Efekty oddziaływań elektromagnetycznych w naturze

Prądy oceaniczne

Najbardziej efektownym przejawem obecności w przyrodzie stycznego oddziaływania magnetycznego są stałe prądy oceaniczne obejmujące całą powierzchnię oceanów.

Dla pokazania elektromagnetycznej genezy zjawiska prądów oceanicznych w opisie przyjęto następujące założenia:

pole magnetyczne przyjętego modelu globu ziemskiego posiada regularny układ opisywany model, podobnie jak Ziemia, posiada ujemny wypadkowy ładunek elektrostatyczny; na powierzchni modelu występują również ładunki dodatnie zjawiska przebiegające w przyrodzie jednocześnie, w opracowaniu, przedstawiono w umownej kolejności.

Schemat ziemskiego pola magnetycznego. Kierunek linii sił pola magnetycznego Ziemi zmienia się wraz z szerokością geograficzną. Na równiku i na biegunach linie sił pola magnetycznego są równoległe do osi obrotu Ziemi.    Na szerokościach geograficznych oznaczonych na rysunku jako j+ i  j-, linie sił pola magnetycznego, przy powierzchni Ziemi, są równoległe do płaszczyzny równika. Na rysunku, strzałkami równoległymi do osi obrotu, zaznaczono zwrot składowej pola magnetycznego B|| równoległej do osi obrotu Ziemi. Wartość i zwrot tej składowej decyduje o wielkości (natężeniu) i kierunku działania oddziaływania stycznego. W założonej (fikcyjnej) sytuacji początkowej nie występują żadne prądy oceaniczne, wszystkie ładunki elektrostatyczne znajdujące się na powierzchni Ziemi oraz pole magnetyczne Ziemi wirują z tymi samymi prędkościami kątowymi, ładunki elektryczne nie przemieszczają się względem pola magnetycznego i tym samym nie występuje również oddziaływanie poprzeczne.

W tym początkowym okresie występuje wyłącznie oddziaływanie styczne:

Rj - odległość od osi obrotu Ziemi Działanie S na ładunki elektryczne przenosi się na cząsteczki wody, na których znajdują się ładunki, wywołując ruch - przepływ cząsteczek wody. W ten sposób na powierzchni Ziemi pojawiają się trzy pierwotne prądy oceaniczne. Kierunek przepływu tych prądów zależy od zwrotu składowej poosiowej pola magnetycznego B|| i znaku ładunku elektrostatycznego na powierzchni wody - przeważa ładunek ujemny. Z chwilą pojawienia się, wywołanego oddziaływaniem stycznym, powierzchniowego ruchu naładowanych elektrycznie cząstek, natychmiast pojawia się oddziaływanie poprzeczne, ponieważ ruch ładunków elektrycznych po powierzchni Ziemi jest także ruchem tych ładunków względem wirującego wraz z Ziemią pola magnetycznego.

Siła P działa poprzecznie (prostopadle) do kierunku względnej prędkości obwodowej i prostopadle do kierunku linii sił pola magnetycznego. Pod pojęciem "względnej prędkości obwodowej" należy rozumieć prędkość względem, wirującego wraz z Ziemią, ziemskiego pola magnetycznego, czyli prędkość po powierzchni Ziemi. Pierwotne prądy oceaniczne, utworzone z cząstek wody naładowanych ujemnie, unoszą również ze sobą cząstki wody posiadające dodatni ładunek elektryczny. Pod wpływem siły oddziaływania poprzecznego - P, w prądach następuje częściowe rozdzielenie cząstek wody posiadających ładunek dodatni i cząstek posiadających ładunek ujemny.

