
Поверхность Земли и окружающий её слой ионосферы (наиболее плотный слой Хевисайда на высоте 100 -120 км) образуют две сферы, помещённые одна в другую, полость между которыми ограничена проводящими поверхностями. Такая система в физике называется шаровым конденсатором. Разность потенциалов между сферами земного конденсатора достигает сотен тысяч вольт.

Эта напряженность несколько снижается всякий раз, когда где-нибудь на земле происходит гроза. Происходит частичный разряд ионосферного слоя. Но земной конденсатор никогда не разряжается полностью: ионосфера постоянно подзаряжается «солнечным ветром». Его высокоэнергетичные частицы непрерывно бомбардируют и ионизируют молекулы воздуха.
Если возникшая в полости резонатора электромагнитная волна после огибания земного шара снова совпадет с собственной фазой, то есть входит в резонанс, то образуется «стоячая волна» длиной около 38 000 км, огибающая Землю за 0,13 секунды. Даже без дополнительной подпитки она может существовать довольно долго.

Впервые предположение о наличии стоячих электромагнитных волн в системе, объединяющей поверхность Земли и ионосферу, было высказано ирландским физиком Дж. Ф. Фицджеральдом в 1893 году. Непосредственно эффект стоячих волн был обнаружен и проанализирован Николой Тесла, запатентовавшим свое открытие особо низких и сверхнизких частот колебаний атмосферы Земли в 1905 году. Но основное исследование гигантского сферического резонатора Земля – ионосфера и его фиксированных резонансных частот, провел профессор Мюнхенского технического университета Винфрид Отто Шуман (Winfried Otto Schumann, 1888-1974), бывший член секретных нацистских обществ Туле и Врил, исследователь альтернативных форм энергии и разработчик левитатора для летающих тарелок Третьего рейха. Он обнародовал эти сведения после войны – в 1949 году, а в 1952 году опубликовал их. После чего они были названы «волнами Шумана».
Это собственные электромагнитные частоты планеты Земля. Одна из них, основная, равна 7,83Гц. Также имеются пики на частотах примерно 14,1 [II], 20,3 [III], 26,4 [IV], 32,4[V], 39 [VI] и 45 [VII] Гц (это все сверхнизкие и низкие частоты). Их можно вычислить по формуле:
fn = c/(π(2((R+h)2+R2))1/2*(n*(n+1))1/2
Где с — скорость света в ионосфере;
R — средний радиус Земли;
h — высота ионосферы над поверхностью планеты;
n — номер моды резонансной частоты.
На более высоких частотах резонансы этого пульса Земли становятся почти незаметными. Частота волн меняется в течение суток, т. к. на солнечной стороне отражающий слой (слой Хевисайда) расположен ниже, чем ночной отражающий слой.
Поскольку волновод Земля – ионосфера не является идеальным резонатором, потери из-за конечной электропроводности ионосферы снижают скорость распространения электромагнитных сигналов в полости, в результате чего резонансная частота ниже, чем можно было бы ожидать в идеальном случае, а наблюдаемые пики широки.
Многочисленные длительные наблюдения [6] позволили выявить у параметров резонанса Шумана вариации различной природы и периодичности, которые можно разделить на три основные группы:
Асинхронные вариации, период которых не связан с известным стабильным периодом какого-либо внешнего фактора, к которым можно отнести быстрые вариации c периодом в единицы и десятки минут (фоновый шум), а также околосуточные вариации с более длительным периодом.
Синхронные вариации, период которых определяется известным стабильным периодом какого-либо внешнего фактора, к которым можно отнести вариации, синхронизированные с вращением Земли вокруг своей оси (суточные), с вращением Солнца вокруг своей оси (27-суточные), с вращением Земли вокруг Солнца (сезонные или внутригодичные) и с периодами солнечной активности (11-ти и 22-х летние).
Однократные вариации — вариации, вызванные воздействием на ионосферу мощными всплесками ионизирующих излучений.
Интенсивности резонансных колебаний и их частоты зависят от:
времени суток — днем амплитуда резонансных волн больше в несколько раз, из-за интенсивности солнечного ветра на освещенной половине земного шара;
времени года — в летние месяцы (с мая по август в северном полушарии) частоты резонансов повышаются. В южном полушарии повышение частот резонансов происходит с ноября по февраль;
местонахождения на земном шаре — волны Шумана наиболее отчетливо выражены вблизи мировых очагов гроз: Африка, Южная Америка, Индонезия, Индия. В приполярных регионах амплитудные пики на этих частотах уже не столь выражены. На полюсах максимален вектор напряженности магнитного поля Н, вектор Е минимален, на экваторе наоборот;
солнечной активности — во время магнитных бурь интенсивность волн Шумана возрастает. Есть случаи возбуждения частот в 12 500 Гц, что соответствует движению волн в ядре Земли на глубине 3,8 км от центра;
фаз луны — что скорее всего связано с неравномерным движением нашей планеты вокруг общего центра тяжести (барицентра) системы Земля — Луна и незначительным изменением расстояния от Земли до Солнца;
скорости движения воды в океанском конвейере — т.к. морская вода является электролитом и морские течения можно рассматривать как систему потоков заряженных частиц, опоясывающих весь земной шар.

Глобальный океанский конвейер
Одной из интересных задач в исследованиях Шумановских резонансов является определение характеристик источника молнии — «обратная задача». Понять вклад каждой отдельной вспышки невозможно, потому что средняя частота разрядов на Земле ~ 50 молний в секунду.
В Astrophysical Journal опубликована новаторская работа, в которой предлагается исследовать электропроводность и химический состав атмосферы планет Солнечной системы, используя физический принцип резонанса Шумана.
«В зависимости от состава существенно меняется электропроводность, — отмечает исследователь НАСА Фернандо Симоэс, — значит, мы можем использовать этот метод на удалении, скажем, примерно в тысяче километрах от поверхности планеты, чтобы узнать, сколько воды, метана и аммиака есть в ее атмосфере».
В настоящее время, основными станциями, ведущими постоянные наблюдения за резонансом Шумана являются станции: Томского государственного университета(Россия, Томск) [7]; Модраской геофизической обсерватории (Словакия, Модра); Лехта (Россия); West Greenwich (США); Hollister и Parkfield (США); Moshiri (Япония); Мартовая (Украина); университета Иоаннина (Греция); Nagucenk (Венгрия); Mitzpe Ramon (Израиль).