтобы проверить эту теорию, группа исследователей сначала использовала специальную экспериментальную установку, чтобы нейтрализовать влияние всех окружающих магнитных полей. Исследователи обнаружили, что мышечные клетки действительно росли медленнее, когда они были защищены от воздействия всех магнитных полей окружающей среды.

Автор фото, Westend61

Подпись к фото,

Об отказе от физических упражнений в исследовании не говорится — какая незадача для лентяев…

Эти наблюдения убедительно подтвердили идею о том, что магнитное поле Земли естественным образом взаимодействует с мышцами, вызывая биологические реакции.

Чтобы продемонстрировать участие TRPC1 в качестве своего рода «антенны», реагирующей на магнитное поле, исследователи с помощью генной инженерии создали мышечные клетки, из генома которых был удален белок TRPC1.

Оказалось, что клетки-мутанты не реагируют на любое магнитное поле. Затем исследователи смогли восстановить магнитную чувствительность путем избирательной доставки TRPC1 к этим клеткам.

Метаболические изменения, аналогичные тем, которые достигаются при физических упражнениях, наблюдались в предыдущих клинических испытаниях и исследованиях, проведенных доцентом Франко-Обрегоном. Как оказалось, для стимуляции мышечных клеток достаточно воздействия магнитного поля в течение всего 10 минут в неделю.

Почему это важно

Здоровье мышц сильно влияет на общее метаболическое состояние человека — вес, уровень сахара в крови, инсулина и холестерина, и в целом на самочувствие человека. Особенно это важно для людей с различными заболеваниями, которым трудно поддерживать высокий уровень физической активности в повседневной жизни.

Магнитные поля, симулируя работу мышц, могут помочь пациентам, неспособным выполнять упражнения из-за травм, болезней или слабости. Сейчас ученые исследуют возможности снижения зависимости пациентов от лекарственных препаратов при лечении таких заболеваний, как диабет.

«Мы надеемся, что наши исследования помогут снизить количество прописываемых препаратов для лечения заболеваний, и таким образом уменьшить побочные эффекты от лекарств и повысить качество жизни пациентов», — говорит Франко-Обрегон.

Что такое электромагнитные поля?

Электромагнитные поля дома

Уровни фонового электромагнитного излучения от передающих или распределительных электросетевых объектов

Электричество передается на большие расстояния по высоковольтным линиям. Трансформаторы снижают такое высокое напряжение в сети до требуемого уровня для распределения электроэнергии на местах – в домах и на предприятиях. Передающие и распределительные электросетевые объекты, а также бытовая электропроводка и электроприборы создают в домах фоновый уровень электрических и магнитных полей промышленной частоты. Если дома не расположены вблизи линий электропередач (ЛЭП), фоновый уровень может доходить примерно до 0.2 микротесл. Непосредственно под ЛЭП поля гораздо сильнее. Индукция магнитного поля на уровне земли может достигать нескольких микротесл. Уровни электрических полей непосредственно под ЛЭП могут доходить до 10 кВ/м. Однако поля (как электрические, так и магнитные) по мере удаления от ЛЭП ослабевают. На расстоянии 50-100 метров уровни полей, обычно, такие же, как те, которые наблюдаются на удаленных от высоковольтных ЛЭП территориях. К тому же, стены зданий значительно снижают уровни электрических полей в сравнении с уровнями вне домов в той же местности.

Электробытовые приборы

Самые сильные электрические поля промышленной частоты в окружающей среде обычно встречаются непосредственно под высоковольтными ЛЭП. Напротив, самые сильные магнитные поля промышленной частоты обычно наблюдаются в непосредственной близости от двигателей и других электроприборов, а также специализированного оборудования, например магнитно-резонансных томографов, используемых для диагностической визуализации в медицине.

Обычные значения силы электрических полей вблизи бытовых электроприборов (на расстоянии 30 см от них
(Источник: Федеральное ведомство по радиационной защите, Германия, 1999 г.)

Электробытовой приборСила электрического поля (В/м)
Стерео-проигрыватель180
Утюг120
Холодильник120
Миксер100
Тостер80
Фен для волос80
Цветной телевизор60
Кофейная машина60
Пылесос50
Электропечь8
Лампочка5
  
Установленное пороговое значение5000

Многие люди удивляются, когда узнают о существовании магнитных полей самого разного уровня рядом с различными бытовыми приборами. Сила этих полей не зависит от размера, сложности, мощности таких приборов или уровня шума от них. Более того, сила магнитных полей может очень сильно различаться, даже если речь идет о вроде бы похожих приборах. Например, одни фены для волос окружены очень сильным полем, а другие вряд ли вообще создают какое-либо магнитное поле. Такая разница в отношении силы магнитных полей объясняется дизайном изделия.

В приведенной ниже таблице указаны обычные значения силы поля для ряда электроприборов, широко используемых дома и на рабочем месте. Измерения производились в Германии, при этом во всех приборах использовался ток с частотой 50 Гц. Следует отметить, что фактические уровни воздействия значительно различаются в зависимости от модели прибора и расстояния от него.

Обычные значения силы магнитных полей вокруг бытовых электроприборов (в зависимости от расстояния от них)

Электробытовой прибор

На расстоянии 3 см (микротесла)

На расстоянии 30 см (микротесла)

На расстоянии 1 м (микротесла)

Фен для волос

6 – 2000

0.01 – 7

0.01 – 0.03

Электробритва

15 – 1500

0.08 – 9

0.01 – 0.03

Пылесос

200 – 800

2 – 20

0.13 – 2

Флюоресцентный осветительный прибор

40 – 400

0.5 – 2

0.02 – 0.25

Микроволновая печь

73 – 200

4 – 8

0.25 – 0.6

Портативный радиоприемник

16 – 56

1

< 0.01

Электропечь

1 – 50

0.15 – 0.5

0.01 – 0.04

Стиральная машина

0.8 – 50

0.15 – 3

0.01 – 0.15

Утюг

8 – 30

0.12 – 0.3

0.01 – 0.03

Посудомоечная машина

3.5 – 20

0.6 – 3

0.07 – 0.3

Компьютер

0.5 – 30

< 0.01

 

Холодильник

0.5 – 1.7

0.01 – 0.25

<0.01

Цветной телевизор

2.5 — 50

0.04 – 2

0.01 – 0.15

Для большинства бытовых электроприборов сила магнитного поля на расстоянии 30 см от них значительно ниже установленного для населения порогового значения в 100 микротесл.

(Источник: Федеральное ведомство по радиационной защите, Германия, 1999 г.). Нормальная дистанция для работы с прибором выделена жирным шрифтом.

Таблица иллюстрирует две основные мысли: во-первых, сила магнитного поля вокруг всех приборов стремительно уменьшается по мере того, как вы удаляетесь от них; во-вторых, большинство бытовых приборов работает не слишком близко от человека. На расстоянии 30 см уровень магнитные поля вокруг большинства бытовых приборов более чем в 100 раз ниже установленного для обычного населения порогового значения в 100 микротесл при частоте электрического тока в 50 Гц (и 83 микротесл при частоте тока в 60 Гц).

Телевизоры и компьютерные мониторы

В основе работы компьютерных мониторов и телевизоров лежат одни и те же принципы. И те и другие продуцируют статические электрические поля и переменные электрические и магнитные поля разных частот. Однако, жидко-кристаллические мониторы некоторых ноутбуков и настольных ПК не создают значительные электрические и магнитные поля. Мониторы современных компьютеров созданы из проводящих материалов, что снижает статическое поле вокруг монитора до уровней, сопоставимых с нормальным фоновым уровнем в доме или на рабочем месте. Если человек работает на правильном расстоянии (30-50 см) от монитора, уровень индукции переменного магнитного поля (промышленной частоты) обычно ниже 0,7 микротесл. Сила переменных электрических полей при работе на том же расстоянии от монитора находится в интервале от менее 1 В/м до 10 В/м.

Микроволновые печи

Бытовые микроволновые печи отличаются большой мощностью. Однако, надежный защитный экран снижает возможную утечку микроволнового излучения за пределы печи до практически неопределяемого уровня. Кроме того, уровень утечки стремительно снижается по мере удаления пользователя от печи. Во многих странах существуют промышленные стандарты, конкретно указывающие предельно допустимые уровни утечки для новых печей. Если печь соответствует этим стандартам, она не представляет никакой угрозы для потребителя.

Переносные телефоны

Для работы переносных телефонов требуется гораздо менее интенсивное поле, чем для мобильных телефонов. Это связано с тем, что они используются совсем близко от своей базы, а значит, нет необходимости в сильном поле, как это было бы в случае передачи сигнала на большое расстояние. Соответственно, радиочастотные поля вокруг этих телефонов совсем незначительны.

Электромагнитные поля в окружающей среде

Радар

Радары используются для навигации, составления прогноза погоды, в военных целях, а также для выполнения множества других задач. Они посылают пульсирующие микроволновые сигналы. Пиковая мощность сигнала может быть высокой, между тем как средняя мощность может быть низкой. Многие радары вращаются или движутся вверх и вниз, что уменьшает среднее значение плотности мощности поля, которое воздействует на людей вблизи радара. Даже в отношении высокомощных, не вращающихся военных радарных установок действуют ограничения по уровню воздействия: он должен быть ниже установленного порогового значения в местах, доступных для населения.

Системы безопасности

Системы защиты от краж в магазинах основаны на использовании специальных датчиков, закрепляемых на товарах, которые считываются электрическими контурами на выходе. Когда покупка осуществлена должным образом, эти датчики снимают или полностью деактивируют. Электромагнитные поля вокруг контуров обычно не превышают рекомендуемые уровни допустимого воздействия. Системы управления доступом, работают по тому же принципу: датчик встроен в брелок для ключей, либо в пропуск. Системы безопасности в библиотеках используют специальные этикетки-датчики, которые деактивируются при выдаче книги читателю и вновь активируются, когда книга возвращается. Металло-детекторы и системы безопасности в аэропортах создают сильное магнитное поле (до 100 микротесл), которое реагирует на металлические предметы. Вблизи рамки детектора сила магнитного поля может приближаться к установленному пороговому уровню, а иногда и превышать его. Тем не менее, это не создает угрозу для здоровья, о чем будет сказано в разделе, посвященном руководящим принципам по допустимым уровням воздействия (см. «Опасны ли уровни воздействия выше установленных пороговых значений?»).

Электропоезда и трамваи

Поезда дальнего следования имеют один или несколько моторных отсеков, расположенных в отдельных вагонах. Таким образом, пассажиры испытывают воздействие полей в основном от электричества, подаваемого в поезд. Магнитные поля в пассажирских вагонах поездов дальнего следования могут достигать нескольких сотен микротесл на уровне пола и более низких значений (десятков микротесл) в других местах в купе. Сила электрического поля может достигать 300 В/м. Люди, живущие вблизи железнодорожных путей, могут испытывать воздействие магнитных полей от линий электропроводов над полотном железной дороги, причем сила этих полей, в зависимости от каждой конкретной страны, может быть сопоставима с силой полей вокруг высоковольтных ЛЭП.

Двигатели и тяговое оборудование поездов и трамваев обычно располагается внизу, под пассажирскими вагонами. На уровне пола интенсивность магнитного поля может достигать десятков микротесл (на тех участках пола, которые находятся прямо над двигателем). Однако, чем выше от пола, тем быстрее уменьшается интенсивность поля, и его воздействие на верхнюю часть туловища пассажиров значительно слабее.

Телевидение и радио

Когда вы у себя дома слушаете радио и ищете нужную вам станцию, задавались ли вы когда-нибудь вопросом, что могут означать хорошо знакомые вам сокращения АМ и FM? Радиосигналы могут быть амплитудно-модулированными (АМ) или частотно-модулированными (FM). Все зависит от того, как они переносят информацию. Радиосигналы АМ могут использоваться для вещания на очень большие расстояния, в то время как FM волны охватывают более ограниченные пространства, но при этом обеспечивают звук лучшего качества.

АМ радиосигналы передаются при помощи сложной системы антенн, которые могут достигать десятков метров в высоту и располагаться в местах, не доступных обычному населению. Уровни воздействия в непосредственной близости от антенн и кабелей питания могут быть высокими, но с ними приходится иметь дело обслуживающему персоналу, а не обычному населению.

Телевизионные антенны и антенны для FM радиосигналов гораздо меньше по размеру, чем антенны для АМ радиосигналов, и устанавливаются они как система направленных антенн на самом верху высоких башен. Причем башни являются лишь поддерживающей конструкцией. Поскольку уровень воздействия у самого основания таких башен ниже установленных пороговых значений, доступ обычного населения в места, где находятся такие башни, не запрещен. Небольшие ТВ- и радиоантенны местного значения иногда устанавливаются на крышах зданий; в этом случае не исключается необходимость контролировать доступ на крышу.

Мобильные телефоны и их базовые станции

Мобильные телефоны дают нам возможность всегда быть на связи с другими людьми. Эти приборы низкой мощности, испускающие и принимающие радиоволновые сигналы от сети стационарных базовых станций малой мощности. Каждая базовая станция мобильной связи обеспечивает охват определенной территории. В зависимости от потока обрабатываемых звонков, базовые станции могут находиться на расстоянии от всего лишь нескольких сотен метров (в крупных городах) до нескольких километров (в сельской местности) друг от друга.

