Širokopojasni (u frekventnom domenu) elektromagnetski izvori, poput munje, pobuđuju ovu šupljinu stvarajući rezonantno stanje pod uslovom da je prosečni ekvatorijalni obim približno jednak celokupnom broju talasnih dužina elektromagnetnih talasa. Ova pojava, poznata i kao Šumanova rezonansa (ŠR) , predstavlja elektromagnetne oscilacije koje se prostiru u šupljine između površine Zemlje i jonosfere. Na Zemlji se u svakom trenutku odvija oko 2000 grmljavinskih oluja i oko 50 munja se aktivira svake sekunde. Svaka munja stvara elektromagnetne talase koji, zatvoreni u šupljini između površine Zemlje i jonosfere, počinju da kruže oko Zemlje.

Talas koji se prostire oko Zemlje vraća se u početnu tačku na takav način da se u potpunosti podudara sa samim sobom (tj. vrhovi i dolje se savršeno poklapaju), a fenomen rezonanse se karakteriše pojavom povećanja amplitude prvobitnog talasa, tj. dolazi do pojačanja snage početnog signala.

Zemlja se, u prvoj aproksimaciji, može posmatrati kao skoro savršeno provodna sfera, okružena atmosferom koja je u osnovi tanki dielektrični sloj koji se proteže sve do jonosfere, čija je provodnost takođe značajna. U rezonantnoj šupljini se mogu javiti uzdužni i poprečni elektromagnetski talasi a stojeći elektromagnetni talasi imaju talasnu dužinu koja je direktno povezana sa prečnikom šupljine. Prosečne izmerene frekvencije pet najnižih talasnih režima su, približno, 7,8 Hz, 14,3 Hz, 20,8 Hz, 27,3 Hz i 33,8 Hz , koje spadaju u opseg ekstremno niskih frekvencija (ENF).

Istorijska perspektiva

Fenomen je dobio ime po nemačkom inženjeru elektrotehnike Vinfredu Otto Šumanu koji je 1952. godine primenio model rezonantne šupljine na šupljinu između Zemlje i jonosfere i dobijene rezultate objavio u nekoliko radova [Schumann, 1952] . Iako je Šuman pokrenuo moderno istraživanje o prostiranju i primeni ekstremno nisko frekvetnih talasa, dva imena se pojavljuju kao naučnici koji su poznavali određene pojave vezane za talase ovih osobina.

Prvi je Nikola Tesla, srpski-američki pronalazač, fizičar, i inženjer koji je proučavao slične pojave na početku 20 -og veka (1900 – 1905 ), a drugi je Frensis Džordž Fitcdžerald, irski teorijski fizičar, koji je zapravo prvi teorijski predvidio ovu pojavu 1893 godine. Postoje i nepotrvrđeni podaci na osnovu kojih se smatra da je Tesla znao za Šumanovu rezonansu na osnovu svojih eksperimenata, međutim, kao što je u ovom i u mnogim drugim slučajevima u vezi sa Teslinim radom, ne postoje pisani dokazi za takve tvrdnje.

Tesla je smatrao da se i sama Zemlja može postaviti u rezonansu u opsegu od oko 10Hz i da se talasna energija reflektuje od njegovog Kolorado Springs predajnika na takav način da se formiraju stojeći talasi. U američkom patentu 787 412 koji je podnesen 16. maja 1900. godine i prihvaćen 18. aprila 1905. godine, Tesla piše:

Za sada će biti dovoljno reći da se planeta ponaša poput savršeno glatkog provodnika vrlo malog otpora sa kapacitetom i samoindukcijom ravnomerno raspoređenim duž ose imetrije širenja talasa koja odašilje spore električne oscilacije bez osetnog izobličenja i slabljenja.

Pored gore navedenog, postoje tri uslova koja su od presudnog značaja za uspostavljanje rezonantnog stanja.

Prvi se odnosi na Zemljin prečnik koji prolazi kroz polove i koji bi trebalo da bude jednak neparnom broju četvrtine talasne dužine, odnosno, jednak odnosu između brzine svetlosti i četvorostruke frekvencije talasa.

