زمین مغناطیس و بیولوژی

و.د.پاركینسون
آثار زیست شناختی میدان‌های مغناطیسی بسیار ضعیف‌اند. انسان میدان‌های هزاران بار قوی‌تر از میدان مغناطیسی زمین را هم احساس نمی‌كند، و این عجیب نیست زیرا كالبد ماتهی از مواد مغناطیسی است، و جریان‌های موجود در بافت‌های زنده هم بسیار ضعیف‌اند. اما این جریان‌ها مرتبط با سلسله اعصاب‌اند كه كوچكترین بی‌نظمی در آن ممكن است پیامدهای خطرناكی داشته باشد.
درباره تأثیر میدان‌های مغناطیسی شدید بر جانوران و گیاهان آزمایش‌های فراوانی انجام گرفته كه نتیجه بسیاری از آن‌ها منفی بوده است. اما بارنوتی موارد متعددی از تأثیر میدان‌های شدید بر جانوران گزارش كرده كه مرگ موش در میدانی با گرادیان 1-Tm50 یكی از آن‌هاست. طبق گزارش بایشر موش‌ها در میدان‌هایی تا T14 هم زنده مانده‌اند.
در هر صورت، آثار ناشی از بسامدهای زیاد یا میدان‌های شدید مستقیماً به موضوع بحث این مقاله مربوط نمی‌شود؛ ما می‌خواهیم آثار زیست شناختی مربوط به میدان مغناطیسی زمین را بررسی كنیم.
می‌دانیم كه میدان مغناطیسی بر ذرات باردار متحرك اثر می‌گذارد. بنابراین میدان مغناطیسی زمین بعضی از پرتوهای كیهانی اولیه را (كه می‌بایست به زمین برخورد می‌كردند) منحرف می‌كند. در نتیجه، شدت پرتوهای كیهانی در مناطقی كه بالاتر از عرض‌های جغرافیایی حدود ⃘ 50 واقع شده‌اند بیشتر است تا در عرض‌های پایین‌تر.
یوفن اولین كسی بود كه عقیده داشت نبودن این اثر حفاظی میدان مغناطیسی زمین می‌تواند تأثیر شدیدی بر حیات بگذارد. او می‌گفت كه پیش از شكل گیری هسته زمین، به صورتی كه بتواند میدان مغناطیسی ایجاد كند، حیات در زمین ناممكن بوده است؛ یعنی آثار حیات از وقتی در زمین پدید آمد كه حفاظ كافی در مقابل پرتوهای كیهانی مرگ آور فراهم شد. می‌دانیم كه در حین واژگونی میدان مغناطیسی زمین، یا میدانی وجود نداشته، و یا اگر وجود داشته شدتش بسیار كم بوده است، و این یعنی كه اثر منحرف كننده این میدان به مدت هزاران سال بسیار ضعیف بوده است. بنابراین طبق نظریه یوفن می‌توان انتظار داشت كه ردی از این آثار در فسیل‌های مربوط به دوران واژگونی به صورت میزان غیر عادی نابودی گونه‌ها مشاهده شود. اپدایك و همكارانش و همچنین واتكینز و گودل در سال 1967 چنین شواهدی دال بر تقارن واژگونی‌های میدان مغناطیسی زمین با انقراض بعض گونه‌های جانوران پیدا كردند. هر دوی این پژوهش‌ها فقط در مورد شعاعیان در آب‌های جنوبگان انجام گرفته بود. عموماً نظر بر این است كه هرچه شار پرتوهای كیهانی زیاد‌تر باشد موجب جهش‌های بیشتری خواهد شد، ولی در مورد وجود ارتباط میان جهش‌ها و نابودی گونه‌ها تردیدهای زیادی وجود دارد. فعلاً نظری كه كلاً بر آن توافق شده این است كه جو زمین حفاظ خوبی است، به طوری كه حتی اگر كل زمین هم تحت تأثیر همان شاری از پرتوهای كیهانی قرار می‌گرفت كه به عرض‌های بالا می‌تابد، اثر زیست شناختی قابل توجهی به بار نمی‌آمد.
مورد دیگر، تأثیر احتمالاً شدید‌تری است كه پرتوهای كیهانی بر ازن كره می‌گذارند. ازن كره نام لایه‌ای است از جو در ارتفاع 10 تا 50 كیلومتر، كه چگالی مولكول‌های ازن (3O) در آن بیشینه است.