Базовые станции мобильной связи обычно устанавливают на крыше зданий или башен, на высоте от 15 до 50 метров. Уровни прохождения сигналов от конкретной базовой станции непостоянны и зависят от количества звонков и расстояния, на котором звонящий абонент находится от базовой станции. Антенны излучают очень узкий пучок радиоволн, который далее распространяется почти параллельно земле. Поэтому радиочастотные поля на уровне земли и на территориях, обычно доступных для населения, во много раз ниже уровней, представляющих опасность.

Рекомендуемые пороговые значения были бы превышены лишь в том случае, если бы человек оказался прямо перед системой антенн на расстоянии одного-двух метров. До того, как мобильные телефоны стали широко использоваться, население в основном испытывало воздействие радиочастотного излучения от радио- и ТВ-станций. Но и сегодня, с появлением мобильных телефонов, башни, на которых расположены базовые станции мобильной связи, сами по себе крайне мало усугубляют общее воздействие на наш организм, поскольку сила сигналов в местах, доступных для населения, обычно такая же или даже ниже, чем сила сигналов от радио- и ТВ-станций, расположенных на значительном удалении от этих мест.

Однако на самого пользователя мобильного телефона воздействуют радиочастотные поля более высокого уровня, чем те, которые обычно присутствуют в окружающей нас среде. Разговаривая по мобильному телефону, мы держим его очень близко к голове. Именно поэтому, вместо того, чтобы отслеживать эффект нагревания тканей во всем организме, следует определить распределение поглощенной энергии в голове пользователя телефона. В результате сложного компьютерного моделирования и проведения оценок с использованием моделей головы человека, сделан вывод о том, что, по всей видимости, уровень энергии, поглощенной при использовании мобильного телефона, не превышает установленных на сегодня пороговых значений.

Вызывают обеспокоенность и другие, так называемые «нетермальные» последствия воздействия частот мобильных телефонов. Есть различные предположения в отношении едва заметных эффектов для клеток, которые могут повлиять на развитие раковых заболеваний. Также высказываются гипотезы о возможных эффектах для тканей, раздражаемых под воздействием электричества, и о том, что это может повлиять на функцию мозга и нервных тканей. Тем не менее, все имеющиеся на данный момент фактические данные не подтверждают наличия каких-либо пагубных последствий для здоровья человека от использования мобильных телефонов.

Магнитные поля в повседневной жизни: действительно ли они такие сильные?

В последние годы национальными органами власти различных стран были проведены многочисленные оценки для определения уровней ЭМП в среде обитания человека. Ни одно из этих обследований не пришло к выводу о том, что уровни полей могут вызвать неблагоприятные последствия для здоровья.

Недавно Федеральное ведомство по радиационной защите (Германия) сделало оценку повседневного воздействия магнитных полей с привлечением к обследованию примерно 2 000 человек. Оценка проведена как в отношении представителей ряда профессий, так и обычного населения. Всем участникам обследования были выданы персональные дозиметры для измерения уровней воздействия 24 часа в сутки. Полученные данные различались весьма значительно, но средний уровень в день составлял 0,10 микротесл. Это значение в тысячу раз меньше, чем предельно допустимое значение в 100 микротесл для обычного населения и в 5 тысяч раз ниже, чем предельное допустимое значение в 500 микротесл для людей определенных профессий. Более того, при исследовании воздействия полей на людей, живущих в центральной части городов, было обнаружено, что, с точки зрения воздействия полей, нет существенной разницы между проживанием в сельской и городской местности. Даже уровни воздействия на людей, живущих в непосредственной близости от высоковольтных ЛЭП, лишь незначительно отличаются от средних уровней воздействия на обычное население.

Основные положения

  • Фоновые уровни ЭМП в доме в основном создаются передающими и распределительными электросетевыми объектами или бытовыми электроприборами.
  • Электроприборы сильно различаются с точки зрения силы генерируемых ими полей. По мере удаления от приборов уровни как электрических, так и магнитных полей стремительно снижаются. В любом случае, уровни полей вокруг бытовых электроприборов обычно гораздо ниже установленных пороговых значений.
  • Уровни электрических и магнитных полей от телевизоров и компьютерных мониторов (при соблюдении пользователем правильной дистанции от них) в сотни тысяч раз ниже установленных пороговых значений.
  • Микроволновые печи, отвечающие стандартам качества, не представляют опасности для здоровья.
  • Пока действуют ограничения в отношении доступа населения непосредственно к радарным установкам, радиоантеннам и базовым станциям мобильной связи, установленные предельные уровни воздействия радиочастотных полей не будут превышены.
  • Пользователи мобильных телефонов испытывают воздействие полей таких уровней, которые значительно превышают любые значения, регистрируемые в обычной среде обитания. Но, по-видимому, даже столь высокие уровни воздействия не приводят к пагубным последствиям для здоровья.
  • Многочисленные обследования подтвердили, что воздействие электромагнитных полей тех уровней, которые наблюдаются в среде обитания человека, очень незначительно.

Международная конференция Электромагнитное поле и материалы (фундаментальные физические исследования)

 International Conference «ELECTROMAGNET​IC FIELD AND MATERIALS (Fundamental Physical Research)»

Тематика конференции


  • Фундаментальные исследования в современной физике
  • Физические и математические основы спиновой электроники
  • Физика сложных систем
  • Физика и технология создания радиопоглощающих материалов и покрытий
  • Электромагнитные поля и модели электротехнических и радиоэлектронных устройств и агрегаций​

На конференции одна из пяти секций посвящена текущим достижениям, результатам и проблемам по фундаментальным вопросам теории поля, механики, гидродинамики и излучений. Здесь объединены доклады по фундаментальным исследованиям в области ядерной физики, физики ускорителей, астрофизики, физики элементарных частиц и электродинамики.

На других секциях рассмотриваются вопросы физических и математических основ спиновой электроники, самоорганизации электрических и магнитных полей в сложных биологических и физических объектах, современные методы экспериментального и теоретического исследования электрических и магнитных полей датчиками новейшего поколения, создания и повышения эффективности ферритовых материалов для радиопоглощающих покрытий для различных областей применения, применения ферритовых и резистивных материалов и покрытий в микроволновой технике, исследования электромагнитных полей различной конфигурации и электрофизических параметров и свойств диэлектрических и ферромагнитных материалов, а также моделирования электротехнических и радиоэлектронных устройств и агрегаций.

Организаторы

Международная конференция «Электромагнитное поле и материалы (фундаментальные физические исследования)» проводится ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ» совместно с другими организациями, в том числе ФИАН им. П.Н. Лебедева, МГУ им. М.В. Ломоносова, ИРЭ РАН им. В.А. Котельникова, Академией Электротехнических Наук РФ (АЭН РФ) и др.

Особое внимание уделяется популяризации физики как науки и привлечению студентов, аспирантов и молодых специалистов к проблемам, рассматриваемым на конференции. С этой целью для участия в конференции приглашаются члены Российской академии наук (РАН) и ведущие специалисты институтов РАН.

Организационный комитет

Сопредседатели Организационного комитета:

  • Бутырин П.А., д.т.н., чл.-корр. РАН, НИУ «МЭИ» (Россия)
  • Серебрянников С.В., д.т.н., проф., НИУ «МЭИ» (Россия)

Члены Организационного комитета:

  • Горбацевич А.А., д.ф.-м.н., чл.-корр. РАН, ФИАН (Россия)
  • Карпунина М.В., асс., НИУ «МЭИ» (Россия) – зам. ученого секретаря
  • Локк Э.Г., д.ф.-м.н., г.н.с., ИРЭ РАН (Россия)
  • Михеев Д.В., к.т.н., к.э.н., доц., НИУ «МЭИ» (Россия) – ученый секретарь
  • Погребисский М.Я., к.т.н., доц., НИУ «МЭИ» (Россия)
  • Поляков П.А., д.ф.-м.н., проф., МГУ (Россия)
  • Шакирзянов Ф.Н., к.т.н., проф., НИУ «МЭИ» (Россия)

Программный комитет​​

​​Председатель Программного комитета — Серебрянников С.В., д.т.н., проф., НИУ «МЭИ» (Россия)

Заместитель председателя Программного комитета — Поляков П.А., д.ф.-м.н., проф., МГУ (Россия)

Члены Программного комитета:

  • Алексейчик Л.В., д.т.н., проф., НИУ «МЭИ» (Россия)
  • Анненков А.Ю., к.ф.-м.н., с.н.с., ИРЭ РАН (Россия)
  • Астахов М.В., д.х.н., проф., НИТУ «МИСИС» (Россия)
  • Безъязыкова Т.Г., к.т.н., доц., СПбГУТ (Россия)
  • Бержанский В.Н., д.т.н., проф., Крымский Федеральный университет им. В.И. Вернадского (Россия)
  • Бутырин П.А., д.т.н., чл.-корр. РАН, НИУ «МЭИ» (Россия)
  • Горбацевич А.А., д.ф.-м.н., чл.-корр. РАН, ФИАН (Россия)
  • Далькаров О.Д., д.ф.-м.н., проф., ФИАН (Россия)
  • Демирчян К.С., д.т.н., академик РАН, НИУ «МЭИ» (Россия)
  • Коровкин Н.В., д.т.н., проф., СПбГПУ (Россия)
  • Крохин О.Н., д.ф.-м.н., академик РАН, ФИАН (Россия)
  • Локк Э.Г., д.ф.-м.н., зав. лабораторией, ИРЭ РАН (Россия)
  • Нгуен Куок Ши, д.т.н., проф., НИУ «МЭИ» (Россия)
  • Садовников Б.И., д.ф.-м.н., проф., МГУ (Россия)
  • Сигов А.С., д.ф.-м.н., академик РАН, МГТУ МИРЭА (Россия)
  • Степович М.А., д.ф.-м.н., проф., КГУ им. К.Э. Циолковского (Россия)
  • Хомич В.Ю., д.ф.-м.н., академик РАН, ИЭЭ РАН (Россия)
  • Шакирзянов Ф.Н., к.т.н., проф., НИУ «МЭИ» (Россия)
  • Bao-Jun, prof. (China)
  • Giudjenov I., prof. (Bulgaria)
  • Gräbner F., dr., ass. prof., Hörmann IBG GmbH (Germany)
  • Kazantseva N.E., prof., Tomas Bata University in Zlin (Czech. Republic)
  • Koledintseva M.Y., prof., Missouri University of Science & Technology (USA)
  • Rakov V., prof. (USA)
  • Stzaniszlav A., dr., Innovation Company for Telecomm, TKI (Hungary)
  • Tassev M.A., prof. (Bulgaria)

Выпуск сборника докладов конференции

Традиционно по результатам конференции выпускаются программа и сборник докладов конференции, который размещается в РИНЦ:

Доклады конференции в РИНЦ (2015 г.)

Доклады конференции в РИНЦ (2016 г.)

Доклады конференции в РИНЦ (2017 г.)

Доклады конференции в РИНЦ (2018 г.)

Доклады конференции в РИНЦ (2019 г.)​

Доклады конференции в РИНЦ (2020 г.)

По желанию авторов и по рекомендации Программного комитета доклады, опубликованные в сборнике трудов конференции и очно представленные на конференции, могут быть опубликованы в одном из следующих журналов:

  • Известия Российской академии наук. Серия Физическая;
  • Известия Российской академии наук. Энергетика;
  • Электричество.

Доклады предыдущих конференций по решению Программного комитета конференции были отобраны и опубликованы в выпусках журнала «Известия РАН. Серия физическая» («Bulletin of the Russian Academy Of Sciences: Physics»).

Информационное освещение конференции и финансовая поддержка

В 2016-2018 гг. мероприятие проводилось при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (научные проекты РФФИ № 16-08-20853 г, № 17-08-20556 г, № 18-08-20134 г). Пресс-релизы конференции были опубликованы на официальном веб-сайте ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ», в журналах «ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение», «Электричество» (2017, №3, с. 62-64) и ГК «ССТ».

Информация о конференции на веб-сайте Научные-конференции.рф: https://na-konferencii.ru/conference/mezhdunarodnaja-konferencija-jelektromagnitnoe-pole-i-materialy-fundamentalnye-fizicheskie-issledovanija


Контакты

ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский университет «МЭИ»
Россия, 111250, г. Москва, ул. Красноказарменная, д. 14, стр. 1, ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ», кафедра ТОЭ, Оргкомитет МКЭМПМ-2021
Телефон: +7 (495) 362-77-86
E-mail: [email protected]

National Research University «MPEI»
Organisation Committee ICEFM–2021, department of the TFEE, NRU «MPEI», Krasnokazarmennaya str, 14, 111250, Moscow, Russia
Phone: +7 (495) 362-77-86
E-mail: [email protected]​​​​​​​​​​​​​​​

Из-за чего образуется магнитное поле

Действие магнитного поля распространяется на все виды жизни на Земле и жизни планет. Эта материя, с помощью которой взаимодействуют заряженные частицы. 

Магнит – это предмет, который долгое время находится в одном состоянии, в намагниченном состоянии. С помощью этого свойства такие предметы, как магниты притягивают другие предметы, состоящие из железа и их сплавов. Магниты имеют два полюса – северный и южный, самое сильное магнитное поле располагается около полюсов. 

Магниты бывают натуральными, сделанные из железной руды магнитного железняка. Также магниты бывают искусственными, произведенные человеком. Их делают путем внесения железа в магнитное поле. 