Drugo. Neophodno je koristiti oscilacije kod kojih je stopa zračenja energije u prostoru u obliku hercijanskih ili elektromagnetiskih talasa veoma mala. Da bi se dobila pravilna ideja, rekao bih da frekvencija treba da bude manja od 20 000 Hz, mada bi mogli biti praktičniji i kraći talasi . Čini se da bi najniža frekvencija bila 6 Hz, u tom slučaju će postojati samo jedan čvor, na ili u blizini uzemljene ploče, i, paradoksalno, kao što može da izgleda, efekat će se pojačati sa rastojanjem i biće najveći u oblasti dijametralno suprotno predajniku.

Sa još sporijim oscilacijama, Zemlja neće biti u rezonansi, već jednostavno će delovati kao kondenzator i varijacija potencijala će biti manje ili više ujednačena preko cele zemljine površine.

Treće. Najbitniji uslov je da, bez obzira na frekvenciju, talas iz talasnog paketa treba nastaviti sa prostiranjem u toku određenog vremenskog intervala, za koji sam procenio da nije manji od jedne dvanaestine sekunde ili verovatno 0,08484 sekunde, i koji se prostire i vraća iz oblasti dijametralno suprotno polu nad zemljinom površinom, srednjom brzinom od oko četiri stotine sedamdeset jedne hiljade dve stotine i četrdeset kilometara u sekundi. …(ovde je reč o faznoj brzini, koja može biti veća od brzine svetlosti, prim. prev.)

Osnovna talasna dužina Šumanovog rezonantnog longitudinalnog talasa (tzv. osnovni režim) približno odgovara obimu Zemlje , dakle oko 6500 km. Rezonansa transverzalnih talasa je uglavnom lokalni fenomen koji sadrži informacije o lokalnoj visini i provodljivosti donjeg sloja jonosfere i o atmosferskim aktivnostima u blizini.

Šumanova rezonansa nije interno generisana rezonantna učestalost planete Zemlje koja iznosi oko 10 Hz, kao što je otkrio Tesla, već se sastoji od frekvencija elektromagnetnih oscilacija koje se prostiru kroz šupljinu između Zemljine površine i jonosfere (rezonantna šupljina). Jonosfera, sama po sebi, predstavlja visoko-provodni region kosmičke plazme [Nikolaenko and Hayakwa, 2014].

Električna provodnost u atmosferi, koja u velikoj meri potiče od kosmičkih zraka, eksponencijalno se povećava sa nadmorskom visinom jer niži slojevi atmosfere amortizuju učestalost sudara. Jonosfera se proteže na visinama od 90 kilometara od zemljine površine do preko 300 kilometara.

Sastoji se od naelektrisanih čestica koje su stalno izložene nezaštićenom ultraljubičastom zračenju Sunca koje razgrađuje molekule i atome stvarajući naelektrisane jone i slobodne elektrone koji ispunjavaju jonosferu stvarajući tzv. „spektralnu elektranu“ (veliki opseg frekvencija). Atmosferska pražnjenja emituju širokopojasna (u frekventnom domenu) elektromagnetna zračenja u rezonantnu šupljinu i rezultujući rezonantni spektar je superpozicija globalnih atmosferskih pražnjenja i postojećeg spektra u samoj šupljini.

Grmljavinske oluje, na nivou cele planete Zemlje, pobuđuju pojavu Šumanove rezonanse koja se uočava na frekvenciji od 7. 8Hz, i na hramonicima od 14Hz, 20Hz, 26Hz, 33HZ, 39Hz i 45 Hz, tako da se termin „Šumanova rezonansa“ može koristiti i u množini, „Šumanove rezonanse“. Ove vrednosti su konstantne i mogu se menjati samo ako naša planeta promeni svoj prečnik.

Ostali izvori Šumanove rezonanse uključuju (1) vertikalnu komponentu pražnjenja između oblaka, (2) auroralni električni mlaz koji se horizontalno prostire unutar gornje granice šupljine na visinama od oko 100 km i (3) nisko frekevnente talasne pojave koje se ponašaju kao plazmeni talasi u magnetnom pojasu i ulaze u rezonantnu zemlja-jonosfera šupljinu kroz polarnu kapu .

Elektromagnetni talasi koji spadaju u domen ekstremno niskih frekvencija su višestruko korisni. Najvažnija njihova karaktersitika je da se prenos energije u provodne sredine povećava kako se frekvencija smanjuje . Takođe, zbog izuzetno dugih talasnih dužina ( već smo spomenuli da talas čija frekvencija odgovara Šumanovoj frekvenciji od 7.83 Hz ima talasnu dužinu od 6500 km, što predstavalja obim Zemlje ), fine strukture sredine ne utiču na talasne frontove i ni malo ne prigušuju signale.

