Zagadka pól magnetycznych
advertisement
POLA MAGNETYCZNE – TAJEMNICZE ODDZIAŁYWANIA Zagadka magnetyzmu i oddziaływań magnetycznych między przedmiotami fascynowała ludzkość od dawna. Nazwa „magnetyzm” wiąże się z magnetytem, minerałem przyciągającym tajemniczą siłą opiłki żelaza (fotografia poniżej). Jeszcze w XIX wieku wykorzystanie magnetyzmu ograniczało się do używania jego rudy w budowie kompasów. I tu pojawia się ciekawe zagadnienie związane z naturalnym magnetyzmem Ziemi, tzw. geomagnetyzmem. Bo przecież wokół Ziemi (oraz wielu innych ciał niebieskich) istnieje naturalne pole magnetyczne powstałe na skutek tzw. dynama planetarnego. Odpowiada w przybliżeniu polu dipolowemu (polu wytwarzanemu przez magnes w kształcie kuli) – rysunek poniżej. Pole magnetyczne Ziemi ulega ciągłym wahaniom oraz powolnym zmianom, a nawet odwróceniu namagnesowania, co zdarza się średnio raz na kilkaset tysięcy lat. Charakterystyczną cechą naszego pola geomagnetycznego jest też zjawisko deklinacji magnetycznej – odchylenia kąta wskazania igły kompasu od rzeczywistego bieguna geograficznego Ziemi. Jest on różny dla różnych miejsc na Ziemi (rysunek poniżej, na którym zaznaczono niebieskie i czerwone linie wskazujące dodatnią i ujemną różnicę między miejscem, w którym kompas wskazuje kierunek północny, a rzeczywistą geograficzną północą). Jedną z osób która jako pierwsza obserwowała nieznane dotąd zjawisko deklinacji magnetycznej był Krzysztof Kolumb podczas swojej pierwszej wyprawy która rozpoczęła się 3 sierpnia 1492 roku. Naukowcy od wielu dekad próbują dowieść oddziaływania pola magnetycznego i jego wpływu na organizmy żywe. Główne pola zainteresowań badaczy obejmują tzw. magneto stymulację. Wiąże się ona z oddziaływaniem pól magnetycznych stałych i wolnozmiennych na rośliny w czasie ich wzrostu i rozwoju. Wykorzystywane do takich oddziaływań pola magnetyczne stałe wytwarza się najczęściej za pomocą magnesów trwałych np. neodymowych (rysunek poniżej). Pola magnetyczne wolnozmienne natomiast częściej wytwarzane są w oparciu o indukcję prądu przepływającego w przewodniku zwiniętym w formę cewki – tzw. solenoidu (rysunek poniżej). W związku z powyższym pojawiają się kolejne doniesienia o możliwości zastosowania skompensowanego (zniesionego) pola magnetycznego Ziemskiego do wydłużania procesu przechowywania owoców np. jabłek. Zdjęcie poniżej pokazuje jak wyglądają owoce jabłek odmiany Jonagold przechowywane tradycyjnie (lewa strona rysunku) oraz ze zniesioną tzw. składową pionową pola geomagnetycznego (prawa strona). Kolejnym ważnym działem w naszym zestawieniu jest oddziaływanie magnetyczne w oparciu o tzw. magneto skaryfikację, czyli pobudzanie nasion roślin do szybszego kiełkowania i wzrostu. Możemy w ten sposób przyspieszyć rozwój kiełków z nasion o niskim potencjale kiełkowania (rysunek poniżej). Magneto ekstrakcja to kolejna nowa gałąź zainteresowania współczesnej nauki. Wykorzystuje się tutaj pola magnetyczne stałe i zmienne do intensyfikacji procesów ekstrakcji wodnej celem polepszenia efektywności pozyskiwania składników cennych biologicznie z materiału roślinnego. Być może w przyszłości uda się stworzyć system ekstrakcji wspomaganej np. przy zaparzaniu herbaty (rysunek poniżej) w wyniku którego do naparu będą dostawać się tylko i wyłącznie substancje cenne. Magneto kompensacja natomiast to dość nowa gałąź zainteresowania badaczy, która opiera się na koncepcji wskazującej bezpośredni wpływ pola geomagnetycznego naszej planety na przemiany fizjologiczne w organizmach żywych. Koncepcję zmian intensywności oddychania liści tytoniu pod wpływem zmieniającego się pola magnetycznego przedstawia rysunek poniżej. Da to możliwość otrzymania tzw. „herbaty funkcjonalnej”, na wzór żywości funkcjonalnej, która ma fizjologiczny wpływ na ludzki organizm. Może na przykład obniżać poziom cholesterolu, wzmacniać układ odpornościowy, czy przywracać równowagę mikrobiologiczną układu pokarmowego. Zastosowanie pól magnetycznych w medycynie, czyli tzw. "magnetoterapia" jest jedną z najbardziej popularnych metod fizykoterapeutycznych, która wspomaga leczenie wielu schorzeń. Oddziaływanie pola magnetycznego sprowadza się do przenikania przez organizm, powodując zmianę funkcji biologicznych tkanek, co w efekcie prowadzi