地球磁场与人体健康

１地球磁场

1.1地磁场基本要素

　　地球是一个巨大的磁体，磁针在地球上受到磁力的作用，指向磁力线的方向。磁力线从地球南极开始，环绕地球，向地球北极集中，在近地空间延伸了数万公里。在地球上磁力线的方向因所处的位置不同而有所差别。地面上有两个点的磁力线方向是垂直的，以至磁针的方向垂直于地面。那里是地磁最强的地方，被称作磁极：位于北半球的是磁北极，在南半球的是磁南极。两个极的连线是磁轴。磁轴与地轴并不重合，大致呈11．5。的夹角。地球表面存在着一个磁性最弱的地带，叫做磁赤道。磁赤道与地理赤道也同样是不重合的。有磁力作用的空间叫磁场，地球表面就是一个空间很大的磁场。地球磁场是一个弱磁场，地面附近的磁场强度大约有：0.5×10-4T，赤道附近较弱：0．3×10-4T～0.4×10-4T，两极较强约为：0.6×10-4T。如果将地球磁场分为偶极磁场和非偶极磁场，那么在偶极磁场中，在地磁赤道上，地磁场强度最小，磁倾角为零，到了地磁两极，地磁强度最大，地磁倾角达到90。。在非偶极磁场中，地磁场实际上是一个倾斜偏心偶极磁场，磁轴偏离地心达400 km。地磁北极、地磁南极和地理北极、地理南极不相重合。根据1975年的观测：磁北极位于76。06’N，100。W，在加拿大北部巴瑟斯特岛附近；磁南极位于65。48’S，139。24’E，在南极地区。

1.2地球磁场的扰动

　　地球磁场的扰动源自于地球电离层和太阳大气层的活动。太阳大气层在不停地运动着，日冕层在不停地高速膨胀，行星际空间在不断地得到从太阳喷发出来的高速粒子，即太阳风。太阳风吹遍了整个太阳系，尽管物质十分稀薄，但十倍于星际空间的物质密度对地球磁场产生重要影响。在太阳风的作用下，面对太阳的半个地球磁场被压缩在一个较小的空间内，约十个地球半径左右(太阳活动强烈时，只有4～6个地球半径)，而背向太阳的半个地球磁场则扬起一条长长的磁尾，其长度可达数百个，甚至超过一千个地球半径。在任意时刻地球面向太阳的一侧与背向太阳的一侧的磁场是不对称的，由于地球在自转，地球上任意地方的磁场就会随着地球自转发生周期性的变化。地磁强度的变化量可达0.03×10-6T～0.04×10-6T。夏季的变化幅度较大，冬季较小。当出现耀斑、黑子时，大量的高能粒子流到达地球附近，扰乱地球磁场(磁暴)，磁场强度的变幅可达十分之几μT、甚至几个μT。

1.3地球磁场的异常

　　地球不是均匀化的磁体，个别地区地磁要素的量值，可以极大地不同于周围的地区，这叫做地磁异常。例如：俄罗斯的库尔斯克地区，那里的磁场强度是磁极的3倍，最大的磁倾角达90。，最大的磁偏角达180。，称为“库尔斯克磁针错乱”。造成这种情况的原因就是地下蕴藏着丰富的磁铁矿。

2 人体磁场

　　变化的电场均可产生磁场，而人体内存在着变化的生物电。所以人体也是一个磁体，存在着弱磁场。例如：已被确定的心磁场、脑磁场、肺磁场等等。人体的磁场是由这些局部磁场综合而成的，是一个复合的磁场。这个磁场的强度是非常微小的。人体内的磁场变化，已经在没有透磁合金屏蔽的正常条件下，通过使用特殊的超导量子干涉装置而被发现了。心脏的交变磁场的强度为10-11～10-12T，而头部的磁场约为10-13T。所以人的磁场强度约在10-10～10-13T之间。约是地球磁场强度的万分之一到千万分之一。

　　人体之所以会产生磁场，原因有二：其一是因为生物膜两侧的离子流动产生电脉冲(动作电位)，进而产生磁场，这类磁场被称为内因性磁场。其二是因为人体内含有一些磁性物质及自然界含有的一些磁性物质经呼吸道吸入或经消化道食入到人体内，而在体外产生磁场，这类磁场被称为外因性磁场。通过对人体的各种组织磁化率的测定分析可知，人体的整个有机体表现出弱磁性。