S druge strane, određena svojstva sredine koja su nevidljiva višim frekvencijama igraju važnu ulogu u određivanju karakteristika prostiranja talasa.

Povremena atmosferska pražnjenja između vrhova oblaka i jonosfere prouzrokuju dovoljno velike tranzijentne događaja, poznate pod nazivom „ekstremno nisko frekvetni tranzijenti“, koji pobuđuju šupljinu između Zemlje i jonosfere do amplituda koje premašuju pozadinski šum 10-20 ili više puta [Nikolaenko and Hayakwa, 2014].

Potvrđeno je da se ekstremno nisko frekventni tranzijenti podudaraju sa tranzijentnim optičkim događajima kao što su crvene magle, koje predstavljaju tranzijentne fenomene koje se pojavljuju na visinama od 55–80 km i čije je vreme trajanja nekoliko desetina mili-sekundi, i tzv. „duhovima“, tranzijentnim svetlosnim fenomenima koji se pojavljuju na visinama od 70–90 km, čije je vreme trajanja manje od 1 mili-sekunde.

Postoje tri izvora šuma koji ometaju Šumanove rezonanse: (1) geomagnetne pulsacije koje imaju mnogo veću amplitudu od Šumanove rezonanse i koje direktno utiču na rezonantnu frekvenciju od 7,8 Hz; (2) zračenje dalekovoda srednje veličine i njima relativno bliska atmosferska pražnjenja; i (3) mali lokalni ili mehanički indukovani elektromagnetni signali . Takvi tipovi šuma se mogu pojaviti kao integralni deo Šumanovog spektra jer su njihove pojave prilično retke.

Pored inženjerskih aspekata koji su izuzetno važni za razne vrste komunikacije, frekvencije Šumanove rezonanse su izuzetno važne za zdravlje ljudi.

Zdravlje i Šumanova rezonanca

Usled homeostatskih potreba, čovek ima veoma napredne neurološke i fiziološke sisteme koji se moraju održavati u uskim rasponima aktivnosti. Homeostaza se delimično održava u različitim uslovima prirodne sredine, poput dnevnih klimatskih ciklusa, korišćenjem spoljnih referentnih signala koji služe kao biološki sat, preciznije kao metronom, koji daje informacije o vremenskoj aktivaciji specifičnih funkcija organizma.

Međutim, postoji prirodni ekstremno nisko frekventni elektromagnetni signal koji takođe deluje kao cirkadijalni biološki sat [Weaver, 1974]. Ovaj signal je deo Šumanovog spektra sa najnižom frekvencijom od 7,83 Hz, a ne postoji nijedan drugi poznati prirodni signal sa ovakvim dejstvom na ljudski organizam.

Pored teorijskih argumenata, postoje eksperimentalni i kliničkih podaci koji sugerišu da su efekti magnetne komponente elektromagnetnog polja važnije za ljudski organizam nego efekti električnog polja, jer magnetna polja mogu slobodno da prodiru unutar tkiva. Uprkos činjenici da je tipična magnetna amplituda Šumanovih rezonantnih signala u opsegu rT (piko Tesla) i da je zanemarljiva u poređenju s nekim magnetnim poljima koje je čovek napravio i koja nas okružuju , izloženost elektromagnetnim poljima veoma niske frekvencije i niskog intenziteta može proizvesti biološke efekte [Cherry, 2003].

U slučaju da je ljudski mozak dovoljno osetljiv da registruje prirodne signale u frekventnom opsegu prvog Šumanovog režima (7.8Hz) ili veštački generisano elektromagnetno polje frekvencije 7.8Hz iz pozadinskog šuma, čovekova reakcija na Šumanovu rezonansu prestavlja dobar pokazatelj zdravstvenog stanja.

Veliki broj studija je identifikovao značajne fizičke, biološke i zdravstvene efekte povezane sa promenama u sunčevoj i geomagnetskoj aktivnosti. Varijacije u sunčevoj i geomagnetnoj aktivnosti i koncentracija jonosfernih jona ili elektrona, međusobno su visoko korelirane i snažno povezane geofizičkim procesima.