Магнитное поле бывает отрицательным и положительным. Два отрицательных поля и два положительных поля отталкиваются друг от друга, а два поля с разными полюсами будут притягиваться. Это происходит из-за взаимодействия друг с другом магнитных полей. Магнитное поле – вещь не постоянная. Оно может внезапно появиться и внезапно пропасть, все зависит от внешних факторов, влияющих на магнитное поле. 

Элементарные магнитные поля создаются благодаря движению электронов вокруг ядра атома и движению вокруг своей оси. Само магнитное поле образуется благодаря внесению железного предмета во внешнее магнитное поле, тогда элементарные магнитные поля в железном предмете ориентируются во внешнем магнитном поле абсолютно одинаково. После этих небольших преобразований обычный предмет из железа становится магнитом, со своими магнитными полями. 

Действие магнитного поля влияет только на самого себя, а на электрическое поле оно никак не влияет. Есть электрическая заряженная частица, которая непременно движется, вокруг этой частицу и существует магнитное поле. Есть вторая электрическая заряженная частица, вокруг которой также существует магнитное поле. И эти два магнитных поля друг с другом взаимодействуют. 
Действие магнитного поля – это взаимодействия нескольких тел, такие как притягивание и отталкивание. Различаются эти взаимодействия только по интенсивности действия. Например, все электрические двигатели работают по принципу взаимного магнитного отталкивания. 

Наша планета, Земля, как и многие другие планеты, имеет магнитное поле. Магнитное поле Земли возникло из-за того, что наше планета постоянно движется вокруг Солнца и вокруг своей оси. Ядро нашей планеты состоит металла и является проводником электричества. Магнитное поле оказывает благотворное влияние на жизнь целой планеты и взаимодействия около земного пространства. Например, магнитное поле защищает все живое на земле от неблагоприятных воздействий солнца. Также защищает искусственные спутники Земли. Даже красивые полярные сияния вызваны магнитным полем Земли.

Магнитное поле и природа аномалий на сульфидных кварцево-жильных месторождениях золота (на примере Дарасуна, В. Забайкалье)

Том 326 № 6 (2015)

Актуальность работы определяется необходимостью исследования природных физических полей и их связей с геологической средой. Цель работы: изучить магнитное поле и природу его изменений на типичном для Сибири сульфидном кварцево-жильном месторождении золота Дарасун, для определения возможностей магнитометрии при решении различных поисково-разведочных задач на стадиях от разведки до эксплуатации такого типа месторождений, в конечном итоге — для повышения эффективности геологоразведочных работ на золото за счет использования в общем комплексе их весьма дешёвого и мобильного метода — магниторазведки. Методы исследования: специализированные опытно-методические полевые магнитные съемки различной точности наблюдений и детальности сети измерений, лабораторные определения магнитной восприимчивости целенаправленно отобранных образцов горных пород и руд, статистический анализ полученных данных, сопоставление их с известными элементами геологического строения рудоносной площади и ее окрестностей, а также с данными эксплуатации месторождения. Результаты. Получена площадная картина изменений приращений магнитной индукции в пределах непосредственно рудного поля месторождения Дарасун и его ближайших окрестностей, определен спектральный состав ее изменений, изучена магнитная восприимчивость горных пород рудного поля и его окрестностей, соотношение их магнитной индукции в современном магнитном поле Земле с остаточным намагничением; дана оценка анизотропии магнитного поля и установлены связи магнитного поля с различными элементами геологического строения рудоносной площади Дарасун, выявлена физико-геологическая природа различных аномальных зон и, в конечном итоге, создана основа для оценки возможностей магниторазведки при решении различных геологических задач на стадиях поиска и разведки сульфидных кварцево-жильных месторождений золота в Сибирском регионе.

Ключевые слова:

золоторудные месторождения, магнитные поля, магнитная восприимчивость, горные породы, магнитная съемка

Авторы:

Леонид Яковлевич Ерофеев

Галина Васильевна Ерофеева

Скачать bulletin_tpu-2015-326-6-02.pdf

раскрыта тайна магнитного поля Земли

Учёные заглянули в самое начало эволюции планеты и обнаружили, что её знаменитый антирадиационный щит на самом деле возник не так, как мы привыкли думать.

Как устроена магнитосфера Земли

Планета находится в гигантском облаке смертоносных частиц, идущих от Солнца и от всей Галактики в целом. И мы живём на этой планете потому, что данные частицы на нас не обрушиваются: сильное магнитное поле Земли заставляет их огибать её и следовать дальше в космос. Притом мощный солнечный ветер как бы сплющивает магнитосферу с той стороны, которая смотрит на светило. Но даже при этом она простирается на 70 тысяч километров — это добрый десяток радиусов Земли. А с другой стороны магнитное поле образует и вовсе исполинский шлейф на пару сотен земных радиусов.

Что создаёт магнитное поле Земли

В 1905 году Альберт Эйнштейн назвал этот вопрос одной из главных загадок физики XX века. Надо признать, спустя сто лет нельзя сказать, что она разгадана окончательно. Мы знаем, что магнитное поле возникает там, где есть электрический ток. Значит, планета Земля представляет собой гигантский электрогенератор. Спрашивается, как в недрах возникает это электричество? Самой убедительной считают теорию динамо: сначала от трения потоков расплавленное вещество электризуется, возникает ток — и вместе с ним магнитное поле, а потом эти же потоки проходят сквозь поле — и из-за этого опять возникает ток. И так далее бесконечно. А трение возникает, например, потому, что в жидких (или, скорее, вязких) слоях планеты идёт конвекция: более горячее вещество поднимается кверху, менее горячее опускается вниз. К тому же планета вращается вокруг своей оси, а это неизбежно означает какие-то движения в её разнородных недрах.

Где рождается земной магнетизм

До сих пор мы были уверены, что, разумеется, в ядре. Оно состоит из двух частей: внешней жидкой оболочки из расплавленного железа и сердцевины — она тоже железная, но из-за неимоверного давления твёрдая. И вот при взаимодействии твёрдой и жидкой частей возникает теплообмен, конвективные потоки и, как следствие, электричество. Как известно, железо прекрасно проводит ток, так что всё сходится.

Впрочем, как выясняется, всё, да не всё. Дело в том, что сердцевина стала твёрдой сравнительно недавно — полтора миллиарда лет назад. Но учёные убеждены, что магнитное поле Земли возникло никак не позже 4,2 миллиарда лет назад. По сути, оно родилось вскоре после самой планеты — ей как раз примерно четыре с половиной миллиарда лет. Возник вопрос, что создавало магнетизм на ранних этапах эволюции Земли.

Зацепка появилась в 2007 году. Тогда французские учёные заявили, что нижний слой земной мантии оставался жидким примерно пару миллиардов лет. Сейчас, надо сказать, мантия почти вся твёрдая, опять же из-за давления. Лишь в самой верхней части остаётся вязкая магма, которая иногда вырывается на поверхность из жерл вулканов.

Проблема в том, что даже в виде пластичной жижи мантийное вещество всегда считали очень плохим проводником электричества. Но дело в том, что тестировать его где-то в лаборатории — это совсем не то, что понаблюдать за ним в недрах Земли. Поэтому учёные из Калифорнийского университета в Сан-Диего решили всё выяснить самым, вероятно, продвинутым на сегодняшний день способом — путём вычислений, основанных на принципах квантовой механики. Это позволило смоделировать поведение вещества не здесь, на поверхности, а именно у самого земного ядра. Так вот, выяснилось, что на такой глубине мантия вполне себе электропроводна — во всяком случае, динамо поддерживать может.

Значит, именно мантия изначально защищала Землю своим покрывалом. И без неё жизни на планете могло и не быть.

Самое интересное из мира науки и технологий — в телеграм-канале автора.

Подпишитесь на LIFE

Геологи выяснили, когда в последний раз изменилось магнитное поле Земли

За всю историю Земли магнитное поле часто меняло свою полярность. Последнее изменение произошло почти 800 000 лет назад, сообщает международная исследовательская группа в журнале Science Advances. Тогда северный магнитный полюс поменялся местами с южным.

Этот вывод основан на измерениях разных географических данных и анализе потоков лавы. Команда геологов, возглавляемая Брэдом Сингером из Висконсинского университета (США), изучила образцы горных пород почти из пяти вулканических областей, в том числе из Чили, с гавайского острова Мауи и с Канарских островов.

Вулканические лавы обычно содержат небольшие магнитные минералы, такие как магнетит. Пока лава жидкая и текучая, эти минералы перемешиваются и не проявляют равномерного намагничивания. Однако когда вулканическая порода затвердевает, мелкие кристаллы магнитных минералов располагаются вдоль геомагнитного поля, преобладающего во время извержения вулкана. Таким образом эта остаточная намагниченность остается в затвердевшей лаве. Измерительные приборы могут определять не только направление, но и напряженность магнитного поля, которое преобладает во время затвердевания. Если возможно определить точный возраст лавы одновременно с другими данными, геофизики могут восстановить историю и ориентацию магнитного поля.

Группа Сингера выяснила, что последнее изменение магнитного поля Земли происходило нерегулярными рывками. Около 795 000 лет назад напряженность магнитного поля начала постепенно уменьшаться. Около 1000 лет спустя началась хаотическая фаза, когда поле несколько раз внезапно меняло направление при очень низкой напряженности. Лишь около 773 000 лет назад магнитное поле окончательно установилось в своем текущем направлении. Весь процесс занял не менее 22 000 лет, и это в несколько раз дольше, чем полагали ранее.

Опубликованные результаты исследований дают основу для моделирования тех процессов в ядре Земли, которые приводят к изменениям магнитного поля планеты, пишет FAZ.

До сих пор все еще в значительной степени неизвестно, почему поле так резко меняет свое направление и как именно это происходит.

Влияние магнитных полей на электрическое сопротивление

Известно, что сопротивление (R) висмутовой проволоки, измеренное постоянным током, увеличивается под действием магнитного поля, и это увеличение зависит от напряженность поля и его направление относительно силы тока в проводе. Если ток, протекающий через висмут, является колебательным, сопротивление имеет значение O вне магнитного поля или в поле, в котором силовые линии параллельны проводу, которое меньше R.Если же провод перпендикулярен силовым линиям поля более 6000 C.G.S. ед. сопротивление O больше R; разница O — R увеличивается с этой точки довольно быстро по мере увеличения напряженности поля. Эти изменения не связаны с изменениями в самоиндукции, поскольку они не зависят от формы висмутовой спирали. Это любопытное явление недавно было исследовано М. И. Садовским ( Journal de la Socitte Physico-Chemique de Russe , xxvi.1894 и Journal de Physique , апрель 1895 г.), который резюмирует результаты своих экспериментов следующим образом: (1) Разница в сопротивлении Дисмута, наблюдаемая при постоянном или переменном токе, может быть измерена вне магнитного поля с частотой 300 колебаний в секунду. во-вторых, и может быть обнаружен в магнитных полях только с тремя или четырьмя изменениями в секунду; (2) эта разница зависит от числа колебаний в секунду и без учета магнитного поля увеличивается с увеличением частоты колебаний; (3) сопротивление, которое висмут в сильном магнитном поле оказывает увеличивающемуся току, больше, а сопротивление уменьшающемуся току меньше, чем сопротивление для установившихся токов.Разница между сопротивлением возрастающему и уменьшающемуся току увеличивается со скоростью изменения силы тока ( d C \ dt ), и эта разница более заметна при сильных токах, чем при слабых. Таким образом, М. Садовский обнаружил тот замечательный факт, что для переменных электрических токов сопротивление висмута изменяется при любом изменении 1 / C или d C / dt , где C — ток C dt. Автор отмечает, что наблюдаемые эффекты не могут быть следствием самоиндукции, иначе они возникли бы, когда висмут не находится в магнитном поле.В примечании к вышеупомянутой статье в журнале Journal de Physique М. Саньяк рассматривает, что произошло бы, если бы ту же серию экспериментов повторить с железной проволокой. Прямая цилиндрическая железная проволока при прохождении через нее током C намагничивается по кругу; энергия из-за этого намагничивания, согласно Кирхгофу, составляет ππ l C 2 , где K — восприимчивость, а l — длина провода. Эта энергия может увеличить коэффициент самоиндукции на ππ l .По данным Klemeni можно рассчитать порядок изменения кажущегося сопротивления. Для слабых магнитных полей, в которых K имеет большое значение, разница между значением кажущегося сопротивления для установившихся токов и для возрастающих токов может составлять несколько сотых значения сопротивления для установившихся токов.

Магнитное поле — Energy Education

Рис. 1: Силовые линии магнитного поля от стержневого магнита, визуализированные с помощью железных опилок. [1]

Магнитные поля создаются путем изменения электрических полей, обычно движущихся зарядов, таких как электроны, часто в форме макроскопического электрического тока (например, тока в проводе) или микроскопического тока (например, на атомной орбите). ). [2] В одном из самых прекрасных примеров симметрии в физике изменяющиеся магнитные поля создают электрические поля. Эти электрические поля, возникающие в результате изменения магнитных полей, являются тем, как электрические генераторы могут создавать электрический ток.

Магнитное поле — это векторное поле, то есть оно имеет определенную величину и направление в любой точке. Единицей измерения магнитного поля в системе СИ является Тесла (Тл) в честь физика Николы Тесла с единицами измерения Н / А · м. Tesla — это огромная единица с довольно большим магнитным полем в 1 Тл.Меньшая единица — Гаусс (названный в честь великого физика и математика Карла Фридриха Эммануэля Гаусса) составляет одну десятитысячную Тесла. Магнитное поле Земли составляет примерно 1 Гаусс (но оно меняется в зависимости от того, где производятся измерения), поэтому 1 Тл — это магнитное поле в десять тысяч раз сильнее, чем у Земли!