Ujemne ładunki elektryczne są przemieszczane i zagęszczane w strefach średnich szerokości geograficznych j+ i  j-, natomiast ładunki dodatnie zostają przemieszczone do równika i do biegunów. W ten sposób na powierzchni Ziemi - na biegunach i w wąskim pasie na równiku przeważa dodatni ładunek elektryczny. W strefach tych, pod wpływem oddziaływania stycznego działającego na ładunki dodatnie, powstają dodatkowe trzy prądy płynące przeciwnie do sąsiadujących prądów pierwotnych. Na równiku, w strefie największego zagęszczenia dodatniego ładunku elektrycznego, powstaje równikowy prąd wsteczny płynący z zachodu na wschód, - dzieli on pierwotny równikowy prąd wschodni na dwa prądy: - prąd północny równikowy i prąd równikowy południowy. W strefach przybiegunowych, posiadających dodatni ładunek elektryczny, powstają dwa prądy podbiegunowe wschodnie, płynące wokół biegunów ze wschodu na zachód.

Ostatecznie, pod wpływem oddziaływań elektromagnetycznych, stycznego i poprzecznego, cała powierzchnia przyjętego na wstępie globalnego oceanu została podzielona na siedem równoległych, prądów oceanicznych płynących naprzemian przeciwnie. Oddziaływanie styczne wywołuje powierzchniową cyrkulację a oddziaływanie poprzeczne rozdziela, na powierzchni globu, strefy posiadające ładunek dodatni od stref posiadających ładunek ujemny.

Przedstawiony mechanizm powstawania prądów oceanicznych, na powierzchniach wirujących globów, występuje w całym wszechświecie. Poza Ziemią, równoleżnikową cyrkulację można stwierdzić na powierzchniach Jowisza i Saturna. Również na Słońcu, astronomowie z obserwatorium Mount Wilson (USA) w roku 1980 zaobserwowali istnienie czterech równoleżnikowych prądów cyrkulacyjnych płynących przeciwnie do kierunku obrotów Słońca, - przedzielające je trzy prądy zachodnie płynące zgodnie z kierunkiem obrotów, przy obserwacjach z zewnątrz, utożsamiane są z ruchem obrotowym powierzchni Słońca.

Większa liczba prądów oceanicznych

Dotychczasowy opis powstania prądów oceanicznych tłumaczy występowanie siedmiu prądów równoleżnikowych, jednak istota oddziaływania stycznego nie ogranicza większej liczby prądów oceanicznych.

Jeżeli prąd równikowy wsteczny jest wystarczająco szeroki i intensywny, co zależy od natężenia pola magnetycznego i szybkości obwodowej powierzchni globu, to pod wpływem oddziaływania poprzecznego , w środku dodatnio naładowanego równikowego prądu wstecznego, wydzieli się pasmo posiadające ujemny ładunek elektrostatyczny. W paśmie tym, pod wpływem oddziaływania stycznego, może nastąpić wyhamowanie wstecznego ruchu ujemnie naładowanych cząstek wody, lub nawet nadanie im ruchu w kierunku zachodnim.

W ten sposób, następuje rozdzielenie równikowego prądu wstecznego na dwa prądy - północny równikowy prąd wsteczny i południowy równikowy prąd wsteczny. Między tymi prądami może istnieć strefa ciszy lub prąd równikowy wschodni - płynący ze wschodu na zachód.

Opisany układ prądów występuje w naturze na Oceanie Spokojnym. Nowsze mapy, identyczny układ prądów przedstawiają również na Oceanie Atlantyckim. Równoleżnikowy układ prądów oceanicznych na powierzchni Ziemi poprzecinany jest kontynentami i poza jednym, - "Dryfem Wiatrów Zachodnich" - żaden nie opływa globu ziemskiego dookoła.

Linie brzegowe kontynentów ograniczają swobodny przepływ prądów, niejako kanalizując je. Masy wody niesione przez wschodnie prądy równikowe, przy wschodnich brzegach kontynentów, skierowywane są do prądów zachodnich, a wody niesione przez prądy zachodnie przy zachodnich brzegach kontynentów kierowane są do wschodnich prądów równikowych. Mimo dość znacznej deformacji, ogólny równoleżnikowy układ prądów oceanicznych na powierzchni Ziemi jest zgodny opisanym mechanizmem ich powstania.

