يتساءل نيف: لماذا تشير البوصلة إلى الشمال إذا كان الدينمو الذي يتدفق تحت سطح الأرض، تحت الأرض كلها، هو الذي يخلق المغناطيسية؟
لنبدأ بحقيقة أن البوصلة لا تشير إلى الشمال تمامًا. البوصلة لا تشير إلى القطب الشمالي، بل إلى قطب مغناطيسي يقع في أقصى الشمال، ولكن على مسافة حوالي 400 كيلومتر من القطب "الحقيقي"، أي من محور دوران الأرض حولها بحد ذاتها. ستشير إبرة البوصلة عند هذه النقطة إلى الأسفل مباشرة، ومن الممكن أيضًا رسم خط استواء مغناطيسي لا يتطابق مع خط الاستواء الجغرافي حيث ستكون إبرة البوصلة متوازنة تمامًا.
المغناطيس الذي يتم إنشاؤه من تيارات المعدن السائل في قلب الأرض يخلق الغلاف المغناطيسي من حولنا: مجال مغناطيسي يحيط بالكرة وينحرف عنها الجزيئات المشحونة كهربائيًا القادمة من الشمس. وإذا لم يحميها الغلاف المغناطيسي، فسنتعرض لقصف قوي مستمر من شأنه أن يجعل الحياة على الأرض مستحيلة. تتدفق الجسيمات التي لا تزال قادرة على اختراق الغلاف المغناطيسي إلى "القمع" وهو القطب المغناطيسي. نتيجة التقاء جزيئات الشمس مع الغلاف الجوي هي الأضواء الشمالية، وبالتالي فإن القطب المغناطيسي هو أيضًا مركز القطع الناقص الذي يمكن من خلاله ملاحظة هذا العرض الضوئي المذهل.
هذا القطب المغناطيسي لا يتطابق مع الشمال الجغرافي فحسب، بل أيضًا، كما هو متوقع من نظام يتكون من تدفق السائل، يغير موقعه. وفي السنوات الأخيرة، كان القطب المغناطيسي يتحرك نحو الشمال الغربي بسرعة حوالي 55 كيلومترا سنويا. ونتيجة هذه الهجرة هي أن منطقة الرؤية المثالية للأضواء الشمالية تنتقل تدريجياً من كندا والدول الاسكندنافية إلى سيبيريا. تتيح لنا الأدلة القديمة على ظهور توهج في السماء جنوب الحدود الحالية تقدير أن القطب المغناطيسي كان أقرب إلينا في يوم من الأيام. وهكذا نجد تقارير عن الأضواء الشمالية في كتابات سينيكا وبليني الأكبر من روما وفي كتابات علماء الفلك في الصين. يؤثر التحول المغناطيسي الشمالي على الحيوانات التي تتنقل باستخدام الاستشعار المغناطيسي. تعود السلاحف البحرية إلى الشاطئ حيث تفقس لتضع بيضها، وتجد نفس المكان بعد أن تجولت لسنوات عبر البحار حسب بصمة المجال المغناطيسي الذي تعرضت له كأجنة في البيضة. كشف تتبع وضع السلاحف في فلوريدا أن تحول القطب المغناطيسي ينقل السلاحف إلى الشواطئ الشمالية جغرافيًا حيث يساوي المجال المغناطيسي الحالي المجال المغناطيسي للساحل المحلي.
الشمال والأسفل
لكن نيف على حق: تشير إبرة البوصلة إلى اتجاه الدينامو الذي يتدفق عميقًا تحتنا، وبالتالي فإن البوصلة لا تشير إلى الشمال فحسب، بل أيضًا إلى الاتجاه الرأسي - إلى الأسفل. كانت البوصلات الأولى التي تم تطويرها في الصين تعتمد على إبرة مغناطيسية تطفو في خزان ماء وفي ظل هذه الظروف لا يمكن ملاحظة القوة التي تسحبها إلى الأسفل. ومنذ ذلك الحين بدأ الإنسان باستخدام بوصلة تعتمد على إبرة معلقة في الهواء تم تشخيصها القوس المغناطيسي أي انحراف الطرف الشمالي للإبرة نحو الأسفل (في نصف الكرة الشمالي). يدرك مصنعو البوصلة هذا الانحياز ويقومون بموازنة إبرة البوصلة بحيث تظل موازية للأرض في الجزء الذي من المفترض أن تكون فيه من الأرض. ولكن في الحيوانات لا يمثل الميل المغناطيسي مشكلة ولكنه عنصر مهم في الملاحة. أكثر الملاحين بدائية هم البكتيريا التي تعيش في أعماق البحر. في هذه البكتيريا، تكون الملاحة عمودية بالكامل، وقوة الجاذبية المؤثرة على خلية في مياه البحر صفر، وتحتاج البكتيريا إلى وسيلة لإظهار الاتجاه لأعلى أو لأسفل. سلاسل من بلورات المغنتيت (Fe3O4) تتفاعل الخلايا الصغيرة المغلفة بغشاء مع المجال المغناطيسي وتوجه الخلية إلى العمق حيث سيتم العثور على التركيز الصحيح للأكسجين.