Магниты — это материалы, намагниченность которых обусловлена ​​микроскопическими свойствами атомов, а создаваемое ими магнитное поле характеризуется их северным и южным полюсами.Направление этих магнитных полей всегда указывает от северного полюса к южному полюсу. Это соглашение можно использовать для определения силы, которую магнит будет прикладывать к заряду, и того, как один магнит будет взаимодействовать с другими магнитами.

Магнитные поля отличаются от электрических и гравитационных полей тем, что сила, которую они прикладывают к объекту, не параллельна полю. Магнитное поле на самом деле действует перпендикулярно движущемуся заряду в его присутствии. Чтобы узнать больше о том, как эта сила применяется к движущемуся заряду, посетите сайт Hyperphysics.

  • Силовые линии магнитного поля
  • Рис. 2: Силовые линии магнитного поля от взаимодействия магнитных полей между севером и югом. [3]

  • Рис. 3. Силовые линии магнитного поля от отталкивающего магнитного взаимодействия (Север-Север или Юг-Юг) [4]

Магнитное поле Земли

У Земли есть собственное магнитное поле, которое первоначально предполагалось из-за состава железа в ядре, но теперь предполагается, что оно создается циркулирующими электрическими токами в жидком ядре. [5] Магнитное поле Земли защищает жизнь от вредных солнечных ветров Солнца, заряженные частицы которого в противном случае разрушили бы озоновый слой, защищающий Землю от вредного ультрафиолетового излучения (показано на Рисунке 4). [6] Взаимодействие магнитного поля Земли и солнечного ветра вызывает хорошо известные явления полярных сияний, показанные на рисунке 5.

  • Магнитное поле Земли и солнечные ветры
  • Рисунок 4: Магнитное поле Земли защищает планету от резких солнечных ветров. [7] Обратите внимание, что расстояние от Земли до Солнца на этом изображении не в масштабе, Земля находится намного дальше от Солнца, чем следует из этого изображения.

  • Рис. 5: Северное сияние, продукт взаимодействия магнитного поля Земли и солнечного ветра. [8]

Конвенция Земли о наименовании полюсов

Хотя логично предположить, что Северный и Южный полюсы на Земле представляют собой Северный и Южный полюса очень большого стержневого магнита, это не так.Северный полюс — это направление, на которое указывает северный конец компаса. То, что люди на Земле обычно называют Северным полюсом в географическом смысле, на самом деле является южным магнитным полюсом, и наоборот. Это означает, что если стрелка компаса указывает на географический Северный полюс Земли, стрелка компаса совмещена с южным магнитным полюсом. [9] [10]

Для дальнейшего чтения

Для получения дополнительной информации см. Соответствующие страницы ниже:

Список литературы

  1. ↑ Wikimedia Commons [Online], Доступно: http: // upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/57/Magnet0873.png
  2. ↑ Hyperphysics, Magnetic Field [Online], доступно: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/mintage/magfie.html
  3. ↑ Wikimedia Commons [Online], доступно: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/fb/Magnets_field_of_bar_magnets_attracting.png
  4. ↑ http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/14/Magnets_field_of_bar_magnets_repelling.png
  5. ↑ Hyperphysics, Magnetic Field of the Earth [Online], Доступно: http: // hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/mintage/magearth.html
  6. ↑ природа, Солнечный ветер бьет по озоновому слою [Онлайн], Доступно: http://www.nature.com/news/2005/050228/full/news050228-12.html
  7. ↑ NASA Sun Earth на Flickr [Online], доступно: https://www.flickr.com/photos/gsfc/4445502419/
  8. ↑ Wikimedia Commons [Online], доступно: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:The_Aurora_Borealis_or_Nintage_Lights_shine_above_Bear_Lake_in_Alaska_050910-F-MS415-009.jpg
  9. ↑ Hyperphysics, Magnets and Electromagnets [Online], Доступно: http: // hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/mintage/elemag.html
  10. ↑ R. Serway и C. Vuille, «Magnets» в Essentials of College Physics [Online], Доступно: http://books.google.ca/books?id=8n4NCyRgUMEC&pg=PA493&redir_esc=y#v=onepage&q&f= ложный

Произошла ошибка: SQLSTATE [42S22]: Столбец не найден: 1054 Неизвестный столбец «rev_user» в «списке полей»

Магнитные поля — обзор

3.3 Магнитное преобразование

Магнитные поля могут использоваться для срабатывания в микромасштабе.Сила Лоренца — это обычно используемый механизм для магнитных приводов без магнитных материалов. Сила Лоренца, действующая на проводники с током в магнитном поле, определяется выражением:

(3.19) Fl → = IL → × B →

, где I — ток через проводник, — вектор, величина которого является взаимодействующей длина проводника с магнитным полем и его направление совпадает с током в проводнике и представляет собой плотность магнитного потока (см. рис. 3.6). Видно, что

Рисунок 3.6. Сила Лоренца на проводнике с током в магнитном поле, Б.

(3.20) | ηim | = | L → × B → |.

Сила Лоренца использовалась для приведения в действие микроструктур с помощью внешнего магнитного поля. Относительно большие токи необходимы для создания достаточно больших сил из-за ограниченного диапазона внешнего магнитного поля, которое может быть создано (обычно менее 1 Тл), и малых размеров микромашинных устройств. Следовательно, удельное сопротивление приводных рычагов должно быть небольшим за счет легирования или правильного выбора конструкционного материала, чтобы избежать больших падений напряжения на них [45,46].Также можно использовать несколько параллельных проводов или катушек для увеличения силы [47].

Когда проводник движется в магнитном поле, на нем появляется напряжение. Это явление описывается законом Фарадея:

(3.21) ЭДС = -NdΦdt

, где Φ — магнитный поток. Для одиночного прямого провода длиной L , движущегося со скоростью внутри магнитного поля, индуцированное напряжение находится по формуле:

(3,22) ЭДС = LB → × u → ⋅⋅

Это индуцированное напряжение можно использовать для измерения движения дирижера.Максимальный выходной коэффициент трансдукции определяется выражением:

(3,23) ηom = L | B → |.

Внутри приложенного извне магнитного поля сила, действующая на проводник с током, может использоваться для приведения в действие резонатора, а индуцированное напряжение на движущемся проводнике обеспечивает сигнал для определения движений корпуса резонатора [48,49].

Железо, никель, кобальт и некоторые редкоземельные элементы и их сплавы проявляют явление, известное как ферромагнетизм . Если кусок этих материалов поместить в небольшое магнитное поле, магнитные домены внутри него выровняются с полем, и материал намагнитится.Это увеличивает магнитное поле внутри материала в большой коэффициент, известный как относительная проницаемость материала , которая может находиться в диапазоне от нескольких сотен до нескольких сотен тысяч. Сила, которую магнитное поле оказывает на намагниченный материал, также может использоваться для приведения в действие [50–54]. Во многих случаях необходимое поле создается внешним постоянным магнитом или катушкой, что ограничивает гибкость этого метода срабатывания.

Ферромагнитные материалы деформируются в присутствии магнитного поля, слегка изменяя свою длину в направлении приложенного поля.Это явление называется магнитострикцией и может использоваться для сенсорных или исполнительных приложений [55,56].

Статические магнитные поля (0 Гц)

Характеристики поля и его использование

Статические магнитные поля — это постоянные поля, которые не меняют свою интенсивность или направление с течением времени, в отличие от переменных полей низкой и высокой частоты. Следовательно, они имеют частоту 0 Гц. Они оказывают притягивающую силу на металлические предметы, содержащие, например, железо, никель или кобальт, поэтому для этой цели обычно используются магниты.В природе геомагнитное поле Земли действует с юга на север, что позволяет, например, работать с компасом. Гораздо более сильные поля создаются некоторыми типами промышленного и медицинского оборудования, например, устройствами для медицинской резонансной томографии (МРТ).

Сила статического магнитного потока выражается в теслах (Тл) или в некоторых странах в гауссах (Г). Сила естественного геомагнитного поля варьируется от 30 до 70 мкТл (1 мкТл составляет 10 -6 Тл).Бытовые магниты имеют силу порядка нескольких десятков миллитесла (1 мТл = 10 -3 Тл). Напротив, поля оборудования МРТ варьируются от 1,5 до 10 т.

Воздействие статических магнитных полей на тело и последствия для здоровья

Существует несколько известных механизмов, с помощью которых статические магнитные поля могут влиять на биологические системы. Магнитные поля действуют не только на металлические предметы, но и на движущиеся электрические заряды.Что касается биологического функционирования, воздействие статических магнитных полей будет влиять на электрически заряженные частицы и клетки в крови при движении через это поле. Магнитная сила может ускорять или уменьшать движение восприимчивых частиц. Примером может служить снижение скорости прохождения кровяных клеток по кровеносным сосудам. Еще один механизм — через сложные электронные взаимодействия, которые могут влиять на скорость конкретных химических реакций.

Только когда люди подвергаются воздействию сильных магнитных полей, таких как те, которые генерируются оборудованием МРТ, или в некоторых специализированных исследовательских центрах, могут возникать ощутимые воздействия на человеческий организм.Поля напряжением 2–3 Тл и выше могут вызывать преходящие ощущения, такие как головокружение и тошнота. Они возникают в результате генерации небольших электрических токов в балансирующем органе уха. Токи генерируют сигналы в мозг, которые предоставляют информацию, отличную от информации, получаемой через зрение, что приводит к ощущениям головокружения и тошноты. Эти эффекты сами по себе не являются неблагоприятными для здоровья, но они могут раздражать и нарушать нормальное функционирование. Нет никаких доказательств неблагоприятных эффектов воздействия полей до 8 Тл, за исключением ограниченной информации о незначительных эффектах на зрительно-моторную координацию и визуальный контраст.

Защита

Нормы ICNIRP по воздействию статических магнитных полей защищают от установленных последствий для здоровья. В ситуациях, связанных с воздействием очень сильных полей, следует разработать специальные рабочие процедуры, чтобы минимизировать влияние преходящих симптомов, таких как головокружение и тошнота. В частности, когда воздействие на рабочем месте связано с движением через сильное статическое магнитное поле, при определенных обстоятельствах рекомендуется ограничивать скорость движения через это поле.Для пациентов, проходящих диагностические процедуры МРТ, ICNIRP также предоставил конкретные рекомендации по безопасному выполнению таких процедур.

Кроме того, органы безопасности должны обеспечить наличие положений для защиты людей, которые носят имплантированные ферромагнитные или электронные медицинские устройства, чувствительные к магнитным полям.

Влияние электрических, магнитных и электромагнитных полей на циркадную систему: текущий уровень знаний

Одним из побочных эффектов работы каждого электрического устройства является электромагнитное поле, генерируемое рядом с его рабочим местом.Все организмы, включая человека, ежедневно подвергаются воздействию различных типов этого поля, характеризующегося различными физическими параметрами. Поэтому важно точно определить влияние электромагнитного поля на физиологические и патологические процессы, происходящие в клетках, тканях и органах. Многочисленные эпидемиологические и экспериментальные данные показывают, что чрезвычайно низкочастотное магнитное поле, создаваемое линиями электропередачи и устройствами с электрическим приводом, а также высокочастотное электромагнитное излучение, излучаемое электронными устройствами, потенциально отрицательно влияет на циркадную систему.С другой стороны, несколько исследований не обнаружили влияния этих полей на хронобиологические параметры. В соответствии с текущим уровнем знаний, некоторые ранее предложенные гипотезы, в том числе гипотеза о ключевой роли нарушения секреции мелатонина в патогенезе заболеваний, вызванных электромагнитным полем, нуждаются в пересмотре. В этой статье рассматриваются данные о влиянии электрических, магнитных и электромагнитных полей на ритмы мелатонина и кортизола — двух основных маркеров циркадной системы, а также сна.Он также предоставляет основную информацию о характере, классификации, параметрах и источниках этих полей.

1. Введение

Одним из побочных эффектов работы любого электрического устройства является электромагнитное поле, возникающее рядом с его рабочим местом. Все организмы, включая человека, ежедневно подвергаются воздействию различных типов этого поля, характеризующегося различными физическими параметрами. Поэтому важно точно определить влияние электромагнитного поля на организмы.Все электрические устройства и линии передачи генерируют низкочастотное (обычно 50 или 60 Гц) поле, которое имеет квазистационарный характер, и две его составляющие — электрическое и магнитное поле — можно анализировать отдельно. Считается, что это поле оказывает потенциально негативное воздействие на организмы, хотя механизм его биологического действия остается неизвестным. С другой стороны, электронные устройства, такие как мобильные телефоны, телевизоры или радиопередатчики, излучают электромагнитное излучение с высокими частотами (от 300 МГц до 300 ГГц).Излучение высокой энергии этого типа вызывает тепловой эффект, который может повышать температуру тканей и органов, а также вызывать серьезные повреждения клеток. Международное агентство по исследованию рака (IARC) в 2002 году классифицировало чрезвычайно низкочастотное магнитное поле, создаваемое электрическими устройствами, как возможное канцерогенное для человека [1]. В 2011 году радиочастоты электромагнитных полей были квалифицированы МАИР и ВОЗ как потенциально повышающие риск развития злокачественной опухоли головного мозга [2].

