Rozchodzenie się fal elektromagnetycznych ekstremalnie niskich częstotliwości (ELF) na Ziemi

Rozchodzenie się fal
elektromagnetycznych
ekstremalnie niskich
częstotliwości (ELF) na Ziemi
Naturalne stałe
(DC)
pola magnetyczne
Ziemi
The movement of Earth's north magnetic pole
across the Canadian arctic, 1831--2001
A schematic diagram of Earth's interior. The outer
core is the source of the geomagnetic field.
Pole magnetyczne
Ziemi zmienia się
Źródła odpowiedzialne za zmianę pola magnetycznego w pobliŜu Ziemi
MAGNETOSFERA
Wiatr słoneczny jest to strumień naładowanych cząstek emitowanych
w sposób ciągły przez Słońce.
Działa on na pole magnetyczne Ziemi tworząc podobny do komety
kształt otaczający Ziemię, zwany magnetosferą.
Zaburzenia wiatru słonecznego są wzmocnione w magnetosferze
powodując zaburzenia magnetyczne i burze magnetyczne.
Zmienia to pole magnetyczne Ziemi (DC).
Projekt Haarp
w Kanadzie
Poszczególne warstwy jonosfery
Zespół anten do modulacji
prądów jonosferycznych
Roczna liczba burz magnetycznych i aktywność Słońca
50200
7.01.2005
11.01.2005
Zmiany stałego pola
magnetycznego Ziemi
wynoszą ok. 0.5%
50000
50200
Source of Data
Polish Academy of Sciences
Station Name
Hel
IAGA CODE
HLP
Geodetic Latitude
54.600
Geodetic Longitude 18.800
Reported
XYZ F
Data Interval Type Average 1 Minute (00:30 01:29) 50150
Data Type
variation
49900
49800
0
1450
2900
4350
czas [minuty]
5800
Pole magnetyczne Ziemi F [nT]
Pole magnetyczne Ziemi F [nT]
50100
7250
18.01.2005
Pomiary na stacji HEL
50100
50050
50000
49950
0
120
240
360
480
600
720
840
czas [minuty]
960
1080 1200 1320 1440
Na powierzchni Ziemi obserwujemy
róŜne pola magnetyczne zaleŜnie od
miejsca pomiaru:
•RóŜne przewodnictwo gruntu,
•RóŜne własności magnetyczne
gruntu.
Wyznaczenie przewodnictwa Ziemi
Z pomiarów pola magnetycznego i elektrycznego moŜna wyznaczyć
przewodnictwo (równania Maxwella).
MoŜna wyznaczyć przewodnictwo Ziemi.
PoniewaŜ głębokość wnikania pola magnetycznego zaleŜy od
częstotliwości to moŜna wyznaczyć przewodnictwo Ziemi na róŜnych
głębokościach.
Przykład :
Zatoka Meksykańska
Pozwala to odkryć róŜne złoŜa lub wodę do głębokości nawet kilku
kilometrów.
Zmiana przewodnictwa
na róŜnych
głębokościach
(częstotliwościach)
w Zatoce Meksykańskiej
Przykrój poziomy XY
Prof. Frank
Morrison
Rozwiązanie problemu
inwersyjnego
Magnetotellurki
Wytwarzają pole magnetyczne pod wpływem nacisku
(magnetostrykcja).
Własności te są wykorzystywane przy przewidywaniu
trzęsienia Ziemi np. w Kalifornii.
WAWEL ?
The 1989 Ms = 7.1 Loma Prieta earthquake was preceded
for 12 days by what have been claimed as precursory
ultra-low-frequency (ULF) magnetic noise anomalies ten
times background,
and by a very high peak up to 100 times background The
just 3 hours before the earthquake.
Obecnie w Kalifornii pracuje bardzo wiele stacji pomiarowych
pola magnetycznego do przewidywania trzęsień Ziemi.
Naturalne zmienne
(AC)
pola magnetyczne
Ziemi
Rezonans Schumanna
• władowania elektryczne na Ziemi
powodują powstanie fali elektromagnetycznej we wnęce
rezonansowej Ziemia - Jonosfera.
• rezonansowy charakter wnęki powoduje to, Ŝe zachowuje
się ona jak filtr i do obserwatora docierają tylko fale
o częstotliwościach: 8, 14, 21. . Hz.
Jonosfera
100
80
POWER DENSITY [r.u.]
wyładowanie
obserwator
60
40
20
0
4
6
8
10
12
14
16
FREQUENCY [Hz]
18
20
22
24
Widmo częstotliwościowe rezonansu
FALE ELEKTROMAGNETYCZNE SCHUMANNA
WOKÓŁ ZIEMI
WYŁADOWANIE
100
POWER DENSITY [r.u.]
80
60
40
20
0
4
6
8
10
12
o częstotliwościach: 8, 14, 21. . Hz.