Ključno naučno pitanje je: koji faktor iz prirodnog okruženja uzrokuje uočene biološke i fizičke efekte na ljudsko zdravlje? Kao glavni efekti se javljaju promene u krvnom pritisku i nivou melatonina, povećana pojava karcinoma, reproduktivne, srčane i neurološke bolesti i kao krajnji efekat smrt. Otkriveno je da je Šumanov rezonantni signal izuzetno koreliran sa geomagnetnim aktivnostima sunca, a fizički mehanizam koji reaguje na fluktuacije solarnih geomagnetnih aktivnosti je rezonantna šupljina u kojoj se formira Šumanova rezonansa. Ovo snažno podržava činjenicu da je Šumanov rezonantni signal biofizički mehanizam koji je u direktnoj korelaciji sa sunčevom geomagnetskom aktivnošću.

Na osnovu njegove velike sličnosti sa ljudskim EEG spektrom i usled obilja dokaza da signali iz prirodne okoline, istog frekventnog opsega kao ljudski EEG signali, utiču na moždanu aktivnost, postoje podaci koji ukazuju da Šumanova rezonantna frekvencija deluje kao metronom, dakle regulator ritma za različite čovekove fiziološke aktivnosti.

Mozak je veliki izvor ekstremno nisko frekvetnih elektromagnetnih talasa koji se prenose kroz telo putem nervnog sistema, koji je, pak, osetljiv na magnetno polje. Moždani talasi i prirodni bioritmi mogu se „uhvatiti“ sinhronizacijom sa jakim spoljnim niskofrekvetnim elektromagnetnim signalima poput stacionarnih talasa na Šumanovoj rezonantnoj frekvenciji što dovodi do snažne koherentne aktivnosti.

Shodno tome, rezonantni stojeći talasi koji se pojavljuju iz moždane mase pod određenim uslovima olakšavaju unutrašnji i spoljašni bioinformatički transfer, putem nisko frekvetnih elektromagnetnih talasa [Nikolaenko and Hayakwa, 2014]. Ovi talasi pokazuju nelokalni karakter i omogućavaju gotovo trenutnu komunikaciju.

S druge strane, ritmovi i pulsiranja ljudskog mozga odražavaju svojstva rezonantne šupljine između Zemlje i jonosfere. Frekvencija ove prirodne pulsacije predstavlja prosek globalnih očitavanja, baš kao što je EEG prosek očitavanja aktivnosti moždanih talasa. Ekstremno niskofrekvetni signali zapravo fluktuiraju, poput moždanih talasa, zbog geografske lokacije, atmosferskog pražnjenjnja, sevanja munje, sunčevih zraka, atmosferske jonizacije i dnevnih ciklusa [Nikolaenko and Hayakwa, 2014] .

EEG frekvencijski spektar uključuju teta talase u opsegu (3,5 – 7,5Hz); delta talase (manje od 4 Hz), alfa talase (7,5 – 13 Hz); beta talase (14 – 30 Hz) i gama talase (frekvencija veća od 30 Hz). Preklapanje opsega ovih talasa može da iznosi 0,5 Hz ili više. Frekvencije moždane aktivnosti su povezane sa ponašanjem, subjektivnim emocionalnim stanjima, fiziološkim procesima, itd. Klinička poboljšanja pomenutih aktivnosti pomoću povratne EEG sprege rezultira poboljšanom neuroregulacijom u osnovnim funkcijama tako što se vrši uticaj na njihove osnovne ritmičke mehanizme. Šumanova rezonansa formira prirodnu povratnu vezu sa ljudskim umom i telom.

Naši mozgovi i tela su razvijena u biosferi koja je uslovljena cikličnim impulsom koji je definisan Šumanovom rezonantnom frekvencijom i ovaj impuls deluje kao „pokretač“ naših moždanih aktivnosti, koji takođe može nositi i određene informacije. Na funkcionalne procese se može uticati i povećavati nove obrasce ponašanja kroz moždani splet inhibicijskih i ekscitacijskih povratnih mreža.

Bez spoljnog referentnog signala biološki sistemi imaju tendenciju da lutaju u dužim ciklusima kao deo svoje prilagodljive fleksibilnosti.

