Spatial-temporal change of the geomagnetic field: environmental aspect

The geomagnetic field, along with other environmental factors, is a necessary component of life on the Earth. Currently, there are relevant ecological standards for the values of constant and variable fields. Taking them into account, it is possible to determine the conditions necessary for the norm...

Full description

Bibliographic Details
Main Authors: Orlyuk, M.I., Romenets, A.A.
Format: Article in Journal/Newspaper
Language:English
Published: Subbotin Institute of Geophysics of the NAS of Ukraine 2020
Subjects:
Online Access:http://journals.uran.ua/geofizicheskiy/article/view/210670
Description
Summary:The geomagnetic field, along with other environmental factors, is a necessary component of life on the Earth. Currently, there are relevant ecological standards for the values of constant and variable fields. Taking them into account, it is possible to determine the conditions necessary for the normal functioning of biological objects in general and humans in particular. In a number of regulations, certain limit values for a constant magnetic field are introduced, as well as the maximum permissible time of a human being stay in such fields. In this regard, the article considers the spatiotemporal change in induction B on the Earth’s surface using the example of its main magnetic field according to the international model IGRF-13 for the time interval 1950—2020. In more detail for this time interval, the induction module B and its perturbation were analyzed for geomagnetically different regions that are, namely, the territories of Ukraine, of Yamal (Russia) and around the Ukrainian Antarctic Akademik Vernadsky station. For the planet in whole, a significant decrease in the geomagnetic field is shown, against the background of which its sharp jumps are observed (in 1960—1965, 1980—1985 and in 2000—2005), and after 2005 to the present, a deceleration in the decrease of the geomagnetic field is observed. Against the background of a decrease in the geomagnetic field of the planet, areas with extreme changes both in the direction of increase (Ukraine, Yamal) and decrease (AV station) are distinguished. The spatiotemporal changes in the geomagnetic field detected on the Earth’s surface determine the structure and dynamics of its magnetosphere, which by-turn affects the nature of the interaction with it of solar wind substance and of cosmic radiation, as well as the flow altitudes of magnetospheric and ionospheric currents. According to the distribution of the geomagnetic field anomalies on the surface of the planet, as well as to their changes over the studied time interval, regions with different (as compared with proposed ecological norms) values of the constant magnetic field and its disturbances are distinguished. In particular, for the epoch of 2020, for the territory in the vicinity of the AV station, the induction vector module B is on average 15,000 nT less than its value for the territory of Ukraine and 25,000 nT — of Yamal. Significant changes in the geomagnetic field were determined: an increase of 1765 nT for Ukraine, 1418 nT for Yamal and a decrease of — 7081 nT in the vicinity of AV station. At the same time, the perturbation of the geomagnetic field of the territory of Ukraine is within its ecological norm, deviates from it in the direction of increase on the Yamal Peninsula, and near the AV station it will soon go beyond its limits in the direction of decrease, while maintaining modern field changes. Геомагнитное поле наравне с другими факторами внешней среды является необходимым компонентом существования жизни на Земле. В настоящее время существуют соответствующие экологические нормы величин постоянных и переменных полей, учитывая которые, определяют условия, необходимые для нормального функционирования биологических объектов в целом и человека в частности. В ряде нормативных документов для постоянного магнитного поля введены предельные величины, а также максимальное время возможного пребывания человека в таких полях. В связи с этим, в статье рассмотрены пространственно-временные изменения индукции В на поверхности Земли для временного интервала 1950—2020 гг. на приме- ре ее главного магнитного поля по международной модели IGRF-13. Более подробно для этого временного интервала