Wynik zaleŜy od promienia Ziemi
14
16
FREQUENCY [Hz]
18
20
22
24
Widma z modelu jonosferycznego - dopasowanie
200
50
AMPLITUDA
AMPLITUDA
25H06
160
25H03
40
30
120
80
20
40
10
0
0
4
4
6
8
10
12
14
16
CZĘSTOTLIWOŚĆ
18
20
22
6
8
10
24
12
14
16
CZĘSTOTLIWOŚĆ
18
20
22
24
200
60
25H09
25H12
120
40
AMPLITUDA
AMPLITUDA
160
80
20
40
0
4
6
8
10
12
14
16
CZĘSTOTLIWOŚĆ
18
20
22
24
0
4
RóŜne odległości źródło - odbiornik
6
8
10
12
14
16
CZĘSTOTLIWOŚĆ
18
20
22
24
Pole magnetyczne Schumanna
obserwowane w Bieszczadach na
stacji pomiarowej Hylaty
Kułak, S. Zięba, S. Micek and Z. Nieckarz,
Solar variations in extremely low frequency propagation parameters:
1. A two-dimensional telegraph equation (TDTE) model of ELF
propagation and fundamental parameters of Schumann resonances,
JOURNAL OF GEOPHYSICAL RESEARCH, VOL. 108,
NO. A7, 1270, doi:10.1029/2002JA009304, 2003
Kułak, J. Młynarczyk, S. Zięba, S. Micek, and Z. Nieckarz,
Studies of ELF propagation in the spherical shell cavity
using a field decomposition method based on asymmetry of Schumann
resonance curves, JOURNAL OF GEOPHYSICAL RESEARCH, VOL. 111,
A10304, doi:10.1029/2005JA011429, 2006
Stacja pomiarowa
Hylaty
Sieci energetyczne wysokiego napięcia w Polsce
Ekscesy w zmianie pola magnetycznego z pomiarów w Bieszczadach
100.00
ES82
2500.00
es82
80.00
AMPLITUDA
2000.00
1500.00
60.00
40.00
20.00
1000.00
0.00
500.00
0.00
42900.00
43000.00
43100.00
43200.00
120.00
10.00
20.00
CZĘSTOTLIWOŚĆ
30.00
EK08
2400.00
EK08
2000.00
80.00
1600.00
40.00
1200.00
800.00
14300
14400
CZAS
14500
14600
0.00
0.00
10.00
20.00
30.00
Rodzaje zmiennego
pola magnetycznego i
elektromagnetycznego
w środowisku
człowieka
Zakresy obserwacji wpływu pól magnetycznych na układy biologiczne
kT limit
6
exp.
-6
log (B) [T]
Termal effects
Save level
0
home
HF
natural
-12
światło
-18
-24
Quantum
electrodynamics
-30
-4
0
4
8
log (F) [Hz]
12
16
Geobiometria
- zmiana parametrów biometrycznych
człowieka w róŜnych miejscach na Ziemi
Pomiar zmiennego pola
magnetycznego
Cewki pomiarowe
typu TESLA
Pomiary pola magnetycznego
na Wawelu
Źródła zmian pola
magnetycznego
obserwowane
na Wawelu i w Katedrze
Wawelskiej.
10
Pomiary
w
piwnicach
MAGNETIC FIELD [nT]
5
0
Przypadkowo pojawiają się
-5
-10
0
1
2
3
4
5
6
7
TIME [s]
Wawel
8
9
10 11 12 13
zaburzenia magnetyczne
Katedra Wawelska pomiar w pt.1
2000
N-S
amplituda
kolejne kanały
1 1000
1600
0
W- E
2
1200
Pomiar równoczesny:
-8 kanałów
-konwerter ADC 12b
-próbkowanie 300 Hz
-filtr 0.5 - 20 Hz
4000
800
3
pionowo
2000
Pole magnetyczne
X, Y, Z
0
4000
4
A
2000
4000
0
5
S
2000
4000
0
6
J
2000
0
0
400
800
1200
CZAS [kolejne próbki z ADC]
1600
EKG I (Eindhoven)
Katedra Wawelska
Źródła dla częstotliwości
od 8 do 10 Hz
koncentrują się
w Kaplicy Batorego.
Pomiary wykonano
detektorami pola
magnetycznego XYZ
Zamek w Niepołomicach
piwnice
PołoŜenie źródeł
Częstotliwości 8 do 16 Hz
Pomiary pola
magnetycznego w
Krakowie
Jaskinia Twardowskiego
Długość jaskini: 500.17 m
Głębokość jaskini: -12.70 m
Deniwelacja jaskini: 16.80m
Rozciągłość południkowa: 60.52 m
Rozciągłość równoleŜnikowa: 41.15 m
Jaskinia połoŜona jest w Krakowie w dzielnicy Podgórze w obrębie starego kamieniołomu
tworzącego obecnie "Park Skały Twardowskiego” w południowym jego skraju.
wejście
Jaskinia Twardowskiego
Jaskinia Twardowskiego - pomiar gradientowy
DIV
Ca
Fe
Cl
Na
F
K
Pomiar róŜnicowy wykazuje wyniki lokalne
Kopalnia soli
Wieliczka
Kopalnia soli Wieliczka
4000
K
3000
amplituda
Maksima występują
dla częstotliwości
odpowiadającym
rezonansom jonów
Na, Cl, K, Ca
zgodnie z warunkami
rezonansu
cyklotronowego i
modelem interferencji
stanów kwantowych
Komora Wessel
Sanatorium dziecięce
pom-6
Na
pom-2
2000
pom-1
Cl
Ca
K
1000
Cl
0
10
12
14
16
18
częstotliwość [Hz]
20
22
24