Влияние типичной геомагнитной бури на растения и животных

Внедрение: 2014 г.

В статье авторов из четырёх организаций (Института биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина РАН, Геофизической обсерватории «Борок» ИФЗ РАН, Института биологии КарНЦ РАН, Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН) [1] было показано, что естественные геомагнитные бури (ГМБ) коррелируют с изменениями в биологических процессах организмов. Изменения геомагнитного поля (ГМП) во время геомагнитной бури являются сложными и содержат как медленные изменения геомагнитного поля с частотами до 0,001 Гц, так и различные наблюдаемые геомагнитные пульсации, которые обычно находятся в диапазоне 0,001‑5 Гц. В статье используется экспериментальный подход, чтобы продемонстрировать, что организмы из разных таксонов в основном реагируют на медленные изменения геомагнитного поля, соответствующие основной фазе и начальному периоду фазы восстановления геомагнитной бури.

Рисунок 1. Воспроизведенные в экспериментах авторов статьи сигналы флуктуаций ГМП. Широкополосный сигнал ГМС относительно спокойного ГМП по осям X (a), Y (b) и Z (c). Медленные изменения ГМП относительно его значения времени покоя вдоль X‑компоненты в диапазоне 0‑0,001 Гц (d). Геомагнитные пульсации относительно значения времени покоя вдоль X‑компоненты в диапазоне 0.001‑5 Гц (эл.). Pc1‑пульсации относительно значения времени покоя вдоль X‑компоненты (f). Широкополосный сигнал (g), медленные изменения GMF (h), геомагнитные пульсации (i) и Pc1‑пульсации (j) в течение примерно 30‑минутного интервала фазы восстановления GMS.

В экспериментах был воспроизведен широкополосный сигнал естественной ГМБ, а также воспроизведены два отдельных частотных диапазона широкополосного сигнала: диапазон частот до 0,001 Гц и диапазон частот 0,001‑5 Гц при разных воздействиях исследуемых факторов.

Авторы использовали экспериментальную установку, изображенную на рисунке 2. Установка генерирует различные магнитные поля с параметрами, которыми может манипулировать пользователь (например, направление, частота, амплитуда, форма сигнала), и одновременно компенсировать колебания ГМП и локальных МП в диапазоне частот до 5 Гц.

Рисунок 2. Схема экспериментальной установки и фотографии ее элементов: 1 – трехкомпонентный феррозондовый магнитометр; 2 – АЦП LTR11, LTR22; 3 – контрольный феррозондовый магнитометр (использовался для проверки параметров генерируемых полей до и после экспериментов); 4 – компьютер; 5 – системы катушек Гельмгольца; 6 – ЦАП LTR34‑4.

Элементом трехкомпонентной регистрации флуктуаций ГМП в экспериментальной установке служил трехкомпонентный феррозондовый магнитометр NV0302A, служащий для получения аналогичных сигналов, пропорциональных силе ГМП и ее вариациям. Генерация-компенсация трехкомпонентного МП состояла из двух систем катушек Гельмгольца, изготовленных Институтом физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН. Каждая система состояла из трех пар взаимно ортогональных катушек Гельмгольца.

Аналого-цифровое и цифро-аналоговое преобразование сигналов осуществлялось крейтом LTR‑EU‑8‑1 в составе с молулями АЦП LTR11, LTR22 и двух модулей ЦАП LTR34‑4. Контроль генерации и компенсации геомагнитных возмущений, а также ввод-вывод данных осуществлялся компьютером со специальным программным обеспечением, разработанным авторами. Запись сигналов производилась с помощью программы PowerGraph Pro 3.3 (DiSoft, Москва, Россия). Генерируемую ГИБ в рабочем объеме системы катушек Гельмгольца регистрировали с помощью контрольного магнитометра NV0599C (ENT). Непрерывный мониторинг геомагнитной активности проводился на протяжении всех экспериментов с помощью феррозонда NV0302A и катушечных магнитометров.

Воздействие на организмы контрольных и экспериментальных условий было синхронным. Воздействию подвергались проростки льна, проростки гороха, дафнии, караси, карпы.

В исследовании авторы пришли к выводу, что основными факторами воздействия ГМБ на живые системы являются медленные резкие изменения в ГМП во время ГMБ. В то же время более слабые колебания и пульсации, обычно рассматриваемые как биологически значимые элементы геомагнитных возмущений, не оказывали значительного воздействия на организмы. Эти результаты могут быть полезны для предотвращения негативных последствий ГМБ для здоровья.

Работа поддержана грантами Совета по грантам Президента Российской Федерации (МК‑239.2009.4), Минобрнауки России (проект 8594) и Российского фонда фундаментальных исследований (проекты 12‑04‑01160‑а, 12‑04‑31611‑мол_а, 12‑04‑31608‑мол_а, 14‑04‑31157‑мол_а и 14‑04‑31170‑мол_а).

Разработчики:

Крылов В.В., Ушакова Н.В., Изюмов Ю.Г., Кузьмина В.В., Морозов А.А., Осипова Е.А. – Институт биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина РАН (ИБВВ РАН), п. Борок, Ярославская обл.;
Зотов О.Д., Клайн Б.И. – Геофизическая обсерватория "Борок" (ГО "Борок" ИФЗ РАН) – филиал ФГБУН Института физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН), п. Борок, Ярославская обл.;
Канцерова Н.П., Лысенко Л.А., Немова Н.Н. – Институт биологии Карельского научного центра РАН (ИБ КарНЦ РАН), г. Петрозаводск;
Знобышева А.В. – Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН (ИТЭБ РАН), г. Пущино, МО.
 

Источник:
V.V. Krylov, O.D. Zotov, B.I. Klain et al. An experimental study of the biological effects of geomagnetic disturbances: The impact of a typical geomagnetic storm and its constituents on plants and animals // Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics 110-111 (2014) pp. 28‑36. doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.jastp.2014.01.020

Разработчик: ИБВВ РАН, п. Борок; ГО "Борок" ИФЗ РАН, п. Борок; ИБ КарНЦ РАН, г. Петрозаводск; ИТЭБ РАН, г. Пущино, МО