Видимая часть электромагнитного излучения с относительно узкой полосой частот от 389 до 789 ТГц играет ключевую роль в регуляции суточных ритмов, влияя на активность супрахиазматического ядра через меланопсин-положительные ганглиозные клетки сетчатка [3]. Тем не менее, несколько отчетов предоставили доказательства того, что электрические и магнитные поля также влияют на циркадную систему. Было высказано предположение, что дефицит секреции мелатонина может быть ответственным за онкогенное действие электромагнитного поля [4].

Целью статьи был обзор данных о влиянии электрических, магнитных и электромагнитных полей на ритмы мелатонина и кортизола, двух основных маркеров циркадной системы, а также на сон. Мы также включили информацию о природе, физических параметрах, классификации и источниках полей, которая может быть полезна биологам и врачам.

2. Природа электрических, магнитных и электромагнитных сил

В физических науках электромагнитное поле — это состояние пространства, характеризующееся электродинамической природой сил, действующих на электрически заряженные объекты.В этом контексте электромагнитное поле можно рассматривать как состоящее из двух независимых компонентов [5]: (i) электрическое — представленное состоянием пространства, известным как электрическое поле, в котором кулоновские силы действуют на неподвижные электрически заряженные объекты, (ii) магнитное — представленное состоянием пространства, известным как магнитное поле, в котором силы Лоренца действуют на нестационарные (движущиеся) электрически заряженные объекты (представляющие электрические токи). Может быть интересно отметить, что согласно специальной теории относительность, электрическое и магнитное поля — это два аспекта одного и того же явления в зависимости от выбранной системы отсчета наблюдения — электрическое поле в одной системе отсчета может восприниматься как магнитное поле в другой системе отсчета.

В пределах своего воздействия электромагнитные поля могут воздействовать на физические объекты, включая живые организмы. Эффекты этого влияния зависят от многих факторов. Среди них наиболее важными являются [5] (i) напряженность поля — в случае электрического поля его напряженность выражается в вольтах на метр (В / м), а в случае магнитного поля (МП) — в интенсивность выражается в амперах на метр (А / м), (ii) расстояние до объекта выражается в метрах (м), (iii) частота излучаемой энергии — в случае полей, зависящих от времени, она выражается в герцах (Гц) , в то время как для полей, не зависящих от времени, их частота равна 0, (iv) поверхностная плотность мощности (удельная мощность), представляющая интенсивность излучаемой энергии (мощности) с площадью по всей этой излучаемой энергии, выраженная в ваттах на квадратный метр (Вт / м ) 2 ).

Здесь стоит упомянуть, что напряженность магнитного поля выражается в амперах на метр (А / м) в соответствии со стандартами SI. Однако в литературе и научной практике очень часто вместо этого используется индукция магнитного поля, которая выражается в теслах (Тл). Эти величины — и — взаимосвязаны через магнитную проницаемость среды.

3. Электромагнитные поля в среде обитания живых организмов

Электромагнитное излучение и поля сопровождают живые организмы с самого начала жизни на Земле.Однако их нынешнюю интенсивность и повсеместность следует отнести, прежде всего, к человеческой деятельности — технологическим достижениям в современном машиностроении, связанным с разработкой и практическим использованием систем передачи электроэнергии, электрического оборудования и телекоммуникаций.

Источники электромагнитного излучения и полей можно разделить на естественные и неестественные. К естественным источникам относятся небесные тела, такие как звезды и магнитары, Земля и биологические процессы, связанные с потоком электрических импульсов в живых организмах (рис. 1).Электромагнитное излучение, которое достигает поверхности Земли из космоса в виде микроволнового фонового излучения, является следствием Большого взрыва и эволюции Вселенной в самые первые секунды ее существования. Этот тип излучения характеризуется распределением тепловой энергии как наиболее совершенное черное тело в природе и имеет почти идеальный планковский спектр при температуре около 2,7 К, в то время как максимум его поверхностной плотности мощности соответствует длине волны 272 ГГц [6 ]. Солнечное излучение, достигающее поверхности Земли, имеет относительно небольшую поверхностную плотность мощности около 3 мкм Вт / м 2 [6] и состоит из отличительных полос частот, так называемых атмосферных окон, представляющих те полосы частот, которые не поглощаются атмосфера Земли.Их можно перечислить как (i) радиоокно — представленное длинами электромагнитных волн от 15 МГц до 300 ГГц, (ii) оптическое окно — представленное длинами электромагнитных волн от 150 ТГц до 1000 ТГц, (iii) микроволновое окно — представленное электромагнитными длинами волн от 23,1 ТГц до 37,5 ТГц. Магнитное поле Земли — это еще одно естественное поле, исходящее из ядра планеты, которое простирается до обширного пространства, окружающего Землю, известного как магнитосфера. Важным источником сильных электромагнитных полей являются атмосферные разряды, известные как молния.Быстрые выбросы радиации, которые сопровождают эти природные явления, характеризуются высокой плотностью мощности и высокими частотами. В живых организмах электромагнитные поля возникают из-за передачи сигналов в нервной системе и из структур, автономно генерирующих электрические импульсы (например, сердца).


История неестественных источников электромагнитного излучения и полей относительно коротка и охватывает только последние сто лет. Неестественные источники электромагнитного излучения или полей относятся к двум группам.Первая группа включает ионизирующее излучение, характеризующееся относительно высокой энергией, которое может приводить к ионизации частиц вещества. Присутствие этого вида излучения имеет в первую очередь естественные причины (статистическая годовая доза облучения составляет около 2,4 мЗв). Однако неприродные источники ионизирующего излучения, такие как технические устройства, в которых используются различные радиоактивные изотопы, в настоящее время считаются наиболее важными проблемами в охране здоровья населения. Вторая группа — это неионизирующее излучение с энергией, которая слишком мала для ионизации частиц вещества.Обычными источниками этого вида излучения являются все средства, используемые для производства, передачи и использования электроэнергии (высоковольтные линии электропередач, подстанции, двигатели, генераторы, промышленные и бытовые приборы, домашняя электропроводка и т. Д.). Очень важные источники электромагнитного излучения включают телекоммуникационные системы (радио, телевидение, Интернет и Wi-Fi), а также медицинские устройства, используемые для диагностики или терапии.

Согласно Европейской комиссии, неионизирующее излучение можно разделить на несколько уровней [7]: (i) статические поля, (ii) поля крайне низкой частоты (поля СНЧ), (iii) поля промежуточной частоты (поля ПЧ), ( iv) радиочастотные поля (радиочастотные поля).Чтобы проиллюстрировать соображения авторов, типичные источники электромагнитных полей / излучения, влияющих на живые организмы и упомянутые выше, перечислены и описаны в таблице 1.


Уровень Диапазон частот Излучение источник

Статический 0 Гц Земля, видеоэкраны, магнитно-резонансная томография и другое диагностическое / научное оборудование, электролиз, сварка

Поля крайне низкой частоты 0–300 Гц Линии электропередачи, домашняя проводка, автомобильные электродвигатели , электропоезда и трамваи, сварочные аппараты

Промежуточная частота 300 Гц – 100 кГц Видеоэкраны, противоугонные устройства, используемые в автомобилях, домах, магазинах, кардридеры, металлодетекторы, магнитно-резонансная томография , сварочные аппараты

Радиочастота 100 кГц – 300 ГГц Радио, телевидение, мобильные телефоны, микроволновые печи, радары и радиопередатчики, магнитно-резонансная томография

4.Влияние электрических, магнитных и электромагнитных полей на суточный ритм секреции мелатонина

Мелатонин является основным гормоном системы циркадного ритма у всех позвоночных, включая человека [8]. Суточный ритм его секреции в шишковидной железе млекопитающих управляется супрахиазматическим ядром — центральным эндогенным осциллятором, непосредственно связанным с сетчаткой [8–10]. В физиологических условиях регуляторные механизмы обеспечивают правильное включение этого ритма в цикл свет-темнота, и, следовательно, повышенная секреция мелатонина в ночное время может служить для всех клеток организма часами и календарем [8, 11, 12].Мелатонин играет ключевую роль в контроле многих физиологических процессов, происходящих в суточных или сезонных ритмах, таких как сон, обмен веществ и размножение [13]. Более того, мелатонин также участвует в регуляции иммунной системы [14], сердечно-сосудистой системы [15] и развития рака [13, 16, 17]. Это также очень мощный поглотитель свободных радикалов [18].

Следует отметить, что уровень секреции мелатонина заметно различается у разных людей, как у людей [19, 20], так и у животных [21, 22].Основываясь на измерениях мелатонина в моче, человеческую популяцию можно разделить на выделителей мелатонина с низким и высоким содержанием мелатонина [19, 20]. Исследование на овцах продемонстрировало, что индивидуальная вариабельность уровня мелатонина в плазме находится под строгим генетическим контролем и связана с массой шишковидной железы и секрецией мелатонина, но не с катаболизмом гормонов [21]. Индивидуальные дневные профили мелатонина плазмы хорошо воспроизводятся в последовательные дни, недели и месяцы как у людей, так и у животных [20, 22].Уровень ночной секреции мелатонина снижается с возрастом [23].

Несколько факторов, например световое загрязнение в ночное время или перемещение по часовым поясам, могут привести к нарушению ритма секреции мелатонина и циркадной дезорганизации, что, несомненно, оказывает негативное влияние на различные аспекты здоровья [13, 14, 16, 24, 25].

Секреция мелатонина шишковидной железой обычно считается особенно чувствительной к воздействиям электрического, магнитного и электромагнитного поля.Влияние этих полей на активность пинеальной железы было проанализировано в эпидемиологических исследованиях [26–41] и экспериментальных исследованиях, проведенных с использованием различных моделей in vivo, [42–94] и in vitro, [95–100].

4.1. Эпидемиологические исследования

Эпидемиологические исследования предоставили интересные и очень важные данные о влиянии электромагнитных полей на мелатонин и его метаболит — 6-сульфатоксимелатонин — у людей. Многие из этих исследований касались эффектов чрезвычайно низкочастотного магнитного поля (ELF-MF), которое генерируется внешними линиями электропередачи высокого и среднего напряжения, внутренним источником электропитания и электрическими приборами [25].

Связь между воздействием магнитных полей с частотой 16,7 Гц и здоровьем человека интенсивно изучалась у железнодорожников [26, 101, 102]. Pfluger и Minder [26] сравнили, используя план повторных измерений, выделение 6-сульфатоксимелатонина с мочой у 108 швейцарских железнодорожников мужского пола между периодами отдыха и днями после начала работы на двигателях с электрическим приводом или выполнения других задач. Исследование показало, что экскреция 6-сульфатоксимелатонина с мочой была ниже в рабочие дни, чем в дни отдыха, у водителей двигателей, подвергавшихся воздействию 16.Магнитное поле 7 Гц со средней напряженностью 20 мк Тл, но не среди других рабочих. Следует отметить, что эпидемиологические исследования швейцарских железнодорожников продемонстрировали значительно повышенную (на 0,9% на μ Т-год кумулятивного воздействия) смертность от лейкозов [101]. Статистические данные также предполагают связь между профессиональным воздействием магнитного поля с частотой 16,7 Гц и риском болезни Альцгеймера [102].

Люди широко подвергаются воздействию магнитных полей с частотой 50 Гц (в Европе) или 60 Гц (в Северной Америке), создаваемых источниками питания и электрическими устройствами, обычно используемыми в домах и на рабочих местах.Уменьшение экскреции 6-сульфатоксимелатонина с мочой наблюдалось у электриков, подвергавшихся воздействию магнитных полей с частотой 60 Гц [27–29]. Значительные изменения были отмечены после второго дня рабочей недели, и эффект воздействия магнитного поля был наиболее заметным у субъектов с низким уровнем освещенности на рабочем месте [28]. Кроме того, было продемонстрировано, что снижение экскреции 6-сульфатоксимелатонина происходило у рабочих, подвергавшихся воздействию более двух часов и в трехфазной среде [29].У людей, работающих в однофазной среде, изменений не обнаружено. Слабое влияние профессионального воздействия низкоинтенсивного магнитного поля на экскрецию 6-сульфатоксимелатонина также наблюдалось у работающих женщин [30].

Davis et al. [31] предположили, что домашнее воздействие магнитного поля 60 Гц снижает активность пинеальной железы у женщин, в первую очередь у женщин, принимающих лекарства. Уровень экскреции 6-сульфатоксимелатонина был ниже у младенцев, содержащихся в инкубаторах, и повышался, когда их переводили в место, свободное от электрических устройств [103].Анализ, проведенный Юутилайненом и Кумлином [32], предполагает, что воздействие магнитного поля с частотой 50 Гц может усиливать эффекты воздействия ночного света на выработку мелатонина; однако исследование проводилось на относительно небольшой группе субъектов.

Следует подчеркнуть, что небольшое количество эпидемиологических исследований не выявило влияния воздействия КНЧ-МФ на секрецию мелатонина [33–37]. Gobba et al. [33] отметили схожие уровни экскреции 6-сульфатоксимелатонина в двух группах рабочих, подвергавшихся воздействию полей ≤0.2 μ T и> 0,2 μ T. Никакой связи между воздействием магнитного поля 60 Гц в жилых помещениях и экскрецией 6-сульфатоксимелатонина у взрослых в возрасте 50–81 лет не наблюдалось [34]. Touitou et al. [35] показали, что длительное воздействие КНЧ-МФ не изменяет уровень и суточную секрецию мелатонина. Эти данные предполагают, что магнитные поля не обладают кумулятивным действием на секрецию мелатонина у людей.

