Magnetické pole Země

Fenomén magnetismu byl znám již ve starověkém Řecku. Řekové objevili v Malé Asii hory z magnetitu, železné rudy, a zjistili, že magnetit přitahuje železo. V Číně se kompas používal od 11. století, v Evropě od 12. století. (V roce 1600 anglický lékař a přírodní filozof William Gilbert publikoval své dílo De Magnete, ve kterém poprvé identifikoval, že Země je příčinou orientace kompasové jehly.) Původně se předpokládalo, že kompasová jehla vždy ukazuje přesně severo-jižním směrem. Ve skutečnosti však jehla odchyluje od této linie o úhel, který se nazývá deklinace. Tento jev je způsoben tím, že magnetické póly se neshodují přesně s geografickými póly. Deklinace je v západní Evropě malá a činí 1–2 stupně. S rozvojem vědy o magnetismu se dospělo k závěru, že magnetický pól blízko geografického severního pólu by měl být považován za magnetický jižní pól a naopak.

Už od doby výzkumů Karla Friedricha Gauße (1777–1855) je měření zemského magnetického pole velmi přesné. Standardní jednotkou magnetické indukce je Tesla. Pro popis menších magnetických sil se stále používá starší jednotka Gauss. 10 000 Gaussů odpovídá jednomu Teslovi. Magnetické pole Země je na pólech velmi slabé, činí 0,7 Gaussu, a na rovníku 0,2 Gaussu. Toto pole je však podrobeno jak krátkodobým, tak i dlouhodobým výkyvům.

Pojem "zemský magnetismus" označuje magnetické pole, které je přítomné v přímém okolí Země. Toto pole se ale rozprostírá daleko do prostoru. Tato oblast se nazývá magnetosféra. Magnetosféra má zásadní význam pro život na Zemi, protože většinu nabitých částic slunečního větru odklání od zemského povrchu. Pouze v polárních oblastech mohou tyto částice proniknout do atmosféry, kde způsobují polární záře.

Změny magnetického pole

Přesné procesy, které vedou k těmto změnám, jsou stále z velké části neobjasněné. Zemské magnetické pole není stálé; podléhá dlouhodobým změnám, přičemž se průměrně překlápí každých 500 000 let, jak ukazují výzkumy odpovídajících vrstev hornin [CANDE 1995, HUESTIS 1997]. Takové přepólování je dnes zdokumentováno až do období před 100 miliony let. Poslední přepólování se údajně událo před asi 780 000 lety, a podle statistik je další přepólování již dlouho očekáváno. Vzhledem k tomu, že magnetické pole v současnosti slábne, může k přepólování dojít během několika tisíc let. Tento proces přepólování magnetického pole bude pravděpodobně trvat několik tisíc let.

Během fáze přepólování je zemské magnetické pole velmi slabé a může mít několik severních a jižních pólů rozptýlených po celé Zemi. To umožňuje většímu množství nabitých částic slunečního větru proniknout na zemský povrch, což může vést k narušení nebo poškození biologických systémů. Tato skutečnost odpovídá pozorováním, že ve vrstvách sedimentů z období, kdy došlo k přepólování, byly zjištěny časté změny v druzích malých organismů. Možná, že zvýšené škodlivé záření a s ním spojené vzrůstající mutace mohou fungovat jako katalyzátory evoluce.

Experimenty při sníženém magnetickém poli

Jak jsme si již ukázali, zemské magnetické pole, přestože je slabé, má zásadní význam pro život na Zemi. Chrání zemský povrch před většinou nabitých částic, které Slunce vysílá směrem k Zemi. Někteří vědci se domnívají, že zemské magnetické pole může mít pro život i další významy. Jeden z těchto významů jsme již vysvětlili v předchozím oddíle. NMR, ESR a cyklotronové rezonance vyžadují magnetické pole (viz sekce o cyklotronových rezonancích). Tyto tři typy interakcí přírodní elektromagnetické radiace s živými organismy by bez magnetického pole neexistovaly.

Aby vědci zjistili, jak důležitá je existence zemského magnetického pole pro organismy, prováděli experimenty v oblastech s magnetickým stíněním.

V různých experimentech s rostlinami byly zjištěny následující rozdíly mezi rostlinami v chráněných oblastech a rostlinami kontrolní skupiny [BELYAVSKAYA 2004]:

• Snížená dělení buněk v meristému (rostlinné tkáně složené z nediferencovaných buněk)
• Zpožděné klíčení kořenů
• Změny na mitochondriích, které se zvětšují, ale jejich kristy (vchlípení vnitřní membrány) jsou menší
• Přesycení Ca²+ v cytoplazmě a organelách

Pozorování embryí potkanů ve stíněném magnetickém poli [SHIBIB 1987]:

• Poruchy tvorby myelinu v axonech

Pozorování vývoje salamandrových larev ve stíněném magnetickém poli [ASASHIMA 1991]:

• Významné zvýšení výskytu vývojových poruch

Tato pozorování skutečně naznačují, že magnetické pole o velikosti zemského magnetického pole je nezbytné pro správný průběh životních procesů. Tyto výzkumy byly částečně prováděny v rámci vesmírných programů, aby se zjistilo, zda by při dlouhodobých vesmírných cestách mělo být vytvořeno magnetické pole v prostorách vesmírných kapslí.

Je známo, že několik druhů ptáků a dalších zvířat se orientuje pomocí zemského magnetického pole. Pokud zemské magnetické pole v budoucnu bude i nadále slábnout a dojde k přepólování, nebude tato orientační schopnost k dispozici po delší dobu [FALKENBERG 2010].