Uloga cirkadijalnog ritma je da se sinhronizuju biološki i dnevni ciklusi i upravo je to i uloga Šumamanove rezonanse. Opšte je prihvaćeno da kada je signal Šumanove rezonanse u normalnom opsegu, dakle povezan sa normalnim nivoima sunčevih i geomagnetskih aktivnosti, proces sinhronizacije je pozitivan i organizam je zdrav.

Kada ekstremni nivoi sunčevih i geomagnetskih aktivnosti dovedu do ekstremnih fluktuacija u frekvenciji signala Šumanove rezonanse, kao posledica na pr. jače sunčeve aktivnosti i pojave solarnih oluja, onda se ovakve pojave mogu shvatiti kao mehanizmi koji menjaju moždane talase i koji menjaju balans melatonina i serotonina, pre svega kroz smanjenje nivoa melatonina.

Cirkadijalni ciklus

Glavni endokrini proces koji je uključen u cirkadijalni (dnevni) ciklus je sistem koji obuhvata regulaciju nivoa melatonina i serotonina i proces se u početku odvija između pinealne žlezde (hipofize) i hipotalamusa. Specifični deo hipotalamusa, tzv. suprahiamatično jezgro, sadrži „biološki sat“.

U cilju regulacije dnevnog ciklusa postoje receptori u mozgu i kroz čitav nervni sistem, uključujući i autonomni i simpatički nervni sistem, koji su veoma osetljivi na nivoe melatonina i serotonina. Melatonin reguliše funkcionalnu osetljivost serotoninskih receptora. Kroz receptore koji se nalaze u srcu, arterijama i plućima, melatonin reguliše rad kardiovaskularng sistema. Promene u srčanom ritmu se koriste za praćenje rada autonomnog nervnog sistema i smanjenje varijabilnosti srčanog ritma predstavlja faktor rizika za pojavu srčanih oboljenja .

Postoje i melatoninski receptori u drugim vitalnim organima čije aktivnosti predstavljaju deo dnevnog ciklkusa organizma u celini, uključujući i hipofizu koja reguliše proizvodnju hormona rasta i stimulirajućeg hormona tiroide. Melatonin ima direktno delovanje na imuni sistem preko T-limfocita, interleukina-2 i interleukina-6 (il-2, il-6) i na prirodne tzv. ćelije ubice (NK ćelije) putem melatoninskih receptora na T-ćelijama [Reiter, 1994], te na taj način podstiče prirodni i stečeni imunitet. Melatoninski receptori identifikovani su u većem broju perifernih organa i tkiva.

Tako na primer, melatoninski receptori održavaju očni pritisak. Reproduktivni organi takođe imaju melatoninske receptore u testisima, prostati, jajnicima, mlečnoj žlezdi i drugim reproduktivnim organima . Fetus ima veliki broj melatoninskih receptora tako da majčin melatonin može da komunicira u dnevnom i sezonskom ciklusu in utero [Reiter, 1994]. Putem receptora melatonin reguliše dnevne i sezonske aktivnosti, uključujući metabolizam, respiratornu aktivnost, ciklus spavanja – budnosti, vremena reakcije na nadražaje, telesnu temperaturu, krvni pritisak , otkucaje srca, periferni protok krvi , nivo hormona i limfocite imunološkog sistema.

Takođe uključuje humoralne organe pluća, srca, bubrega, slezine, jetre i limfocite imunološkog sistema. Melatonin je takođe veoma moćan antioksidans u uklanjanju slobodnih radikala iz ćelija [Reiter, 1994]. Sve ovo implicira da je smanjeni nivo melatonina direktno povezan sa neurološkim, srčanim, reproduktivnim i kancerogenim bolestima i smrću [Reiter and Robinson, 1995].

Obilje objavljenog istraživačkog materijala sugeriše da je signal Šumanove rezonanse, kroz reflektovanje sunčeve i geomagnetske aktivnosti, biofizički mehanizam kojim se ostvaruje uticaj na zdravlje čoveka jer utiče na nisko frekvetne moždane talase rezonantnom interakcijom sa neuronskim jonima kalcijuma i na taj način menja ravnotežu melatonina i serotonina.

Shodno tome, Šumanova rezonansa obezbeđuje ekstremno niskofrekventni dnevni i sezonski referentni signal za sinhronizaciju, što predstavlja mehanizam za određivanje ritma biološkog sata.