В отличие от ELF-MF, в эпидемиологических исследованиях гораздо меньше внимания уделялось влиянию электромагнитных полей промежуточного диапазона частот (от 300 Гц до <10 МГц) и диапазона радиочастот (от 10 МГц до 300 ГГц).Не было обнаружено изменений в экскреции 6-сульфатоксимелатонина с мочой у женщин, проживающих рядом с передатчиками радио- и телевещания [38]. Использование мобильного телефона более 25 минут в день снижает уровень секреции мелатонина [39]. Радиовещательные передатчики с коротковолновыми электромагнитными полями (6–22 МГц) снижали секрецию мелатонина на 10% [40]. Исследование, проведенное с участием 50 техников по обслуживанию электронного оборудования, подвергавшихся воздействию полей различного типа, выявило значительно более низкие уровни мелатонина в сыворотке крови по сравнению с контрольной группой [41].

4.2. Экспериментальные исследования на добровольцах

В отличие от эпидемиологических исследований, большинство исследований, проведенных на добровольцах, не выявили влияния КНЧ-МФ на уровни мелатонина и / или 6-сульфатоксимелатонина [42–51]. В исследовании Warman et al. [42], 2-часовое воздействие поля 50 Гц с интенсивностью 200–300 мк Тл не вызывало значительных изменений в повышении уровня мелатонина в ночное время. Аналогичным образом, воздействие на добровольцев в течение одной ночи полем 50 Гц с интенсивностью 20 мк Тл не оказывало влияния на уровень мелатонина в плазме [43].Selmaoui et al. [44] продемонстрировали, что острое ночное воздействие непрерывного или прерывистого 50 Гц линейно поляризованного магнитного поля силой 10 мк Тл не влияет на секрецию мелатонина у человека. В серии экспериментов, проведенных Graham et al. [45–49], ночная секреция и метаболизм мелатонина не изменились у людей при воздействии КНЧ-МП с интенсивностью в пределах профессионального диапазона воздействия в течение одной или нескольких ночей. Никаких изменений в мелатонине слюны не было обнаружено после воздействия на добровольцев 16.Электромагнитное поле 7 Гц [50, 51]. В отличие от данных, представленных выше, Davis et al. [52] продемонстрировали, что воздействие магнитного поля от 0,5 до 1 мкм на Тл, превышающего уровни окружающей среды в течение 5 ночей подряд, снижает выведение 6-сульфатоксимелатонина у женщин.

4.3. Экспериментальные исследования на животных

Большинство из экспериментов in vivo , посвященных влиянию воздействия магнитного поля на активность пинеальной железы, было проведено на лабораторных грызунах [53–85].

В исследованиях воздействия КНЧ-МФ были получены весьма изменчивые результаты. Непрерывное воздействие магнитного поля 10 μ Тл 50 Гц на крыс Sprague-Dawley в течение 91 дня снижало уровень мелатонина в крови [53]. Однако в другом исследовании той же группы не удалось продемонстрировать стойкий эффект воздействия магнитного поля 100 μ Тл 50 Гц на уровень мелатонина у крыс, поскольку не наблюдалось его снижения или отсутствия изменений [54]. Снижение активности пинеальной железы в ответ на КНЧ-МФ было отмечено и в нескольких других экспериментах, проведенных на лабораторных крысах [55–63] и джунгарских хомячках [64, 65].С другой стороны, повышенная экскреция 6-сульфатоксимелатонина наблюдалась у крыс Sprague-Dawley, подвергшихся воздействию магнитного поля с частотой 50 Гц и интенсивностью 100 мк Тл в течение 24 часов [66]. Аналогичным образом Dyche et al. [67] продемонстрировали, что у крыс-самцов, подвергнутых воздействию магнитного поля 100 μ Тл в течение 1 месяца, наблюдается несколько повышенная экскреция 6-сульфатоксимелатонина. Повышенная секреция мелатонина после воздействия слабого магнитного поля также была обнаружена у джунгарского хомяка Niehaus et al.[68]. В других исследованиях, проведенных на крысах и хомяках, изменений секреции мелатонина в ответ на магнитное поле с частотой 50/60 Гц не наблюдалось [69–77]. Об отсутствии влияния ELF-MF на активность пинеальной железы также сообщалось у мышей [78].

Исследования на грызунах предоставили интересные данные о влиянии радиочастотного диапазона электромагнитного поля на активность пинеальной железы. Воздействие на крыс электромагнитного поля частотой 900 МГц и удельной адсорбцией 0.9 Вт · кг −1 (мобильный телефон) в течение 2 часов в день и повторения в течение 45 дней приводили к статистически значимому снижению содержания мелатонина в пинеальной железе [81]. Кроме того, поле с частотой 1800 МГц и мощностью 200 Вт · см −2 (2 часа в сутки в течение 32 дней; 0,5762 Вт · кг −1 ) нарушало ритм секреции мелатонина у крыс [82]. Однако в другом эксперименте животных подвергали аналогичному воздействию в течение 30 минут в день, 5 дней в неделю в течение 4 недель, и никаких изменений уровня мелатонина в сыворотке крови крыс не было отмечено [83].Точно так же воздействие на джунгарских хомяков электромагнитным полем с частотами 383, 900 и 1800 МГц (80 мВт · кг -1 ) в течение 60 дней (24 часа в сутки) не приводило к изменениям секреции мелатонина. [84].

Исследования воздействия электрических и магнитных полей на негрызуны проводились лишь от случая к случаю [86–94]. Воздействие на молочный скот вертикального электрического поля 10 кВ / м и однородного горизонтального магнитного поля 30 мк Тл в течение 28 дней не изменяло ночной уровень мелатонина в крови [86].Аналогичным образом не наблюдалось изменений секреции мелатонина в других экспериментах, проведенных на дойных коровах [87, 88] и ягнятах [89, 90]. Исследования американских пустельг показали, что длительное воздействие электромагнитных полей (60 Гц, 30 μ Тл, 10 кВ · м -1 ) вызывает изменения секреции мелатонина [91]. Магнитное поле увеличивало уровень мелатонина в шишковидной железе и сыворотке крови форели в ночное время [92].

4.4.
In Vitro Исследования

In vitro исследования влияния электромагнитных полей на секрецию мелатонина были проведены на шишковидной железе джунгарских хомяков [95, 100] и крыс [96–99].Результаты экспериментов с шишковидной железой хомяка в культуре суперфузионных органов показали, что КНЧ-МФ с интенсивностью 86 мк Тл и частотой 16,67 или 50 Гц вызывают снижение секреции мелатонина, активируемое изопротеренолом [95]. Снижение стимулируемой изопротеренолом секреции мелатонина и активности арилалкиламин-N-ацетилтрансферазы также было обнаружено в исследованиях пинеалоцитов крыс после воздействия КНЧ-МФ [96, 97]. Напротив, Lewy et al. [98] отметили повышенную активность ферментов, синтезирующих мелатонин, в то время как Tripp et al.[99] не обнаружили изменений секреции мелатонина в пинеалоцитах крыс в ответ на КНЧ-МФ.

Влияние воздействия электромагнитного поля с частотой 1800 МГц на секрецию мелатонина шишковидной железой джунгарского хомячка было исследовано [100] на той же экспериментальной установке, которая использовалась в экспериментах с КНЧ-МП [95]. Это исследование продемонстрировало, что как непрерывные, так и импульсные сигналы при определенном уровне адсорбции 800 мВт · кг -1 , продолжительностью семь часов, увеличивают уровень секреции мелатонина, стимулированной изопротеренолом [100].

5. Влияние электрических, магнитных и электромагнитных полей на суточный ритм секреции кортизола

Кортизол является важным стероидным гормоном, вырабатываемым надпочечниками. Подобно мелатонину, он демонстрирует постоянный и воспроизводимый суточный ритм в физиологических условиях [104–107]. Debono et al. [105] в исследовании 33 здоровых людей с 20-минутным интервалом профилирования кортизола в течение 24 часов показали, что концентрация кортизола достигает самых низких уровней около полуночи.Затем он начал расти в 02: 00–03: 00, а пик пришелся примерно на 08:30. Затем уровень кортизола медленно снизился до надира. Максимальный уровень кортизола в крови человека составлял приблизительно 399 нмоль / л, в то время как надирный уровень кортизола был <50 нмоль / л. Как и многие другие физиологические процессы в организме, происходящие в суточных циклах, ритм секреции кортизола регулируется супрахиазматическим ядром, расположенным в гипоталамусе.

Кортизол управляет голодом и аппетитом, стрессом, воспалительной реакцией и многими другими функциями [108–110].Важность кортизола особенно очевидна, когда он становится недостаточным в состоянии, известном как надпочечниковая недостаточность [111]. Было высказано предположение, что кортизол действует как вторичный посредник между центральными и периферическими часами и может быть важным фактором синхронизации циркадных ритмов тела [111]. Изменения ритмической продукции и уровня кортизола приводят к значительным побочным эффектам [108, 112]. У детей с аутизмом часто наблюдаются большие различия в дневных моделях кортизола и значительное повышение уровня кортизола в слюне в ответ на несоциальный стрессор [113].

Люди и животные живут в среде с электромагнитными полями разного происхождения. Они подвергаются воздействию электромагнитного поля естественного происхождения, такого как магнитная сила Земли и искусственного происхождения, которое возникает в результате деятельности человека. Изменения магнитного поля Земли влияют на все живые существа на планете. Кроме того, электрические и магнитные поля, которые существуют везде, где генерируется или передается электричество, кажутся очень важными для подвергшихся воздействию организмов.

5.1. Экспериментальные исследования на животных

Результаты исследований влияния электромагнитного поля на секрецию кортизола у животных очень разнообразны. У морских свинок КНЧ-МП вызывало изменения уровня кортизола, которые зависели от частоты и интенсивности поля [114]. Воздействие на животных в течение 2 и 4 часов в день в течение 5 дней поля с частотой 50 Гц и 0,207 мк Т показало значительное снижение уровня кортизола [114]. Однако в группах, подвергнутых воздействию поля 5 Гц и 0.013 μ T, никаких значительных изменений кортизола через 2 или 4 часа воздействия не наблюдалось [114]. У швейцарских мышей, непрерывно подвергавшихся воздействию низкочастотного (50 Гц) поля в течение 350 дней, снижение уровня кортизола наблюдалось на 190 день эксперимента [115]. На 90-е и 350-е сутки воздействия значимых различий отмечено не было [115]. Повышение уровня кортизола наблюдалось у крыс, подвергавшихся воздействию однородных магнитных полей 10 –3 Тл и 10 –2 Тл по 1 часу каждый день в течение десяти дней [116].Воздействие на самок хомяков мобильных телефонов, работающих на частоте 950 МГц в течение короткого (10 дней, 3 часа ежедневно) и длительных (60 дней, 3 часа ежедневно) периодов, вызывало значительное повышение уровня кортизола по сравнению с контрольной группой [117].

Сообщалось также об отсутствии влияния электромагнитного поля на концентрацию кортизола. Burchard et al. [118] не показали изменений в концентрации кортизола, что могло быть связано с воздействием на дойных коров электрического и магнитного полей (вертикальное электрическое поле 10 кВ и горизонтальное магнитное поле 30 мТл).У овцематок также не сообщалось об эффекте воздействия магнитного поля 60 Гц в течение 43 недель на уровень кортизола в сыворотке [119]. Отсутствие влияния электромагнитного поля на концентрацию кортикостерона, независимо от характеристик и продолжительности воздействия, было обнаружено также в экспериментах на крысах [120, 121].

5.2. Исследования на людях

Исследования влияния магнитной силы Земли на человеческое тело показали, что уровни кортизола в сыворотке зависят от направления головы во время сна по отношению к Северному и Южному магнитным полюсам [122].Биологический эффект воздействия искусственных электромагнитных полей на человека был предметом нескольких исследований [123–127]. Стоматология — одна из категорий профессий, в которых часто наблюдается повышенный уровень ELF-MF. Воздействие на стоматологов полей, излучаемых кавитронами, вызывало снижение уровня кортизола в сыворотке крови по сравнению с контрольной группой [123]. Низкочастотные магнитные поля применяются в физиотерапии (магнитотерапия и магнитостимуляция). Исследования длительного применения этих процедур предполагают регулирующее влияние магнитных полей на концентрацию кортизола [124].Однако следует подчеркнуть, что многочисленные исследования не обнаружили влияния магнитных полей 50/60 Гц (1–20 μ Тл) и радиочастотных электромагнитных полей на уровень кортизола, независимо от времени эксперимента, возраста или возраста. пол особей или время отбора проб [125–127].

6. Влияние электрических, магнитных и электромагнитных полей на сон

Суточные ритмы генерируются внутренней системой биологических часов, которые синхронизируются с 24-часовым днем ​​под воздействием факторов окружающей среды, в первую очередь цикла свет-темнота.Многие ритмы очевидны и легко распознаются, например цикл сна и бодрствования, двигательная активность и пищевое поведение.

Цикл сна-бодрствования, вероятно, является основным выходным ритмом циркадных часов, потому что регуляция многих форм поведения и физиологической активности зависит от того, спит ли организм или бодрствует. Предполагается, что расстройства сна — часто встречающиеся клинические симптомы — частично связаны с воздействием электромагнитного поля. В последние годы появляется все больше экспериментальных и эпидемиологических данных о влиянии неионизирующих электромагнитных полей на физиологию мозга и сон [40, 128–144].

