- Математическая морфология.

Электронный математический и медико-биологический журнал. - Т. 6. -

Вып. 4. - 2007. - URL:

http://www.smolensk.ru/user/sgma/MMORPH/TITL.HTM

http://www.smolensk.ru/user/sgma/MMORPH/N-16-html/TITL-16.htm

http://www.smolensk.ru/user/sgma/MMORPH/N-16-html/cont.htm

УДК 521.9+537.67

Моделирование обратного геомагнитного поля в связи с его действием на здоровье

Ó 2007 г. Тукембаев Ч. А.

(tukembaev-4.doc)

Новая модель строения жидкого ядра Земли обобщает модель Ньютона, объясняет магнитный диполь и участки с обратным магнитным полем Земли. Устойчивость вращения и прецессия Земли обусловлены тяжелым гироскопом, погруженного в жидкое ядро. Тяжелый гироскоп представляет собой одностороннюю поверхность, образованную кручением струйного потока под действием сил вязкости. Магнитный экватор и полярные сияния определяют координаты односторонней поверхности внутри Земли. Диполь магнитного поля Земли образован движением зарядов по односторонней поверхности. Электрический ток генерируется соответственно ориентации магнитного момента заряда на поверхности. Инверсия магнитного поля Земли вызвана фазовым переходом. Полученные результаты необходимы для медицины и биологии, так как они связаны с воздействием геофизических аномалий на здоровье и психопатологией.

Ключевые слова: инверсия геомагнитного поля, односторонняя поверхность, геомагнитная аномалия, геофизическое возмущение, действие на здоровье.

Введение

Чувствительность организма к колебаниям магнитного поля Земли [1] связана с геомагнитными аномалиями, которые проявляются в виде геомагнитного поля обратной полярности, например, перед сильными землетрясениями, и обуславливают медико-биологические изменения в регионе, где ожидаются сейсмические события [2-4]. Опасность обусловлена тем, что ионосферные слои замыкаются на будущем очаге землетрясения и образуют псевдосферу Лобачевского, достаточно близко примыкающую к поверхности Земли, поэтому усиливается поток космического частиц в данном регионе, особенно при солнечных вспышках. При возбуждении ионосферы высокочастотными радиоволнами в отраженном сигнале присутствуют частоты менее 10 Гц [5], которые опасны для здоровья [6]. Главную роль при передаче таких возмущений организму играет боковая волна [7], а их губительное влияние на организмы освящено в [8]. В целом, инверсия геомагнитного поля (ГМП) изменяет климат, т.е. среду обитания, и формируется процессами в жидком ядре Земли. Чувствительность организма к геофизическим аномалиям является следствием генерации геомагнитного поля в жидком ядре. Поэтому необходима простая модель, объясняющая инверсию ГМП без сложных вычислений на суперкомпьютерах [9-13], которая позволит не только упростить вычисления, но и дать общие представления о причинах, которые вызывают чувствительность организма к ГМП и несут вред здоровью и психике, так как существует корреляция с геофизическими возмущениями.

Изучение магнитного поля Земли сосредоточено на проблемах магнитного диполя и инверсии ГМП, освящено в [9-11], более подробно в [12-13]. Одна из причин источника энергии геодинамо – прецессия Земли – объяснена Ньютоном. Тор в жидком ядре рассматривался Малкусом, но модель Малкуса не удовлетворяет основному условию Прудмэна-Тейлора о равенстве нулю производной по направлению вдоль вектора угловой скорости [14]. Другая причина возбуждения геодинамо требует выполнения неравенства: F_T«F_L«F_C, где F_T – вязкие силы, F_L - магнитная сила Лоренца и F_C – сила Кориолиса. Нет объяснения западному дрейфу геомагнитного поля во внешнем ядре со скоростью Dv=10^–3 м/с, инверсии ГМП, асимметрии магнитного центра по отношению к центру Земли, т.е. асимметрии формы жидкого ядра или положения твердого ядра в жидком ядре. Генерацию магнитного поля невозможно реализовать турбулентной конвекцией, как дисковое динамо в расплаве жидкого ядра. Лабораторные опыты [15] далеки от возможности существования электрогенератора в жидком ядре. Дифференциация вещества в жидком ядре [16] является предположением. Установлено, что из внешнего ядра в мантию проникает петля, образующая участок с обратным магнитным полем (ОМП) [11]. На каких принципах природа реализует электрогенератор в расплаве жидкого ядра и инверсию ГМП?

