Магнитной бурей называются быстрые и нерегулярные колебания характеристик земного магнетизма (электромагнитного поля), резко нарушающие его суточный ход. Магнитные бури продолжаются от нескольких часов до нескольких дней. Причиной магнитных бурь является взаимодействие магнитного поля Земли (геомагнитного поля), ионосферы Земли и электромагнитного излучения и корпускулярных потоков Солнца.
Геомагнитное поле, измеренное в любой точке земной поверхности, является совокупностью нескольких магнитных полей, генерируемых различными источниками. Эти поля накладываются и взаимодействуют друг с другом. Более чем 90 % измеряемого поля генерируется внутри планеты и в земной коре. Эта часть геомагнитного поля часто называется главным магнитным полем.
Для изучения главного магнитного поля свыше 70 стран мира содержат более 200 магнитных обсерваторий по всему миру. Главное магнитное поле изменяется медленно во времени и может быть описано такими математическими моделями, как (IGRF) — международная геомагнитная рекомендуемая модель, (WMM) — Глобальная магнитная модель.
Главное магнитное поле создает в межпланетной среде полость, называемую магнитосферой, где земное магнитное поле преобладает в магнитном поле солнечного ветра. Конфигурация магнитосферы чем-то напоминает комету по распределению динамического давления солнечного ветра. Она сжата с солнечной стороны примерно до 10 радиусов Земли и в тени Солнца хвостовая часть распространяется на расстояния свыше 100 земных радиусов.
Магнитосфера отклоняет поток большей части частиц солнечного ветра около Земли, тогда как линии геомагнитного поля направляют изменение движения частиц внутри магнитосферы. Различные потоки ионов и электронов внутри магнитосферы и токовые системы в ионосфере вызывают вариации напряженности магнитного поля Земли.
Эти внешние токи в верхней ионизированной атмосфере и магнитосфере изменяются во времени гораздо меньшем, чем внутреннее главное магнитное поле, и могут создавать магнитные поля более 10 % главного магнитного поля. Другими важными источниками являются поля, возникающие от электрических полей, текущих в ионизированной верхней атмосфере, и поля, индуцированные токами, текущими внутри земной коры и мантии.
Ионосфера — это верхние слои атмосферы (80-400 км, а по некоторым данным и выше), содержащие значительное количество ионов и электронов, образующихся главным образом под воздействием энергии Солнца. Ионосфера играет исключительно важную роль в распространении радиоволн, которые здесь преломляются, отражаются, поглощаются и поляризуются.
Свойство ионосферы отражать радиоволны позволяет широко использовать для радиопередач на большие расстояния короткие радиоволны. Процессы, происходящие в ионосфере, определяются главным образом солнечной активностью. С изменением последней в ионосфере наблюдаются магнитные бури и другие возмущения, приводящие к резким нарушениям радиосвязи. В ионосфере наблюдаются оптические явления — полярные сияния и свечения ночного неба.
Солнце и процессы на нем оказывают важнейшую роль на процессы в ионосфере и на изменчивость геомагнитного поля, вызванную процессами в ионосфере. От Солнца нас отделяет 150 млн. км -совсем немного по космическим меркам. Время от времени на Солнце наблюдаются так называемые хромосферные вспышки, представляющие мощные выбросы плазмы в окружающее космическое пространство.
В результате хромосферной вспышки на Солнце ее волновые компоненты — жесткое корпускулярное, мягкое рентгеновское и ультрафиолетовое излучения — могут достигать Землю через 7-8 мин и вызывают ионизацию нижней ионосферы. Медленный плазменный поток, состоящий из находящихся в плазменном состоянии атомов водорода и гелия, может достигать Землю за 19-36 ч.
Это приводит к геомагнитным возмущениям (магнитным бурям) — изменениям параметров магнитного поля от спокойного уровня. Для возбуждения магнитной бури важным оказывается взаимная ориентация направления потока выброшенной солнечной плазмы и магнитосферы Земли в области ионосферы. Далеко не всякая вспышка на Солнце приводит к магнитной буре на Земле.
Интенсивность магнитных бурь определяется путем анализа магнитограмм, полученных на магнитных станциях по всему земному шару. Для характеристики интенсивности геомагнитной активности принята специальная шкала — от 0 до 9. Баллы от 0 до 3 характеризуют малую интенсивность. Начиная с балла 5, речь может идти о магнитной буре. А вот 9 — это уже исключительно большая интенсивность. Самая мощная вспышка («супер девятка», так сказать) была зафиксирована 2 апреля 2001 г.
Геомагнитное поле является одним из факторов окружающей среды, воздействующих на организм. Воздействует оно и на его регуляторные механизмы на всех уровнях: молекулярном, внутриклеточном, межклеточном и т.д. Интенсивность ответных реакций организма на природный стресс-фактор, проявляющийся геомагнитным возмущением, зависит от индивидуальных адаптационных способностей организма, которые сформировались в ходе эволюции.
Иными словами, некоторые люди могут реагировать на магнитные бури болезненным образом, в то время как другие люди могут чувствовать себя вполне здоровыми. В результате целенаправленных медицинских исследований доказано, что в период магнитных бурь наблюдается существенное увеличение сердечнососудистых заболеваний, а также тяжести их протекания, по сравнению со спокойными в геомагнитном отношении периодами. В последнее время ученые обнаружили, что в некоторых случаях заболеваемость возрастает и при магнитном штиле.
Сопутствующие ОЯП: возникновение индуцированных токов в проводниках, радиопомехи, ухудшение здоровья людей, аварии в системах связи, навигации, электросетей, трубопроводов, рельсовых путей.
Как правило, магнитные бури отмечаются 2-3 раза в месяц, несколько чаще — в странах, удаленных от экватора. Сильные магнитные бури интенсивностью 7-9 баллов наблюдаются гораздо реже. Им предшествуют мощные вспышки в центральной части солнечного диска, направленные в сторону Земли. Именно с ними связывают аварии в технических системах, всплесках сердечнососудистых заболеваний.
В полярных областях, где наблюдаются северные сияния, магнитные бури приводят к регулярным нарушениям радиосвязи, сбоям в навигационных системах. С точки зрения земного магнетизма такие области называются авроральными зонами. Мощные магнитные возмущения в авроральных зонах, тесно связанные с областью распространения полярных сияний и других полярных возмущений, называются полярными штормами. Значительные территории России расположены в авроральных зонах, испытывая влияние магнитных бурь и полярных штормов.
Прогнозирование магнитных бурь основано на наблюдении солнечных вспышек и скорости распространения выброшенного плазменного потока. Эта скорость оценивается разными методами, в том числе и с помощью специального спутника «Sun», расположенного на орбите ровно посередине между Солнцем и Землей. В некоторых странах, в том числе и в некоторых регионах России, прогноз геомагнитной ситуации включается в состав прогноза погоды, по крайней мере, в экспериментальном порядке.
Защита от магнитных бурь осуществляется на организационном уровне (оповещение, планирование деятельности) и с помощью инженерных мер (электромагнитное экранирование, шунтирование).