تتطلب الطيور المهاجرة ملاحة أكثر تعقيدًا، لكنها أيضًا تجد طريقها حول العالم باستخدام المجال المغناطيسي للأرض. وكما أن الملاحة البشرية لا تحتوي على ما يكفي من البوصلة التي توضح الاتجاه الذي تتجه إليه، ولكنها تحتاج أيضاً إلى خريطة تخبرك بالمكان الذي تقف فيه. كذلك يحتاج الطائر إلى معلومات لا توفرها إبرة البوصلة ببساطة: موقعه في الطائرة. العلاقة بالوجهة. يتم توفير هذه المعلومات عن طريق المجال المغناطيسي.
الحاسة المغناطيسية عند الطيور
وتوجد أجهزة استشعار مغناطيسية تعتمد على نفس أكاسيد الحديد في الخلايا العصبية في المصدر العلوي ويمكن للطائر (الحمامة مثلاً) الذي يعرف المنزل معرفة موقعه على المحور الشمالي الجنوبي اعتماداً على قوة القوة في المحور. الاتجاه العمودي: المجال المغناطيسي الأقوى في الاتجاه التنازلي يعني "أنا شمال بيتك" والمجال الأضعف يعني "أنا جنوب عودتك"، وسيقوم الطير في نصف الكرة الجنوبي بترجمة الرسالة بشكل عكسي. كما تسمح الملاحة المعتمدة على الميل المغناطيسي وقوة المجال لصغار الثعابين بالهجرة من مياه سارجاسو في وسط المحيط الأطلسي إلى أوروبا أو أمريكا الشمالية لتجد طريقها إلى تيارات المحيط التي تقودها إلى الأنهار. ويبدو أن ثعبان البحر الذي يفقس في بحر سارجاسو يخضع لعملية الطبع، مما يعني أنه يتعلم بسرعة معرفة زاوية الميل المغناطيسي وقوته في مكان ميلاده وسيبحر هناك بعد سنوات عديدة عندما يصبح بالغًا. قد تفسر آلية الألفة المغناطيسية مع الموطن تقسيم الأنواع إلى مجموعات متميزة وراثيا تتكاثر كل منها في الجزء الخاص بها من البحر.
إن المعادل الطائر لبوصلتنا، أي التوجه الأفقي في الفضاء، هو آلية مختلفة تعتمد على مركب عضوي. تتفاعل كل مادة مع مجال مغناطيسي، ولكن معظم المركبات التي تشكل الكائنات الحية هي مركبات مضادة للمغناطيسية، أي تلك التي تترتب فيها جميع الإلكترونات في أزواج، وبالتالي سوف تتعرض لتنافر ضعيف من المجال المغناطيسي. وهكذا نجح الباحثون اجعل الضفدع يحوم فوق مغناطيس قوي للغاية. تعتمد بوصلة الحيوانات المجنحة على خلق جزيء مغناطيسي، أي أنه يحتوي على إلكترونات واحدة. ولتحقيق ذلك، يجب كسر الرابطة الكيميائية في جزيء حساس للضوء بحيث يتم تشكيل إبرة بوصلة تحتوي على إلكترونين حساسين للمجال المغناطيسي لبضعة أجزاء من المليون من الثانية. لن يتمكن الطائر من الملاحة طالما لم يصل الضوء بالطاقة الكافية إلى عينيه، أي طول موجي يبلغ حوالي 2 نانومتر (أخضر). ولذلك فإن الميل المغناطيسي، أي تحديد خط العرض بناءً على قوة المجال العمودي باستخدام بلورات المغنتيت التي لا تعتمد مغناطيسيتها على الضوء، يلعب دوراً مهماً في القدرة الملاحية للطيور المهاجرة ليلاً.
هل خطر في ذهنك سؤال مثير للاهتمام أو مثير للاهتمام أو غريب أو وهمي أو مضحك؟ أرسلت إلى ysorek@gmail.com
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
تعليقات 3
وكان من الممكن أن يكون المقال أكثر فائدة وتشويقاً لو تمت الإشارة إلى مصادر قراءة إضافية حول الوقائع الواردة فيه.
السبب هو تحول زاوية الميل، ولم يكن لدى المغناطيس الوقت الكافي لمحاذاة نفسه
يتحرك محور ذاتي التدوير...أو تم نقله
في سرب الطيور المهاجرة هناك عدة أجيال تنقل معلومات الهجرة، وهنا تنعكس القدرة التعليمية للطيور، وكذلك القدرة على الحفاظ على ذاكرة الهجرة.