Сон — это эндогенный самостоятельный церебральный процесс. Можно измерить определенные и различимые фазы сна. Низкочастотная активность (<10 Гц) и частотная активность веретена сна (приблизительно 12-15 Гц) - это две безмолвные характеристики сна с небыстрым движением глаз (NREM), которые можно количественно оценить и использовать в качестве маркеров процессов регуляции сна [145]. Несколько экспериментов показали, что электроэнцефалографическая (ЭЭГ) спектральная мощность в альфа (8–12 Гц) и веретено (12–14 Гц) частотах увеличивается как во время, так и после воздействия импульсно-модулированного радиочастотного поля [128–133].Недавно также наблюдалось увеличение дельта-мощности (<4,5 Гц) [129]. Mann и Röschke [134] сообщили о снижении скорости сна с быстрым движением глаз (REM) и изменениях спектральной мощности ЭЭГ во время REM-сна в ответ на высокочастотное электромагнитное поле, излучаемое цифровыми мобильными радиотелефонами. Regel et al. [130] провели исследование влияния воздействия радиочастотного электромагнитного поля путем изменения интенсивности сигнала в трех экспериментальных сессиях. Анализ ЭЭГ сна выявил дозозависимое увеличение мощности в частотном диапазоне веретена во время медленного сна.Это дало первые признаки дозозависимой связи между интенсивностью поля и его влиянием на физиологию мозга. Huber et al. [137] также продемонстрировали увеличение мощности в диапазоне частот быстрого шпинделя ЭЭГ во время воздействия импульсно-модулирующего радиочастотного поля, но не дозозависимым образом. Следует также подчеркнуть, что во многих исследованиях [135, 139–141] не удалось показать каких-либо эффектов воздействия радиочастотного поля на сон или ЭЭГ во сне.

Несмотря на несколько сообщений, показывающих влияние импульсно-модулированного радиочастотного электромагнитного поля на ЭЭГ во сне, механизм этих изменений, вызванных воздействием, все еще неясен.Кроме того, нет подтверждающих доказательств того, что этот эффект связан с такими последствиями для здоровья, как изменение качества сна [128–130, 136].

На сегодняшний день проведено несколько контролируемых лабораторных исследований ЭЭГ сна в низкочастотных электрических и магнитных полях. Åkerstedt et al. [143] провели двойное слепое плацебо-контролируемое исследование с участием 18 здоровых людей, чтобы изучить влияние магнитного поля частотой 50 Гц на сон. Результаты показали, что эффективность сна, медленный сон и медленная активность, а также субъективная глубина сна были значительно снижены под воздействием СНЧ-МФ.Хотя эти результаты предполагают интерференцию низкочастотного поля, авторы подчеркивают, что эти изменения все еще находятся в пределах нормы. В двойном слепом лабораторном исследовании Graham et al. [144] исследовали влияние магнитного поля 60 Гц на сон во время непрерывного, прерывистого или фиктивного воздействия. Они продемонстрировали, что периодическое воздействие приводит к явному искажению сна и изменению архитектуры сна по сравнению с фиктивными условиями и непрерывным воздействием. Следует подчеркнуть, что напряженность поля в обоих упомянутых исследованиях [143, 144] была ниже той, которая используется для медицинских диагностических целей, таких как магнитно-резонансная томография.

Анализ эпидемиологических данных, касающихся качества сна и цикла мелатонина, собранных в течение десяти лет в районе коротковолновой (6–22 МГц) радиовещательной станции, предоставил доказательства того, что воздействие электромагнитного поля влияет только на тех, кто плохо спит, и это может быть группой людей, чувствительных к такому воздействию [40]. Это явление было описано как гиперчувствительность к электромагнитным полям, EHS. Это также наблюдалось в нескольких других сообщениях [146, 147].

Хотя биологическое объяснение связи между воздействием радиочастотного электромагнитного поля и ухудшением качества сна не было идентифицировано, предполагается, что в этом процессе может быть задействовано подавление ночной секреции мелатонина [148].Два сравнительно недавних исследования предполагают связь между снижением секреции мелатонина в ночное время и увеличением использования мобильных телефонов, излучающих радиочастотное поле [39, 149]. Однако четыре перекрестных испытания [127, 141, 150, 151] не обнаружили корреляции между воздействием мобильного телефона и секрецией мелатонина. Гипотеза о связи между циклом мелатонина и воздействием электромагнитного поля требует дальнейшего изучения [152].

7. Выводы

Результаты исследований влияния электрических, магнитных и электромагнитных полей на секрецию мелатонина и кортизола, а также на сон во многом противоречивы.Неблагоприятные данные, связанные с влиянием этих физических факторов на секрецию обоих «циркадных» гормонов, были получены во всех группах исследований, включая эпидемиологические исследования, исследования на добровольцах и исследования на животных. Более того, исследований шишковидной железы грызунов in vitro также дали противоречивые результаты. Источники расхождений остаются неизвестными; однако такие факторы, как неправильная оценка уровня воздействия, влияние других факторов, таких как свет и лекарства, различия в фазах циркадного ритма во время воздействия и индивидуальная изменчивость чувствительности к электромагнитным полям, по-видимому, заслуживают особого внимания.Идея о том, что некоторые люди более чувствительны к электромагнитному полю, чем другие, из-за генетического фона или / или текущего состояния здоровья, кажется очень привлекательной и должна стать предметом дальнейших исследований. Следует отметить, что противоречивые результаты были также получены в исследованиях, посвященных другим воздействиям электрических, магнитных и электромагнитных полей на организм, включая их опухолево-промотирующее действие [153–157].

Несмотря на расхождения в опубликованных результатах, КНЧ-СЧ и радиочастотное электромагнитное поле следует рассматривать как факторы, которые могут влиять на функцию циркадной системы, потому что значительное количество исследований продемонстрировало изменения в секреции мелатонина и кортизола, а также во сне после экспозиция в этих областях.Из-за широко распространенного воздействия на людей и животных КНЧ-СЧ и радиочастотного электромагнитного поля исследования их биологических эффектов должны быть продолжены. Важным и до сих пор нерешенным вопросом является взаимосвязь между физическими характеристиками и биологическими эффектами полей, а также механизмами воздействия полей на циркадную систему.

В свете существующей литературы гипотеза, указывающая на нарушение секреции мелатонина, как одного из основных факторов, ответственных за канцерогенные эффекты электрических, магнитных или электромагнитных полей [158, 159], не подтверждается эпидемиологическими и экспериментальные данные.Следовательно, в настоящее время его следует рассматривать как отрицательно проверенный.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в отношении публикации данной статьи.

Невероятная странность магнитного поля Земли

Большинство людей не знают, что магнитное поле Земли имеет слабое место размером с континентальную часть Соединенных Штатов, которое парит над Южной Америкой и южной частью Атлантического океана.

Мы защищены от любых воздействий на земле, но нашим спутникам не так повезло: когда они проникают через эту магнитную аномалию, их бомбардируют излучением более интенсивным, чем где-либо еще на орбите.Есть основания полагать, что эта вмятина в магнитном поле, называемая Южно-Атлантической аномалией, только увеличивается.

Эта аномалия — далеко не единственная необычная особенность магнитного поля Земли.

Сотни раз в истории Земли наше магнитное поле менялось на противоположное, переключаясь между севером и югом в планетарном триггере. Магнитный Северный полюс Земли тоже продолжает дрейфовать, в хаотичном танце спотыкаясь вокруг Арктики. И ученые обнаружили импульсы магнитного поля Земли — так называемые геомагнитные рывки — которые могут подорвать наши навигационные системы.

Тем не менее, прогнозирование этих изменений остается сложной задачей. «Как и прогнозы погоды, вы не можете предсказать эволюцию ядра дальше нескольких десятилетий», — сказал Жюльен Обер, исследователь из Парижского института физики Земли.

Напряженность магнитного поля, измеряемая в нанотеслах, резко падает в районе Южно-Атлантической аномалии. Фото: ESA

Но ученые хотят знать, как магнитное поле Земли изменится в более отдаленном будущем. Без магнитного поля спутники могут быть потеряны, а инструменты, основанные на точных магнитных моделях для навигации, могут выйти из строя.

Ответы придут еще не скоро. Магнитное поле защищает атмосферу Земли от вредного излучения Солнца. Ученые узнают, что Солнце способно к эмиссии — солнечным вспышкам — даже более разрушительным, чем мы когда-либо думали, и понимание силы и вариаций нашего магнитного поля жизненно важно для понимания того, насколько мы можем оказаться в опасности от следующей большой солнечной бури.

Железное сердце

Кукольник, который управляет магнитным полем, — это ядро ​​Земли, перегретое сердце нашей планеты, которое горит так же горячо, как поверхность Солнца.

В ядре расплавленные металлы постоянно находятся в движении, так как горячие плавучие струи более легкого материала поднимаются наружу. В самом центре находится небольшое твердое внутреннее ядро, которое растет по мере охлаждения Земли.

Математика геодинамо настолько запутана, что Альберт Эйнштейн не поверил ей. Эта планетарная анатомия создает основу для активного магнитного поля. Постоянная потребность ядра в охлаждении и, следовательно, в конвекции приводит в действие электрический генератор нашей планеты. Генератор создает самоподдерживающееся магнитное поле посредством процесса, называемого геодинамо.Математика геодинамо настолько запутана, что Альберт Эйнштейн не поверил этой теории, когда один из ее основателей, Вальтер М. Эльзассер, предложил ему ее.

Геодинамо работает, потому что естественная конвекция жидкого ядра проталкивает металлы через существующее слабое магнитное поле, возбуждая электрический ток. Из-за взаимосвязи между электричеством и магнетизмом ток создает второе магнитное поле, и процесс повторяется. Этот процесс был самоподдерживающимся на протяжении большей части истории Земли.

Хотя ядро ​​находится в тысячах километров под нашими ногами, создаваемое им магнитное поле простирается далеко в космос, окружая планету подобно броне. Но доспехи нашей планеты несовершенны, и результаты могут быть душераздирающими.

Щель в доспехах Земли Геомагнитные рывки движутся вдоль силовых линий магнитного поля Земли, показанных здесь внутри ядра. Фото: Жюльен Обер, IPGP / CNRS

Ранней весной 2016 года группы инженеров в Японии наблюдали, как их ценный спутник вышел из-под контроля.

Команды, создавшие спутник Hitomi, запущенный всего пятью неделями ранее, надеялись, что космический корабль будет наблюдать черные дыры, скопления галактик и другие объекты с высокой энергией. На спутнике даже был замечательный рентгеновский калориметр — триумф инженерной мысли за три десятилетия.

Но каскад событий, начавшийся с столкновения с Южно-Атлантической аномалией, казалось, обрекал Хитоми на гибель. Пройдя через аномалию, бортовая система, которая контролировала ориентацию спутника, дала сбой, когда он поворачивался для наблюдения за новым звездным скоплением.Этот маневр привел к серии программных ошибок, которые заставили Hitomi безумно крутиться. Вскоре спутник разбился на 11 частей.

«Это научная трагедия», — сказал тогда Nature Ричард Мушоцки, астроном из Университета Мэриленда в Колледж-Парке.

Другой космический корабль стал жертвой Южно-Атлантической аномалии. Напряженность магнитного поля на высоте многих спутников в аномалии вдвое меньше, чем где-либо еще, а слабое поле не так эффективно отталкивает излучение.Внутренний радиационный пояс Ван Аллена, радиационный диск в форме пончика вокруг Земли, который улавливает частицы высокой энергии, прилегает к аномалии намного ближе к поверхности из-за ослабленного поля.

Любой спутник на околоземной орбите — обычная высота для спутников наблюдения Земли — должен пройти через аномалию. Космический телескоп Хаббл проводит в этом регионе 15% своей жизни и регулярно отключает свои светочувствительные камеры, чтобы избежать повреждений. Некоторые инструменты, такие как Ionospheres Connection Explorer НАСА, отключают электрические компоненты детектора ультрафиолетовых фотонов каждый раз, когда они проходят.В первые дни существования Международной космической станции аномалия вызвала бы сбой в компьютерах астронавтов.

Радиация оставляет зеленые и красные пятна на изображениях космического телескопа Хаббл во время прохождения через Южно-Атлантическую аномалию. Одна камера на борту телескопа может бодрствовать в аномалии, но ее изображения зашумлены. Предоставлено: ESA

. Но иногда спутнику просто не везет. Эшли Грили, научный сотрудник Центра космических полетов имени Годдарда НАСА, вспомнила спутник CubeSat, который умер вскоре после запуска.Во время пусконаладочных проверок и этапа ввода в эксплуатацию «мы думаем, что энергичная частица попала в неправильное место в неподходящее время, и, к сожалению, мы так и не получили данных», — сказала она.

Растущая аномалия

Исследователи обнаружили Южно-Атлантическую аномалию в 1958 году, когда спутники впервые начали измерять радиацию в космосе. «Теперь этот регион занимает видное место в большинстве моделей», — сказал Теренс Сабака из НАСА. «Все в значительной степени согласны с его размером, формой и прочностью.«Хотя это все еще вопрос предположений, есть некоторые свидетельства того, что аномалия существует с самого начала 19 века, а может быть, даже раньше.

Настоящие дебаты связаны с тем, что аномалия будет делать дальше.