اهمیت ازن برای زیست‌كره در این است كه ازن نوار جذب (نوارهارتلی ) شدیدی در ناحیه فرابنفش نزدیك، و طول موج قطع تیزی در nm300 دارد. هر كاهش قابل توجهی در چگالی ازن، امكان می‌دهد تا تابش فرابنفش بیشتری از جو عبور كند. چنین فرایندی می‌تواند اثر عمیقی بر زیست‌گره بگذارد، و حتی ممكن است منجر به نابودی و انقراض گونه‌هایی از جانوران شود.
ازن از تركیب اكسیژن تك اتمی (حاصل از جذب نور خورشید در ناحیه 176 تا nm244، یا ناحیه شومان) با اكسیژن دو اتمی تشكیل می‌شود.
O3 + M M+ O + O2→
(M نماینده مولكول دیگری است كه لازم است در واكنش باشد تا انرژی اضافی را به صورت انرژی جنبشی جذب كند). ازن در اثر واكنش با اكسید ازت (NO)، كه در حكم كاتالیزور است، تجزیه می‌شود. یعنی
O3 + NO →NO2 + O2
O + NO2→NO + O2
نیكوله نشان داده است كه واكنش ازت اتمی با 2O مهمترین منبع NO در ازن كره است. ازت اتمی از یونش تفكیكی 2N حاصل می‌شود، و بنابراین تابش كیهانی نقش تعیین كننده‌ای در توزیع NO دارد. میزان تولید NO در عرض‌های جغرافیایی مختلف نشان می‌دهد كه میدان مغناطیسی زمین به طور مستقیم بر چگالی NO، و در نتیجه بر چگالی ازن اثر می‌گذارد.
گزارش های متعددی در دست است مبنی بر این كه میان پدیده‌های مختلف ژئو فیزیكی و سلامت انسان رابطه ظریفی وجود دارد. ولی نشان دادن همبستگی‌های معین با یك عامل به خصوص مثلاً تعداد لكه‌های خورشید – مشكل است. به نظر می‌رسد كه این همبستگی‌ها به دلیل دخالت عوامل دیگر بازمان تغییر می‌كنند.
طبق این گزارش‌ها، از پدیده‌های كیهانی چیزی كه بیشترین اثر را بر سلامت انسان می‌گذارد، مؤلفه شعاعی میدان مغناطیسی میان سیاره‌ای (IMF) است. در منطقه مدار زمین این اثر را باد خورشیدی، كه حامل این میدان است، تنظیم می‌كند. جهت مؤلفه شعاعی (IMF) می‌تواند به طرف خارج از خورشید (منفی) یا به طرف خورشید (مثبت) باشد. این مؤلفه پس از 2 تا 10 روز كه بخش‌های متفاوت باد خورشیدی از زمین می‌گذرند، تغییر می‌كند. قطبیت را می‌توان با مشاهده رفتار میدان مغناطیسی زمین در عرض‌های بالا (در كلاهك قطبی) تعیین كرد.
نیكلایف و همكارانش در سال 1976 فهرستی از عوارض روان – آسیب شناختی در مورد یك گروه 85 نفری (شامل 75 نفر بیمار و 10 نفر سالم) فراهم آوردند و نتایج حاصل را با تغییرات قطبیت باد خورشیدی و فعالیت مغناطیسی (شاخص Ap) مقایسه كردند. معلوم شد كه شاخص گروه مورد مطالعه، برای INP مثبت بالاتر است (یعنی تعداد موارد عارضه بیشتر است) تا برای IMF منفی، و به خصوص یكی دو روز پس از تغییر قطبیت از منفی به مثبت این شاخص خیلی بالا می‌رود. مؤلفان این گزارش در توضیح سازوكار تأثیر فعالیت‌های IMF بر انسان اظهار كرده‌اند كه IMF تپش‌های میدان مغناطیسی را متوقف می‌كند. به نظر آن‌ها تحریك به وسیله میدان‌های مغناطیسی خارجی كم بسامد برای درمان بعضی از این بیماران ضروری است، و مغناطو درمانی احتمالاً در آینده به كار گرفته خواهد شد.
این نوع بررسی‌ها حاكی از آن است كه احتمالاً بین ژئومغناطیس و سلامت انسان رابطه‌ای وجود دارد، ولی رسیدن به یك نتیجه قطعی مستلزم مشاهدات خیلی بیشتری است؛ نتایج این مشاهدات باید از لحاظ آماری با معنی باشند و تداخل عوامل دیگر در آن‌ها به دقت در نظر گرفته شده باشد.