Cyrkulacja głębinowa

Oprócz powierzchniowej cyrkulacji równoleżnikowej, wywoływanej stycznym oddziaływaniem magnetycznym, w oceanach występuje również zjawisko południkowej cyrkulacji głębinowej. Oceanologia uważa że cyrkulacja głębinowa jest wywoływana przez nagrzewanie powierzchni oceanów promieniami słonecznymi, oraz przez zwiększanie się zasolenia w wyniku wymrażania w strefach podbiegunowych i wyparowywania w strefie równikowej lżejszej słodkiej wody. Teoria ta nie wyjaśnia jednak położenia istniejących na powierzchni oceanów liniowych stref zagłębiania się powierzchniowych i wypływania na powierzchnię głębinowych mas wody.

Istotę cyrkulacji głębinowej można jednak łatwo wyjaśnić efektem działania sił poprzecznego oddziaływania elektromagnetycznego.

Przedstawiony wcześniej mechanizm działania stycznego i poprzecznego oddziaływania elektromagnetycznego, utworzył na powierzchni wirującego globu strefowy, równoleżnikowy rozkład ładunków elektrycznych. Gdy wypadkowy ładunek elektryczny globu jest ujemny, to ładunki ujemne znajdują się w prądach przylegających do szerokości geograficznych oznaczonych w niniejszym opracowaniu symbolami  j+ i  j-, zaś ładunki dodatnie występują w prądach podbiegunowych wschodnich, w prądzie równikowym wstecznym i w prądach ujemnych na stykach z prądami dodatnimi.

Strefowy równoleżnikowy rozkład ładunków elektrycznych, powierzchniową cyrkulację równoleżnikową, oraz cyrkulację głębinową pokazano na szkicu. Strzałkami P pokazano kierunki działania sił oddziaływania poprzecznego, określają one również kierunki przemieszczania się naładowanych cząstek wody - poprzecznie do równoleżnikowego ruchu tych cząstek w prądach.

Przypomnienie: równoleżnikowy ruch naładowanych elektrycznie cząstek w prądach cyrkulacyjnych jest również ruchem tych cząstek względem pola magnetycznego globu, co jest konieczne dla wystąpienia oddziaływania poprzecznego.

Kierunek działania siły P na powierzchni globu zmienia się wraz ze zmianą znaku ładunku elektrycznego na powierzchni cząstek wody, oraz ze zmianą kierunku ruchu prądów cyrkulacyjnych. W efekcie, na powierzchni globu utworzyły się równoleżnikowo położone linie na których na zmianę występuje wysysanie głębinowych mas wody i wtłaczanie na większe głębokości wody powierzchniowej. Na liniach na których występuje wtłaczanie wody, linie   j+ i  j- oraz linie oddzielające wschodnie prądy podbiegunowe, siły P po przeciwnych stronach tych linii skierowane są do siebie co wywołuje spiętrzenie wody na tych liniach i podwyższone ciśnienie hydrostatyczne wtłaczające spiętrzaną wodę w głąb oceanu, natomiast na liniach na których występuje wysysanie, siły P po przeciwnych stronach tych linii skierowane są od siebie co wywołuje obniżenie ciśnienia hydrostatycznego i zasysanie wody z głębszych warstw oceanu na powierzchnię. Na równiku, w strefie równikowego prądu wstecznego, działanie sił P jest prostopadłe do powierzchni oceanu co wywołuje równikowe wypiętrzenie powierzchni oceanu. Przedstawiony schemat działania sił poprzecznego oddziaływania magnetycznego tworzy w wodach oceanów "oczka" cyrkulacji głębinowej, im większą szerokość powierzchni oceanu obejmuje "oczko" cyrkulacji tym większą osiąga ono głębokość.

Schemat głównych układów cyrkulacyjnych i wypiętrzenia powierzchni wód w środkowej części Oceanu Atlantyckiego

Wg  Defanta  - Encyklopedia  Fizyki Współczesnej