На основе вышеизложенных требований и согласно природе и структуре Земли, найдем новое объяснение прецессии, генерации и инверсии ГМП.

2. Результаты и обсуждение результатов

Модель Ньютона представляет собой окружность, концентрично вложенную в эллипс. На экваторе образуется избыток массы, который обуславливает прецессию. Соответственно современным представлениям о строении Земли, рассмотрим вращение Земли с учетом условия F_T«F_L«F_C на отрезке времени T прецессии Земли. При вращении вокруг собственной оси z (см. рис.) неоднородности, испытывая центробежную силу, перераспределятся во внешнем ядре. Частицы с плотностью r=14 г/см³, равной плотности железного ядра, выталкиваются от центра на экватор и концентрируются на границе с мантией r@R/2=3480 км. Частицы, находящиеся в плоскости эклиптики xy, раскручиваются по спирали к экватору. Частицы, расположенные ближе к полюсам, испытывая силу F_C, движутся по спирально-винтовым линиям к экватору. Вблизи экватора в жидком ядре образуется спирально-винтовой струйный поток с плотностью вещества r. Струйный поток с течением времени приобретает форму тора и устойчив, если частицы расположены в точках Лагранжа, относительно центра Земли. Получен тяжелый гироскоп, который объясняет асимметрию магнитного центра по отношению к центру Земли, если частицы струйного потока обладают зарядом и магнитным моментом p_m. Трение струйного потока (зарядов) об поверхность мантии растягивает и понижает плотность мантии в плоскости экватора, что вызывает сжатие земного эллипсоида и сейсмическую активность. В массе солнечного ветра электроны захватываются внутрь Земли на полюсе и циркулируют, огибая положительные заряды, расположенные в точках Лагранжа, что усиливает ГМП.

Расположим ось z перпендикулярно плоскости xy, а ось вращения z¢ тора под углом i=23.4° к оси z (рис.). Ось вращения твердого ядра находится на оси z. Южная (S) сторона струйного потока содержит линию перегиба листа Мебиуса. Исходя из того, что радиус мантии R@2r=6371 км, ось z² образует с осью z угол y=i/2=11.7°. Поэтому, тор искажен на 5.85° (=y/2), что в сумме равно углу y+y/2=17.55°, на который S-сторона тора отклонена к тропику. Ось вращения z² совпадает с осью геомагнитного поля и с учетом кривизны проводника указывает на магнитные полюса. Заряды q>0 движутся в струйном потоке по листу Мебиуса (рис.), соответственно вращению Земли вокруг оси, так как испытывают на себе градиент скорости вязких сил. Вектор p_m, перемещаясь по винтовой линии, совершит полуоборот и замкнется в лист Мебиуса, когда вернется в точку Эйлера, где струйный поток пересекается с линией, соединяющей центры Солнца и Земли. Заряды расположены в точках Лагранжа, поэтому притяжение Солнца ускоряет заряды, движущиеся в струйном потоке навстречу Солнцу, но тормозит заряды, удаляющиеся от Солнца. Скорость западного дрейфа Dv вызвана трением заряда об расплав ядра и поверхность мантии. Общая скорость движения заряда с учетом трения равна v-Dv. Во вращающейся системе координат поддается измерению только скорость западного дрейфа Dv, которая обусловлена тензором вязких сил. Следовательно, искажение формы струйного потока вызывает нутацию полюсов. Со скоростью западного дрейфа Dv движется линия перегиба Мебиуса. Длина окружности по средней линии тора L=2pr=21794.4 км, поэтому период прецессии Земли T=L/Dv=22845 лет определяется полным оборотом заряда по окружности радиуса r со скоростью Dv. В отсутствие вязких сил и трения об мантию заряд описывает окружность на поверхности цилиндра радиуса r.

