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).

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 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.

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).

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.

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).

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.

Pole magnetyczne wytwarzane przez płynący w

przewodach prąd spowodował zaburzenia w

geomagnetolokacji pszczelej rodziny i konieczność

likwidacji pasieki.

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