Yer Manyetik Alanının Ters Dönüşümleri

Neden Önemli?

Son iki bin yıldır Yer Manyetik Alanı yoğunluğu zayıflamaktadır. Şu andaki oranıyla bu zayıflama devam ederse Kuzey-Güney Manyetik Kutubu tamamiyle kaybolucak yada gelecek ikibinyıl içinde kutuplaşma dönüşüm gösterecektir. Ancak geçmiş kayıtlardan Paleomanyetizma çalışmalarıyla elde edilen bilgilere göre Yer Manyetik Alanının doğrusal bir değişim göstermediği bilinmektedir. Değişik yaşlardaki kayaçlarda Yer Manyetik Alanının yoğunluğu ölçülerek geçmişteki kayıtları elde edilebilir.

Bir kayaç şekillenirken ortamın manyetik özelliklerine göre manyetik özellikleri yönelir. Bu tür yüklenmeye birincil manyetiklenme denir. Bu kayacın oluşumu sırasındaki manyetik yoğunluk ve doğrultusu hakkında bilgi verir. Bazı işlemler sonucunda (örneğin; yıldırım düşmesi) bölgesel kayacın birincil manyetik özelliği üzerine yeni bir kayıt oluşur. Bu şekilde yüklenmelere ise ikincil manyetiklenme denir. Manyetik labaratuarlarda yapılan çalışmalarda asıl konu ikincil manyetiklenmenin belirlenmesi, çözümlenmesi ve kaldırılması ve sonucunda birincil’e ulaşılması yönündedir.

Yer manyetik alanının bilinmesi; Levha Tektoniği ve Jeolojik zamandizim çizelgesinin hazırlanmasında ve geliştirilmesinde büyük öneme sahiptir. Ayrıca yeryüzü ve dünyanın manyetik örtüsünün özelliklerinin değişiminin tahmini ve belirlenmesi çalışmalarındada aydınlatıcı bilgilere ihtiyaç duyulmaktadır.

Nasıl bulundu?

İlk detaylı manyetik dönüşüm kaydı, Güney Afrika’da Stormberg Formasyonunda yapılan bir çalışmada elde edilmiştir( Van Zijl et al. 1961). Esas olarak volkanlardan çıkan eriyik lavların soğuyarak sertleşmesi, kayaçlaşması sırasında manyetiklik özelliği kazanılır. Genellikle volkanizma sonucunda lavların soğumasıyla oluşan kayaçlar siyah renkli, düşük-seviyeli manyetik özelliklere sahip bazaltlardır. Bu bazaltların manyetikliği soğuduğu zamandaki yerel manyetik kuvvetlerin doğrultusu ile ilişkilidir ve aynı doğrultuda yönlenir.

Manyetik kutuplaşma teorileri kullanılarak, okyanus tabanı bazaltları kayıtları-bilgileriyle 78 Milyon yıllık yer manyetik alanı dönüşüm zamandizimi (chronology) kurulmuştur. 1950’lerde elektronik düzenekli manyetometrelerin gelişmesiyle, eski yöntem ve aletlere göre, daha verimli, etkili ve hassas bilgiler edinilebilmektedir. Petrol şirketlerinin düşük manyetik özellikli kayaçları belirlemede kullanması ve petrol yataklarının aranması için yatırımlarının artması yöntemlerin uçaklarda kullanılarak gelişmesinde etkili olmuştur.

Karalarda yapılan ölçümlerde belirli-anlamlı bir düzenli yapıya rastlanamadığından deniz üzerinde çalışmalara yönelinmiştir. Çalışmaların denizlere yönlendirilmesinden sonra Atlantik okyanus tabanında bir okyanus uzunca bir şerit halinde manyetikleşme düzeni belirlenmişti. Atlantik okyanusundaki bu şeritlerin hepsi Atlantik okyanusundaki okyanus ortası sırtına paralel bir yapıda olduğu farkedildi. Bu volkanik sırt yaklaşık olarak kuzey-güney doğrultusunda bazı sapmalarla birlikte Amerika ile Afrika ve Avrupa kıtalarının ortasında bulunmaktadır. Bu sırt, okyanus depremlerinin odak noktalarının işaretlenmesi ve bazı volkanik adaların sıralanmasının gözlemlerinden ve daha güncel yöntemlerle deniz altı araştırmalarla okyanus altı dağlarının tepelerindeki lav sızıntılarından belirlenmiştir.

Bir başka özellik olarak okyanus ortası sırtlarındaki yapı yayılımı sırt hattının iki tarafında simetrik özellikler göstermektedir. Yani sırt hattından belli bir uzaklıkta, sırtın doğu tarafında var olan bir kayıdın aynısı batı tarafında simetrik olarak eşit uzaklıkta gözlemlenir.