Наклон оси вращения тора z² равен 11.7°. Поэтому, геомагнитные полюса N и S расположены на 78.3° широтах и зависят от изменения кривизны k и кручения t струйного потока в соответствии с законом Био. Так как S-сторона тора смещена к линии тропика, то магнитный полюс N находится на 72.45° (78.3–5.85=72.45°). Это наблюдается по измерениям магнитного экватора и полярным сияниям, которые указывают на истинное расположение тора в жидком ядре. Цилиндрическая поверхность радиуса r ограничена тором на широте 66.6°. Поэтому полярные сияния наблюдаются внутри полярного круга в пределах указанной широты, как отображение тора на небесный свод.

При вращении вокруг Солнца твердое ядро остается неподвижным. Перемещается тор за счет притяжения Солнца. В день равноденствия плоскость симметрии тора пересекает центр твердого ядра. К моменту летнего солнцестояния тор смещается в сторону N-полюса, но зимнего солнцестояния – к S-полюсу. В момент солнцестояния струйный поток возмущен притяжением Солнца, так как тор полностью освобождается от железного ядра, как от сердечника, поэтому возникает явление Фарадея. Приращение магнитной индукции dB достигает минимума в момент равноденствия, но в момент солнцестояния – максимума, что и наблюдается.

Тор колеблется в расплаве на одной оси с твердым ядром, которое является сердечником. В дни солнцестояний тор полностью вытягивается из железного ядра. Эти перемещения обусловлены углом y и суточным вращением Земли, поэтому точка Эйлера на струйном потоке непрерывно смещается в течение года: один раз в северную сторону, другой раз – в южную сторону. Колебания тора, относительно неподвижного твердого ядра, вызывают волны в жидком ядре, давление на мантию и переменное магнитное поле Земли. Колебания расплава в жидком ядре усиливаются при смещении тора к S – полюсу, так как смещение совпадает с моментом импульса. При смещении тора к полюсу, особенно к S-полюсу, вещество тора уплотняется и сжимается, поэтому в эти периоды наблюдаются сильные землетрясения. Предел Роша на разрыв струйного потока ограничивает внутренний радиус тора до 3338 км, так как сечение тора d=3480–3338=142 км, если плотность вещества струйного потока r=14 г/см³.

Рис. 1. Односторонние поверхности в качестве стабилизаторов и генераторов процессов в ядре Земли. В верхней части рисунка – лист Мебиуса, в нижней части – бутылка Клейна.

В отличие от тора Малкуса лист Мебиуса и другие односторонние поверхности удовлетворяют основному условию Прудмэна-Тейлора о равенстве нулю производной по направлению z вдоль вектора угловой скорости [14], так как линия самопересечения содержит точку перегиба. Более сложные случаи для 2 спирально-винтовых (правого и левого) потоков обобщаются на бутылку Клейна с параметризацией в виде восьмерки

где u, w – параметры, а самопересечение имеет форму геометрического круга в плоскости xy (см. рис. 1). Тогда, единственным условием существования магнитного поля Земли является наличие у заряда магнитного момента p_m и вязких сил, которые принудят заряд к кручению t. Тогда, лист Мебиуса образуется в результате действия градиента скорости вязких сил на заряд, так как меняется направление p_m, поэтому цилиндрическая поверхность перекручивается в лист Мебиуса. Линия AB перегиба Мебиуса образует петлю участка с ОМП, так как t=k^-2|r¢r²r²¢| меняет знак на линии AB, где k=0, r – радиус-вектор. Вектор p_m направлен перпендикулярно линии G листа Мебиуса и меняет знак на пересечении с линией AB в точке C. Линия перегиба отображается на поверхность Земли в виде участка с ОМП и, по сути, является источником электромагнитных колебаний. Заряд излучает, так как в точке перегиба k=0. Поэтому, вправо и влево от линии AB распространяются импульсы разной полярности, а это фактически природный диполь, излучение которого на поверхности Земли регистрируется как аномальное явление.