3 地球磁场与人体健康

　　人体磁场是在地球磁场这一个大背景下产生、维持的。这2个磁场之间必定存在着相互作用。由于人类长期的进化，人体与地磁场之间已经建立起了某种平衡。当地球磁场发生剧变时，这种磁场平衡即会被打破，因而给人体带来某种影响。

　　人体血红蛋白中所含的铁是铁磁性物质，维生素B12中的钴，肝铜蛋白中的铜和超氧化物歧化酶(SOD)中的锰，都是顺磁性的过渡金属元素；人体内的自由基和三重态粒子，由于自旋不配对电子和自旋反平行电子的存在，也表现出顺磁性。这些粒子或分子都对磁场敏感，同时也是人体正常生理活动所必需的关键物质。磁场能通过它们影响到人的生命活动。除了心电、脑电、肌电等生物电以外，新陈代谢过程中物质的运输(如离子的跨膜运动)、能量转换(呼吸链中的电子转移)和信息传递(动作电位)等，也都有电子转移和离子电流的参与。而磁场可以诱导人体内带电粒子产生感应电流，而干扰上述的生命过程，从而对人体的健康施加影响。有文章认为，生物体对磁场扰动的反应对大多数人来说是肯定的，反应的强度不仅与疾病的类型而且与生物体的系统相互协调程度有关。人体对磁场反应的类型取决于人体本身及反应出现的时间。

　　人体内有着丰富的血管和淋巴管。其中流动的血液和淋巴液中含有钾、钠、钙、镁等多种无机盐、带电离子、分子。因此如果将血管，淋巴管中的血液和淋巴液视作流动的导体，导体在磁场中与磁力线相割，则会产生微电流。所以，人体的运动则可能在体内产生微电流而影响人体内的血液和淋巴液循环。

3.1地球磁场与人类睡眠的关系

　　睡眠是一种易于反转的，对环境的反应和相互作用降低的状态。与觉醒状态相互交替进行。睡眠能使人恢复精力和体力，保持良好的精神状态。充足的睡眠能够提高人体的免疫力，增加大脑的记忆力，延缓衰老。根据脑电波图形可以将睡眠分为非快眼动相睡眠(NREM)和快眼动相睡眠(REM)。在睡眠过程中这两种睡眠状态交替进行。前者又可分为1、2、3、4期，分别以S1、S2、S3、S4表示。当脑电波中的δ波在20％～50％之间时，睡眠进入了S3期，δ波比例大于50％时睡眠进入了S4期。S3+S4合称深慢波睡眠阶段(dSWS)。此阶段虽然占睡眠总时间的15～20％，但其生理意义是不可替代的。在dSWS阶段，大脑皮层得到充分的休息，机体合成代谢加强，以储存能量为主，各种生命活动降到最低程度，耗能最少，人的心率减慢，血压降低，呼吸缓慢。脑垂体的生长激素分泌达到高峰，使糖和蛋白质合成加强，脂肪分解加速，是促进儿童生长发育和成人精力体力恢复所必需的状态。进入这一阶段与人体在磁场中的睡眠方向有很大的关系。F．L.辛克勒认为：当睡眠者的姿势与地磁子午线呈45度夹角时，其大脑的生物电活性表现出δ波和θ波大约减少13．3％。这表示是对S3的过渡，即非熟睡阶段。在这种情况下，人大脑的休息是不充分的。

　　在所具有的文献中，艾燕在文章中认为：睡眠的姿势应当是南北向的。这个结论的理由是：地球磁场方向是南北向的，磁场具有吸引铁、钴、镍的作用。而这三种元素均存在于人体的血液中。南北向睡眠能促进地磁场吸引铁、镍、钴，而东西向睡眠不仅不利于吸引这三种元素，而且还会改变它们在人体内的分布，从而影响它们的生理作用。并且南北向睡眠使人体内的生物电流方向与地磁场方向平行，有利于气血畅通，能量减少，早晨起来感到精力充沛。同时张根祥等在文章中认为：睡眠的姿势应是头向南。理由是地球是一个大的磁体，人体是一个小磁体。头向南时，身体的磁力线与地球一致，并且认为东西向睡眠时易使人身体功能紊乱。但值得注意的是：辛克勒在他的《地磁场和生命》一书中认为“人的头部的磁力线从左半部指向右半部，即具有左右对称性”。