Возможно, вмятина раскалывается, или, возможно, появляется другое слабое место, которое врезается в нее. Впервые Грили взглянула на аномалию во время своей докторской работы. Просматривая спутниковые данные за 20 лет, она вычислила размер аномалии во время каждого прохода Солнечных аномальных и магнитосферных частиц.По ее словам, спутники на низкой околоземной орбите проходят через регион примерно раз в неделю, и этот переход длится несколько минут.

Со временем Грили обнаружил, что Южно-Атлантическая аномалия смещается на запад (примерно на 1 ° долготы каждые 5 лет) и даже немного на север. В конце концов, «большая часть этого будет над сушей», — сказала она. Прицел от аномалии пройдет над Аргентиной, Боливией, Бразилией, Чили и Парагваем.

Прогноз, сделанный ученым НАСА Вейджиа Куанг и профессором округа Балтимор Эндрю Тангборном из Университета Мэриленда, показывает, что аномалия не только мигрирует на запад, но и увеличивается в размерах.Через пять лет область ниже напряженности поля 24000 нанотесла (примерно половина нормальной магнитной напряженности) вырастет примерно на 10% по сравнению со значениями 2019 года. По словам Куанг, вмятина также может расколоться, или, возможно, независимо от нее возникнет другое слабое место.

Южноатлантическая аномалия в настоящее время охватывает части южной части Африки, большую часть южной части Атлантического океана и Южную Америку. По прогнозам, через 5 лет регион будет расти и раздваиваться. Нажмите на изображение для увеличения.Предоставлено: Вейджиа Куанг и Теренс Сабака / NASA GSFC

. Хотя, по прогнозам, в следующие 5 лет вмятина будет расти, делать прогнозы на будущее невозможно, сказал Куанг. Движение жидкости в ядре Земли настолько турбулентно, что небольшое возмущение в системе может привести к целому ряду результатов, которые мы не можем предвидеть. Чем дальше вы продвигаетесь во времени, тем больше появляется безудержных ситуаций.

Хотя будущее неопределенно, изучение аномалии «дает нам очень хорошее окно для понимания не только основной динамики», — сказал Куанг, но также «региональных свойств этой области.”

К счастью, аномалия не может повредить жизни на поверхности, сказал Куанг. «Но если он продолжит ослабевать со временем, это может в конечном итоге повлиять на нас». Дыра в нашем поле подвергнет нас воздействию высокоэнергетических частиц, которые могут вызвать выброс энергосистем и разъедать защитные газы в нашей атмосфере.

Магнитная дрожь и блуждающий полюс

Дочь Чэнли Хуанга часто слышала знакомую историю перед сном.

Однажды четверо слепых решили пойти в зоопарк навестить слона.Они никогда не встречали ни одного раньше и хотели знать, как он выглядит. Первый человек подошел к слону, пощупал его хобот и объявил, что это «изогнутая лопатка». Второй коснулся его хвоста и пришел к выводу, что это похоже на палку. Третий мужчина осторожно похлопал по телу и объявил, что животное похоже на стену, тогда как четвертый почувствовал его ногу и сказал, что это было похоже на столб.

По отдельности четверо мужчин понимали только одну часть слона. Но вместе они получили более четкое представление об истинной природе слона.

Древние исследователи погибли, пытаясь установить станции наблюдения в отдаленных местах. Хуан также рассказывает эту историю своему коллеге Пэншо Дуаню. Когда астрономы заглядывают внутрь Земли, у них нет возможности «почувствовать» истинную природу ядра. Но они могут исследовать различные аспекты, сотрудничать и сравнивать с другими, чтобы составить более полную картину.

Ученые давно занимаются этим поиском, иногда со смертельным исходом. Исследователи прошлого погибли, пытаясь установить станции наблюдения в отдаленных местах, как обреченный английский исследователь сэр Джон Франклин, чья экспедиция по магнитным наблюдениям Северного полюса в 1845 году закончилась тем, что 129 человек погибли и два корабля потерялись.

Как только по всему миру возникли долговечные наземные обсерватории, ученые заметили странные отклонения в полевых условиях, в том числе, например, то, что наши магнитные Северный и Южный полюса свободно перемещаются по планете. Это правда, что полюса не соответствуют осям вращения Земли из-за неравномерного и турбулентного потока в ядре, но они также постепенно дрейфуют вместе с силовыми линиями закрученного поля динамики ядра. В прошлом веке магнитный Северный полюс шествовал через канадскую Арктику, а с 2000-х годов он шагает по Северному Ледовитому океану.

Но иногда это постепенное движение ускоряется, казалось бы, случайным образом, и дрейф магнитного поля Земли идет в другом направлении. Эти отклонения называются геомагнитными рывками.

Вы можете заметить рывки на V-образных графиках изменения направления магнитного поля с течением времени. Предоставлено: Жюльен Обер, IPGP / CNRS из французских данных BCMT

. Ученые также называют рывки «V-образными» событиями, основываясь на их появлении на графиках скорости изменения поля во времени. События обычно длятся от 1 до 3 лет, а первый задокументированный случай был зарегистрирован в 1902 году.С тех пор произошли десятки рывков.

Последний рывок был в 2016 году, когда он толкнул поле и резко сместил дрейф Северного полюса. Мероприятие было довольно неудобным, потому что ученые только что выпустили 5-летнюю модель магнитного поля Земли, названную World Magnetic Model (WMM). Команде WMM пришлось досрочно обновить модель, чтобы избежать недопустимых навигационных ошибок.

Хотя происхождение рывков является предметом активных исследований, недавнее исследование в журнале Nature Geoscience, проведенное Обертом и Крисом Финли из Технического университета Дании, предполагает, что рывки могут возникать в результате толчка и притяжения сил внутри Земли (немного.ly / jerks-research). Когда горячий шлейф вырывается через внешнее ядро, тонкий баланс между планетарными, вращательными и электромагнитными силами нарушается. Несбалансированные силы вызывают дрожь вдоль силовых линий магнитного поля в виде волн.

Следующий рывок может уже начаться. Недавний анализ Хуанга и Дуана предсказал, что следующее событие произойдет в 2020 или 2021 году.

В этом случае ученым, возможно, потребуется обновить магнитные карты, на которые опираются деятельность промышленности и правительства.Компании, ведущие бурение на нефть и газ, например, используют точно настроенные магнитные модели для рытья скважин. Но не все рывки вызывают изменения направления, поэтому время покажет, каков будет результат.

Рывки могут пролить свет на тепловые свойства ядра — горячо обсуждаемая тема, которая влияет на наши представления обо всем, от возраста ядра до начала тектоники плит. Однако еще слишком рано говорить, происходит ли толчок прямо сейчас. Финли, член группы, которая публикует модели магнитного поля каждые 6 месяцев, сказал, что невозможно идентифицировать геомагнитные рывки, пока они не произошли, потому что исследователи должны анализировать данные с течением времени.По словам Финли, на то, чтобы узнать это наверняка, потребуется около двух лет.

Независимо от того, приближается ли к нам следующее событие, геомагнитные рывки — это одна из составляющих видения «слона» магнитного поля Земли. Рывки могут пролить свет на тепловые свойства ядра — горячо обсуждаемая тема, которая влияет на наши представления обо всем, от возраста ядра до начала тектоники плит.

Решение загадки происхождения рывка устранит «камень преткновения» в будущих предсказаниях магнитного поля, сказал Обер, что нам крайне необходимо, чтобы лучше понять защитную броню нашей планеты.

Как избежать Судного дня

Владимир Айрапетян не жалеет слов, когда речь идет об апокалиптических сценариях и нашем магнитном поле.

Художник показывает солнечную вспышку, покидающую Солнце и несущуюся к Земле. Предоставлено: NASA

. В одном мрачном сценарии катастрофически массивная солнечная вспышка охватывает Землю и выбивает озоновый слой, подвергая нас разрушительному ультрафиолетовому излучению, которое, как известно, вызывает рак. По словам Айрапетяна, за 6–12 месяцев, которые потребуются для восстановления нашего озонового слоя, мы будем жить как «ночные животные».

«Вам придется спуститься под землю и выйти ночью», — сказал Айрапетян, ученый НАСА из Центра космических полетов Годдарда. «Это сценарий голливудского типа».

Рассказы о катастрофическом отказе нашего поля являются частью знаний о работе с магнитным полем Земли. Люди всегда хотят знать: «Когда происходит действительно действительно плохое?» — сказал Обер.

Хотя преобладающая наука предполагает, что эти сценарии судного дня возможны, они крайне маловероятны.Магнитное поле Земли непостоянно, покрыто кратерами и постоянно меняется, но у ученых нет оснований полагать, что это поле не защитит нас на десятилетия — а, скорее всего, столетия — в будущем.

Даже один из самых драматических сценариев — перемагничивание — маловероятен в обозримом будущем. Последний поворот произошел 780 000 лет назад, и исследователи предполагают, что за многомиллиардное время существования магнитного поля полюса менялись сотни раз.

Наша звезда может быть способна выстрелить вспышкой эпических масштабов.Но у ученых нет убедительных доказательств того, что нас ждет инверсия поля, сказала Кэтрин Констебл, ученый из Института океанографии Скриппса, изучающая инверсию магнитного поля. «Сфера меняется так постепенно, что мы будем справедливо предупреждены, по крайней мере, через несколько десятилетий», — сказал Констебль.

Возможно, более серьезная опасность исходит из космоса. Магнитное поле — наша главная линия защиты от натиска высокоэнергетических частиц Солнца. Недавнее исследование Айрапетяна предполагает, что в нашей Солнечной системе возможны гигантские солнечные вспышки.Наблюдения за другими звездами, похожими на Солнце, показывают, что наше Солнце может испускать вспышку эпических масштабов.

Конгресс принял закон о продвижении исследований и наблюдений космической погоды для улучшения прогнозов завтрашнего дня в 2020 году, чтобы вложить деньги в исследования космической погоды, которые авторы закона назвали вопросом национальной безопасности. Гелиофизика — это самое маленькое подразделение НАСА, поэтому Айрапетян «очень рад» дополнительному финансированию и поддержке, чтобы выяснить, какие космические опасности ждут впереди.

До тех пор наше магнитное поле будет продолжать делать то, что умеет лучше всего: дрейфовать, дрожать и трансформироваться в свою следующую грандиозную конфигурацию.

Информация об авторе

Дженесса Данкомб (@jrdscience), штатный писатель

Благодарности

Eos благодарит Вейцзя Куанга, который щедро предоставил прогноз Южно-Атлантической аномалии по запросу.

Можете ли вы экранировать или блокировать магнитные поля? | Ребята из науки

Я слышал, что свинец останавливает ядерную радиацию; вы можете экранировать или блокировать магнитные поля?

Февраль 2004 г.

Короткий ответ: нет, не существует экрана или вещества, которое эффективно блокировало бы магнитные поля как таковые.Однако вы можете перенаправить линии магнитного поля, что некоторые люди называют магнитным экранированием. Теперь давайте разберемся с этим немного подробнее.

На самом деле существует закон, называемый законом Гаусса, который кое-что говорит нам о магнитных полях (этот закон также является одним из уравнений Максвелла, объясняющих все электромагнитные явления). Этот закон в основном подразумевает, что вы не можете разделить магнитные полюса, то есть вы не можете изолировать только один полюс; должно быть два магнитных полюса: северный и южный.Это отличается от электрических зарядов, когда вы можете отделить один положительный или один отрицательный заряд. Магнитные полюса всегда идут парами. Ученые используют терминологию, согласно которой монополей (одиночных магнитных полюсов) не существует.

Линии магнитного поля представляют собой замкнутые контуры и должны быть непрерывными между северным и южным полюсами. В случае стержневого магнита представьте себе силовые линии, выходящие из северного полюса, излучающие через пространство и вновь входящие в стержневой магнит на южном полюсе, продолжающиеся через магнит обратно к северному полюсу.Поскольку эти силовые линии должны быть непрерывными, они должны найти путь обратно к своему источнику. Их невозможно остановить, и им некуда идти.

Однако линии поля могут быть перенаправлены. Следовательно, можно спроектировать область пространства, относительно свободную от силовых линий магнитного поля, поскольку они перенаправлены вокруг этой области. Обратите внимание, что вы не остановили их, а просто перенаправили. Линии поля по-прежнему должны быть непрерывными и в конечном итоге замкнуться сами по себе.

Чтобы перенаправить линии магнитного поля, вы предлагаете им предпочтительный путь.Силовые линии магнитного поля предпочитают перемещаться в материалах, которые обладают определенными магнитными свойствами, а именно в материалах с высокой проницаемостью. Помещая материал с высокой проницаемостью (или, по крайней мере, с проницаемостью выше, чем рассматриваемая область) вокруг области, которую вы хотите защитить, вы эффективно предлагаете силовым линиям лучший путь для перемещения. Магнитные линии идут по этому пути и держатся подальше от области, которую вы хотите защитить. Материал с высокой проницаемостью будет «проводить» силовые линии магнитного поля лучше, чем его первоначальный путь.Хотя это не одно и то же явление, это напоминает нам о том, что электричество идет по пути наименьшего сопротивления. Линии поля выбирают самый легкий путь для путешествия. Таким образом, оболочка из материала с высокой проницаемостью, построенная вокруг области, будет эффективно удерживать большую часть силовых линий магнитного поля в самой оболочке и вне области внутри оболочки.

Хотя свинец блокирует или останавливает радиоактивные выбросы, такие как бета-частицы или гамма-лучи, он не блокирует магнитные поля.Проницаемость свинца низкая и практически не влияет на магнитные поля.

.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.