Электрон движется по цилиндрической поверхности вокруг 2 зарядов, если их векторы p_m параллельны. Диполь магнитного поля формируется движением электрона по лемнискате в случае противоположных векторов p_m. На линии AB происходит инверсия p_m, так как петля является короткозамкнутым витком и обуславливает электромагнитные колебания. Кратчайшее расстояние h между двумя зарядами q>0 измеряется по геодезической линии G листа Мебиуса. Длина листа Мебиуса l=4pr по линии G вдвое больше длины окружности L=2pr. Два диаметрально расположенных заряда q>0 имеют противоположное направление векторов p_m, если расстояние, равное pr, включает в себя линию AB. Тогда электрон описывает лемнискату между зарядами, что, по сути, обуславливает магнитный диполь Земли. Когда два заряда q>0 прилегают к листу Мебиуса с разных сторон, то образуют антипараллельные векторы p_m. В этом случае, кривизна траектории движения электрона k®max, поэтому dB®max вблизи поверхности Земли. Значит, связанный осциллятор является магнитным диполем, если заряды q>0 имеют магнитный момент и кратчайшее расстояние h между двумя зарядами разделено линией самопересечения или заряды прилегают к листу Мебиуса с разных сторон.

Заключение

Циркуляция заряда q>0 обуславливает направление магнитной индукции B на N-полюс. Западный дрейф линии перегиба изменит направление B на S-полюс, когда линия перегиба продвинется на расстояние h=pr=10689.7 км за полупериод прецессии T, равный 11422.5 лет. Значит, половина поверхности Земли будет охвачена ОМП, чего достаточно для инверсии ГМП. При разогреве жидкого ядра вязкость падает до нуля, поэтому прекращается конденсация и дифференциация вещества над критической точкой. Тогда исчезает кручение t=0, поэтому лист Мебиуса вырождается в плоскую линию или цилиндр, и точек перегиба нет – условие Прудмэна-Тейлора нарушено. Вещество подчинено законам идеального газа и с ростом температуры раздувает оболочку Земли. Таким образом, инверсия магнитного поля является результатом разогрева жидкого ядра, что вызывает потепление климата и катаклизмы. Следовательно, односторонние поверхности служат моделями процессов в жидком ядре.

Результат важен как для модернизации численных методов инверсии магнитного поля Земли, так и для практической деятельности человека, общества, медицины и биологии. Полученная модель наглядно демонстрирует особенности процессов в жидком ядре Земли на формирование и инверсию ГМП, которая, в свою очередь, определяет геофизические возмущения, как фактор, влияющий на здоровье человека, его психику и патологию. Теперь, среди множества факторов воздействия выделен главный фактор, поэтому представляется возможным по измерениям геомагнитного поля найти особенности воздействия на организм.

Список литературы

1. Рикитаке Т. Предсказание землетрясений. М.: Мир, 1979. 390 с.

2. Тукембаев Ч.А. Влияние сейсмических процессов на глобальный климат и трансформацию гоминидов // Изв. НАН Кыргызской Республики. 1996. № 3. С. 8-12.

3. Тукембаев Ч.А., Давлетбаева Г.Б. Проявление закона Био-Савара-Лапласа в аномалии геомагнитного поля перед сильным землетрясением и медико-биологические следствия // Мир психологии / Академия психологических и социальных наук России. 1997. № 1(10). С. 93-100.

4. Валуйский П.П., Тукембаев Ч.А., Турдукулов А.Т. Воздействие аномальных геомагнитных полей на биологические процессы // Изв. НАН Кыргызской Республики. 1998. № 1. С. 52-58.