　　人体可视作具有弱磁性的磁体。其磁力线不会像条形磁铁那样简单，很可能是复合的磁力线。但本人也认为人体在睡眠时应与磁针的方向平行，即沿着磁力线的方向。这是因为，人体在地球磁场中可能会受到地球磁场力的作用，这种力是非常微小的，以至于人无法感觉到。如果与磁力线的方向不一致，那人体就会受到促使人体与这个方向保持一致的力，但同样也不会被人觉察到。长时间的持续下去会对人体的健康产生影响。需要说明的是磁力线的水平切线方向并不是真正的南北方向。因为存在着磁偏角。所以人体睡眠方向也不应是南北方向，而是要与之有一定的夹角。这个夹角的大小就是磁偏角的大小。

　　地球上不同地方的磁偏角的大小、方向是不一致的。有的地方是东偏，有的地方是西偏。但基本上是纬度越高，磁偏角越大。经查得的资料显示：我国境内的磁偏角最大可达10。左右。一般情况下为2。～3。。

3.2地球磁场的扰动与人体健康的关系

　　地球磁场对人类健康的影响很大部分是指地球磁场的变化。人类在长期的适应过程中，已与原有的磁场状况建立了某种平衡，而磁场的变化会打破这种平衡。尤其是突发性的剧烈变化。从而对人体健康产生影响。这种变化通常是由太阳的剧烈活动引起的，如：黑子、耀斑。当黑子，耀斑大量产生时，标志着太阳进入了活动期，此时太阳会喷发出大量的高能粒子和宇宙射线。高能粒子和宇宙射线会扰乱地球的磁场，使面向太阳一侧的地球磁场被压缩得更厉害而背向太阳一侧的地球磁场拖的更长。地球磁场在一个太阳日内的变化更加剧烈，包括磁场强度、磁偏角、磁倾角等。这些高能粒子接近地球时，也会产生感应电流和磁场。在地球磁场的作用下形成一个沿地球赤道从东向西的环形电流。这种环形电流所产生的磁场就是磁暴场，可引发地球上的磁暴现象。

3.3地球磁场的扰动对皮肤电位的影响

　　在磁暴期间，人体皮肤的电位发生变化，它们在皮肤上的分布变得不对称或者比较不对称。对于有的人群，静电位和生物电位的增加及其分布的不对称性可以在地磁场干扰的前1d或干扰的后1d观测到。而有的人群中，可以在磁暴时或开始前4d观测到。在不同的人群中，静电位的变化时间并不一致。皮肤静电位的变化会影响到人类的内部器官。

3.4地球磁场的扰动对神经系统的影响

　　地磁场对神经中流动的直流电产生作用，进而影响到生物体的中枢神经系统和周围神经系统。在太阳活动干扰地球磁场期间地磁场的变化会对人体的神经系统(包括中枢神经系统和植物神经系统)有直接的影响。比如：在地磁干扰期间，植物神经系统交感神经主要部分的紧张状态有所提高，而植物神经系统的副交感神经部分，只有少数(通常为男性)趋于紧张状态。科研人员对我国某一企业的员工在1981年到1983年之间的工伤事故进行了调查，认为事故的发生率与磁暴成正相关。高磁扰日的平均事故发生率最多可达磁静日的308％。前苏联科学家发现：在太阳活动期间，全球交通事故就会比平静的日子大量增加，一般增加1～3倍。

　　地磁扰动不仅对健康人的神经系统产生影响。还会对某些患有精神疾病的人产生影响，如：精神病紊乱表现频繁，入精神病院的人增多，患精神分裂症的人数增多。另据报道：在83％的地磁静日里没有交通事故，而在81％的地磁高干扰日里却发生了交通事故和灾祸。

3.5地球磁场的扰动对心血管疾病的影响

　　太阳活动引起的地球磁场扰动对人类的心血管疾病有重要的影响。健康人的血液中纤维蛋白溶解系统的功能状态在地磁场干扰期间发生了变化。纤维蛋白溶解的活性减小了，从而增加了形成血栓的可能性。地磁干扰可能引发心肌梗塞、中风、高血压、冠心病等疾病。但磁暴时，在健康的19～22岁的青年中，白血球和血小板的计数较低，凝固较缓慢，红血球沉降速度的变化加快，而纤维蛋白溶解的活性则提高了。研究者们还报道说：在心肌梗塞发生之日的磁性活动状态影响着这类疾病的各种并发症的后果和发生率。有资料表明：心血管疾病的数量在磁静日和磁扰日有明显的区别，如：1964年斯维尔德洛夫斯克，在磁性活动时，中风发生率的每日平均指数是3．5，而磁性平静时，则是2．8。在1960年～1963年间，列宁格勒患有心肌梗塞的病人数量在磁活动性高的一天里为6．6，而在磁性平静的日子里，其数目只有3．4。印度科学家发现：1972年8月4日～10日地磁出现磁暴期间，入院就医的心脏病人比往日增加了一倍，一般性疾病的发病率和死亡率比磁静日分别高出10％和33％。心血管疾病的发生率和死亡率最高时则在磁暴开始的那天或开始后的1、2d内。Otsuka，Murakami，Kubo等对不同年龄组的心律变化进行分析认为地球磁场的扰动会影响到人体的心脏节律，并且认为在高纬度的成年生物体上表现明显。高纬度磁场扰动的频率和强度都超过低纬度地区。除此之外，太阳活动增强时期，纤维蛋白原浓度下降，血小板数减少，出血时间延长。这也有可能是通过地磁场的扰动来形成的对人体健康的影响。