do mobilizacji procesów regeneracyjnych i odpornościowych. Z uwagi na fakt, że magnetoterapia jest z założenia metodą nietermiczną, może być wykonywana przez bandaże, gips czy ubranie (rysunek poniżej). Pole magnetyczne wytwarzane przez płynący w przewodach prąd spowodował zaburzenia w geomagnetolokacji pszczelej rodziny i konieczność likwidacji pasieki. Pola magnetyczne i ich składowe magnetyczne mogą być wykorzystywane również przez zwierzęta do geolokacji (lokacji w terenie). Przykładowo pszczoła robotnica w okresie swojego rozwoju zapamiętuje przebieg linii sił ziemskiego pola magnetycznego. Dzieje się tak dzięki kryształkom zlokalizowanym na odwłoku. Zapisana na nich informacja pozwala pszczole na budowanie plastrów w tym samym kierunku w jakim usytuowany był plaster z którego się wygryzła (rysunek poniżej). Po drugie wiadomo, że pszczoły mogą odbierać stałe pole magnetyczne rzędu zaledwie 26 nT (pole magnetyczne naszej planety jest średnio 1000 razy większe), co sprawia, że mogą one doskonale odnaleźć się w przestrzeni odlatując nawet na kilka kilometrów od ula. Potwierdzeniem tej teorii jest zdjęcie poniżej, na którym widać teren po byłej pszczelej pasiece, niefortunnie zlokalizowanej w pobliżu słupów wysokiego napięcia. Również organizmy o bardziej skomplikowanej budowie anatomicznej, jak ptaki, mają zdolność lokalizacji w terenie wykorzystując naturalne pola magnetyczne. Posiada one swoisty, wewnętrzny kompas, zmysł pozwalający im rozpoznawać kierunki magnetyczne. Dopiero niedawno udało się szczegółowo zbadać i opisać ten niezwykły mechanizm. Niektóre doświadczenia związane z poszukiwaniem tego magnetycznego zmysłu stały się już anegdotami, jak na przykład przyczepianie migrującym ptakom magnesików do głów. Ptaki orientują się w położeniu dosłownie widząc pole magnetyczne (rysunek poniżej). Ptasi zmysł magnetyczny jest ściśle związany ze wzrokiem, do tego stopnia, że nie działa on w ciemnościach. Jak więc działa? Kluczem do odpowiedzi na to pytanie jest substancja zwana kryptochromem. Jest to receptor niebieskiego światła, powszechnie obecny w siatkówce zwierząt, również człowieka. Pobudzony promieniowaniem o odpowiedniej długości przechodzi on w stan aktywny, z niesparowanym elektronem. To samo dzieje się w towarzyszącej kryptochromowi cząsteczce nazwanej FAD. Para taka szybko wraca do normalnego stanu, ale szybkość tego powrotu zależy od pola magnetycznego. Od kryptochromu zaś zależy czułość siatkówki ptasiego oka, zatem wpływa na nią również pole magnetyczne (rysunek kryptochromu u rzodkiewnika pospolitego poniżej). Podczas eksperymentów sprawdzono, że w ciemności rudziki nie potrafią się orientować w kierunkach geograficznych. Doświadczenia były o tyle łatwiejsze, że zmysł magnetyczny występuje u nich tylko w prawym oku i odpowiada za niego jedynie lewa półkula mózgowa. Z zasłoniętym prawym okiem ptak nie potrafił odnaleźć właściwego kierunku, z zasłoniętym lewym zaś bez kłopotu (rysunek poniżej). Podczas eksperymentów okazało się, że do odczytywanie kierunku rudzikom potrzebna jest również ostrość widzenia. Kiedy założono im gogle przepuszczające światło, ale powodujące rozmycie obrazu, zmysł magnetyczny nie działał prawidłowo. Dlaczego tak się dzieje? Ponieważ kryptochrom wpływa na czułość siatkówki, linie pola magnetycznego bezpośrednio nakładają się na widziany przez ptaka obraz w postaci łagodnych zmian jasności. Na rozmytym i niewyraźnym tle gradient związany z kierunkiem magnetycznym jest trudny do rozpoznania. Kiedy widzenie jest ostre, łatwo można odróżnić łagodne przejścia jasności spowodowane polem magnetycznym od wyraźnych i ostrych konturów krajobrazu (rysunek poniżej). Wynika z tego, że również ptak - krótkowidz miałby kłopot z nawigacją. Można jednak sądzić, że bezlitosny dobór naturalny wyeliminował taką przypadłość u rudzików, czy innych zwierząt mających zdolność widzenia ziemskiego pola magnetycznego. Inna ciekawostką jest to, że kryptochromy, które ewolucyjnie powstały bardzo wcześnie, są obecne u roślin, koralowców, a także u ssaków, w tym ludzi. Niektórzy naukowcy sądzą nawet, że i my mamy potencjalną możliwość postrzegania pola magnetycznego. Istotą problemu jest jednak ewolucyjny zanik umiejętności jego używania. Autor: Dr inż. Grzegorz Zaguła