5. Фролов В.Л., Бахметьева Н.В., Беликович В.В. и др. Модификация ионосферы Земли мощным коротковолновым излучением // Успехи физических наук. 2007. 177. С. 330-340.

6. Птицына Н.Г., Виллорези Дж., Дорман Л.И. и др. Естественные и техногенные низкочастотные магнитные поля как факторы потенциально опасные для здоровья (обзор) // Там же. 1998. 168. С. 768-791.

7. Тукембаев Ч.А. Роль боковой волны в электромагнитной терапии // Математическая морфология. 2007. 6(4). URL: http://www.smolensk.ru/user/sgma/MMORPH/N-16-html/tukembaev-2/tukembaev-2.htm

8. Сулейменов И.Э. Воздействие на процессы в атмосфере и проблематика геофизических вооружений. Алматы: Казахский национальный университет им. Аль-Фараби, 2007. 141 с.

9. Busse F.H. Magnetohydrodynamics of the Earth’s dynamo // Ann. Rev. Fluid Mech. 1978. 10. P. 435-462.

10. Петрова Г.Н. Инверсии геомагнитного поля // Геомагнетизм и аэрономия. 1987. XXVII. С. 177-196.

11. Glatzmaier GA.. and Olson P. Probing the Geodynamo // Scientific American. 2005. 292. P. 50-57.

12. Glatzmaier G.A. Geodynamo Simylations: How Realistic Are They? // Annual Review of Earth and Planetary Sciences. 2002. 30. P. 237-257.

13. Kono M. and Roberts P.H. Recent Geodynamo Simylations and Observations of the Geomagnetic Field // Reviews of Geophysics. 2002. 40. P. 1013.

14. Rochester M.G., Jacobs J.A., Smylie D.E. et al. Can precession power the geomagnetic dynamo? // Geophys. J. Roy. Astr. Soc. 1975. 43. P. 661-678.

15. Gailitis A., Lielausis O., Platacis E. et al. The Riga Dynamo Experiment // Surveys in Geophysics. 2003. 24. P. 247–267.

16. Брагинский С.И. Волны в устойчиво стратифицированном слое на поверхности ядра // Геомагнетизм и аэрономия. 1987. ХХVII. С. 476-482.

THE Modelling of a reversed geomagnetic field in connection with his action on health

Ó 2007 г. Tukembaev Ch. A.

The new model of a structure of the Earth’s core generalizes model of Newton, explains a magnetic dipole and sites with a return magnetic field of the Earth. Stability of rotation and the Earth's precession are caused by the heavy gyroscope, shipped in a liquid kernel. The heavy gyroscope represents the unilateral surface formed by torsion of a jet stream under action of forces of viscosity. The magnetic equator and polar lights define coordinates of a unilateral surface inside of the Earth. The dipole of a magnetic field of the Earth is formed by movement of charges on a unilateral surface. The electric current is generated according to orientation of the magnetic moment of a charge to surfaces. Inversion of a magnetic field of the Earth is caused by phase transition. The received results are necessary for medicine and biology as they are connected with influence of geophysical disturbances on health and psychopathology.

Keywords: inversion of a geomagnetic field, a unilateral surface, geomagnetic anomaly, geophysical disturbance, action on health.

Pages – 10, figures – 1, bibliography – 16 references.

Автор: Тукембаев Чоро Абдылдаевич

Кафедра прикладной информатики

Кыргызский государственный университет строительства, транспорта и архитектуры

720020, Бишкек, ул. Малдыбаева, 34-б, Кыргызстан

тел. +996(312) 549 223, e-mail: choro@istc.kg

Department of applied computer science

Kyrgyz state university of construction, transport and architecture, 34 “b”, Maldybaev Str., Bishkek, 720020, Kyrgyzstan,

tel.: +996(312) 549 223, e-mail: choro@istc.kg

Поступила в редакцию 20.12.2007.