3.6地球磁场的扰动对生育的影响

　　女性的分娩与地球磁场的活动也有一定的关系，在地球磁场活动强烈期间，女性分娩的数目上升。而且在磁暴期间，早产的数目也在上升。据报道：在磁暴期间，早产数量明显增多。自发性流产和妊娠后期中毒症的发病率增加1．5倍。这种现象在北纬度的妇女中较多。1977年Bos报道：在太阳活动年，出生的病孩也会增多。另据山东科技人员统计，凡是磁暴发生的日子，婴儿的出生率均出现峰值。不仅出生率与地球磁场的活动有关而且有文献认为：新生儿的身高和体重也与太阳黑子数量的多少有关，黑子越多，身高越低，体重越轻。

3.7地球磁场的扰动对眼病的影响

　　地磁扰动通过改变生物膜渗透率的状态(生物膜的渗透率是重要的病原机理，尤其是血管渗透率)，从而导致代谢失调的发展，而对青光眼病的产生有一定的作用。在地磁活动性增加的日子，急性青光眼病的发病数目增加。有资料表明在太阳活动11年的周期中，青光眼发病率也出现周期性的变化。随着太阳活动的增强，青光眼的发病率也增加。在太阳活动突然增强的影响下，青光眼的发病率也会突然增加。

3.8地球磁场异常与人体健康的关系

　　地球上存在着地磁异常区，它对人体的健康影响也是不能忽视的。地磁异常是由于岩石磁性的分布不均造成的。该区磁场强度各个分量的梯度有明显的变化。比周围正常区域的变化要高。在异常区，高血压、风湿病及神经系统疾病的发病率比正常区高120％～160％。有的国家研究得出：在低强度地磁异常区的儿童成熟的快，身材略短。而在高强度地磁异常区成熟的慢，身材较高。这种观点与瓦西里克的观点相似，他认为，在地球磁场对生长发育的加速作用的过程中，主要的因素是地磁强度的变化，在低地磁场强度中，成熟的快，身材略短；而在高地磁场强度中，成熟得慢，生长期长，从而导致成年生物体身长的增加。与此观点不同的是：辛克勒认为起加速作用的主要原因是地磁要素的变化，包括各个方向上的分量及地磁偏角与地磁倾角。

4 结论

4.1 地磁场在地球表面形成了庞大的磁层，不但保护了地球上的大气层不被太阳风吹走，而且屏蔽了大部分的宇宙射线使地球上的生物免受其害。其对人类的健康的意义是不言而喻的。

4.2 地球磁场强度及各种要素在区域上的不均匀性使得不同区域的人体健康呈现出不同的特性。尤其是在异常区域，易引发高血压、风湿病和神经性精神病。例如：库尔斯克地区等。

4.3 根据地球自转轴与地磁轴有11.5。的夹角，人夜间睡眠时的姿势应与磁针方向保持一致，而不是普通意义上的南北向。这之间存在着地磁偏角，而且不同的区域地磁偏角的大小是不一样的。

4.4 地球磁场对人体的影响主要是太阳剧烈活动引起磁暴，对人体产生影响。常引起皮肤电位的变化进而影响人体内脏的变化；影响人的神经系统，易导致精神病、癫痫等；影响血液凝固状态和纤维蛋白溶解的活性，从而导致一系列的心血管疾病，如：心肌梗塞、血栓、中风等；影响生物渗透率，而导致青光眼等眼部疾病。此外，在磁暴期间女性的分娩个数，早产数量及病孩的出生率都会有不同程度的增加。对此，在磁暴发生期间或高磁干扰日，患有精神病、心血管疾病、青光眼的患者应该注意自身的变化，尤其是心血管疾病患者在夜间睡眠时更应注意，必要时可以辅以药物。对于健康的人在磁暴期间也应注意休息，加强营养或者避免驾车外出。