проанализированы модуль индукции и его возмущенность для различных в геомагнитном отношении регионов, а именно территории Украины, Ямала (Россия) и вокруг украинской антарктической станции «Академик Вернадский». Для планеты в целом показано существенное уменьшение геомагнитного поля, с резкими скачками в 1960—1965 гг., 1980—1985 гг. и в 2000—2005 гг. Но после 2005 г. до настоящего времени наблюдается замедление скорости его уменьшения. На фоне уменьшения геомагнитного поля планеты выделяются области с экстремальными его изменениями как в сторону увеличения (Украина, Ямал), так и уменьшения (станция «Академик Вернадский»). Обнаруженные на поверхности Земли пространственно-временные изменения геомагнитного поля определяют структуру и динамику ее магнитосферы, которая, в свою очередь, влияет на характер взаимодействия с ней вещества солнечного ветра и космического излучения, а также на высоты протекания ряда процессов в ионосфере и атмосфере. Согласно распределению аномалий геомагнитного поля на поверхности планеты, а также их изменениям за исследованный временной интервал выделены регионы с отличающимися от предложенных экологических норм величинами постоянного магнитного поля и его возмущений. В частности, на эпоху 2020 модуль вектора индукции В для территории в окрестности станции «Академик Вернадский» в среднем на 15 000 нТл меньше, чем для территории Украины, и на 25 000 нТл, чем для Ямала. Определены существенные изменения геомагнитного поля — увеличение на 1765 нТл для Украины, 1418 нТл для Ямала и уменьшение на 7081 нТл в районе станции «Академик Вернадский». Поэтому возмущенность геомагнитного поля территории Украины находится в пределах его «экологической нормы», на Ямале отклоняется от нее в сторону увеличения, а вблизи станции «Академик Вернадский» скоро выйдет за ее пределы в сторону уменьшения при сохранении современных изменений поля. Геомагнітне поле нарівні з іншими факторами зовнішнього середовища є необхідною компонентою існування життя на Землі. В даний час існують відповідні екологічні норми величин постійних і змінних полів, з огляду на які визначають умови, необхідні для нормального функціонування біологічних об’єктів у цілому і людини зокрема. У ряді нормативних документів для постійного магнітного поля введені граничні величини, а також максимальний час можливого перебування людини в таких полях. У зв’язку з цим, у статті розглянуто просторово-часові зміни індукції В на поверхні Землі для часового інтервалу 1950—2020 рр. на прикладі її головного магнітного поля за міжнародною моделлю IGRF-13. Більш детально для цього часового інтервалу проаналізовано модуль індукції В і його збуреність для різних у геомагнітному відношенні регіонів, а саме території України, Ямалу (Росія) і довкола української антарктичної станції «Академік Вернадський». Для планети в цілому показано істотне зменшення геомагнітного поля , з різкими скачками в 1960—1965 рр., 1980—1985 рр. та в 2000—2005 рр., але після 2005 р. по теперішній час спостерігається уповільнення швидкості його зменшення. На тлі зменшення геомагнітного поля планети виділяються зони з екстремальними його змінами як в сторону збільшення (Україна, Ямал), так і зменшення (станція «АВ»). Виявлені на поверхні Землі просторово-часові зміни геомагнітного поля визначають структуру та динаміку її магнітосфери, яка у свою чергу впливає на характер взаємодії з нею речовини сонячного вітру та космічного випромінювання, а також на висоти протікання низки процесів в іоносфері та атмосфері. Відповідно до розподілу аномалій геомагнітного поля на поверхні планети, а також їх змін за досліджений часовий інтервал виділено регіони з відмінними від запропонованих екологічних норм величинами постійного магнітного поля і його збуреності. Зокрема на епоху 2020 р. для території в околі станції «АВ» модуль вектору індукції В«АВ» у середньому на 15 000 нТл меньше його величин для території України і на 25 000 нТл — Ямалу. Визначено також суттєві зміни геомагнітного поля — збільшення на 1765 нТл для України, 1418 нТл — для Ямалу і зменшення на — 7081 нТл в районі станції «АВ». За цього збуреність геомагнітного поля території України знаходиться в межах його «екологічної норми», на Ямалі відхиляється від неї в сторону збільшення, а поблизу станції «АВ» — скоро вийде за її межі в сторону зменшення за збереження сучасних змін поля.