Manyetik ölçü aletleri ile bazaltların(kayaçların) manyetikliği ölçülebilir. Bu sayede, eğer geçmişte bir volkanik bölgede birden fazla püskürme gerçekleştiyse çeşitli lava akımlarının manyetikliği ölçüm ve çözümlemeleriyle yerel yer manyetik alanının doğrultusunun değişimleri hakkında bilgi edinilebilir. Dikkat edilecek bir nokta, bu tür çalışmalarla elde edinilen bilgilerle normal manyetik alanın doğrultusunun bugün ki yer manyetik alanının doğrultusunun tersine olduğu bulunmuştur.

Normal manyetiklenme adlandırılması varolan en eski yer manyetik alanı kaydı içeren kayaca göre yapılmıştır. Önerilen bütün açıklamalarda uzun dönemde değerlendirildiğinde sadece yer mayetik alanını oluşturan kutupların ters dönmesi en kabul edilebilir olanıdır. Kayaçlardaki yer manyetik alanı ile ilgili bilgileri açıklamak için başka tanımlarda mevcuttur. Örneğin, yüksek oksit içerikli kayaçlarda yer manyetik alanı ters etkilenmiş durumdadır(Larson ve Strangway, 1966). Yine Wilson ve Watkins’in (1967) de belirttiği gibi oksidasyon ile kutuplaşma arasında yüksek seviyede uyumluluk-doğru orantı (correlation) bulunmaktadır. Bu gözlemler volkanik püskürük ve bazı başkalaşım kayaçlarında sağlanmaktadır(Piper 1987).

Normal-Ters

Beliritilen ilk kalıcı doğal mıknatıslanma yaklaşık olarak bugünki manyetik alanın tersini işaret etmekedir. 1926’da Mercanton’un tezine göre eğer yer manyetik alanında ters dönüşümler gerçekleştiyse bunun kanıtları yeryüzünün çeşitli bölgelerinde bulunmalıdır. Bu konuda yapılan çalışmalar ışığında Spitsbergen, Grönland, İzlanda, Faroe Adaları, Mull, Jan Mayen Land ve Avustralya dan alınan numumelerden bazılarında günümüz manyetik alanına uygun örneklere ve tersi örneklere rastlanmıştır.

Yandaki şekil jeolojik zamanlarla yer manyetik alanının kutuplaşmasını göstermektedir. Paleomanyetik çalışmalarla elde edilen kayıtların milyon yıl süresinden işaretli eksenlerle gösterilmişi mevcuttur.

Normal ve Ters manyetik alan için tutarlı kimyasal farklılıklar olduğunu blirten raporlar bulunmaktadır. Ters manyetiklenmiş kayaçlarda yüksek oksitler ve demir mineralleri içeriği gözlemlenmiştir(Balsley ve Buddington, 1958; Ade-Hall, !964; Wilson ve Watkins, 1967). Ancak başka çalışmalarda buna destekleyici kanıtlar çıkmamıştır. Bu farklılıkları açıklayıcı bir tanımlama henüz yapılamamıştır.

Günümüzdeki yer manyetik alanı yönüne zıt polariteye sahip kayaçlar 1860'da Bravn tarafından Hindistan'da rapor edilmişti. Fakat yıldırımların anomali etkisi ile kesinlikle ilişkisi olmayarak terslenmiş bir mıknatıslanmanın ilk gözlemi 1906'da Brunhes tarafından Fransa'da yapılmıştır. Daha sonra ters olarak mıknatıslanmış kayaçlar, Spitsbergen, Greenland ve Avusturalya'da 1910 ve 1926 yılları arası olayın dünya çapındaki karakterini onaylayacak biçimde Mercanton tarafından bulundu. Bunun daha sonraki bir onayı erken Kuvaterner (yaklaşık 1 milyon yıl önce), peryodunda terslenmiş bir polaritenin tanınması, Japonya, Kore ve Mançurya'dan elde ettiği kayaç örnekleri ile 1929'da Matayuma tarafından yapılan çalışmalardan geldi.

Belirlenmiş 4 tane dönüşüm aralığı mevcuttur. Günümüzden geçmişe doğru, Brunhes, Matayuma, Gauss ve Gilbert dönemleri sırasıyla normal, dönmüş, normal, dönmüş olarak adlandırılmışlardır.

Temel Olgular

Manyetik kutup değişmez bir yere sahip değildir. Zaman içinde yavaş yavaş değişiklikler göstermektedir. Yer yüzeyindeki manyetik alanın belirli bir şiddeti ve yönü vardır. Manyetik kutuplar manyetik alan çizgilerinin dik olduğu bölgelerdir. Bu bölgelerde zararlı Güneş ışınları dünya atmosferine kolaylıkla girmektedir. Yandaki şekilde Manyetik kutbun 1831 den 1994 e olan değişimi gözlemlenebilir. Bu değişimler yapılan düzenli ölçümlerle kaydedilerek elde edilmiştir.

Yandaki şekilde gezegensel dipol’e örnek olarak yer ve yermanyetik alanı oluşturan dipolün birlikte görünümü verilmiştir.

Manyetik kutupların terslenmesi sırasında dünya’ya ulaşacak radyasyon (yüksek enerjili iyonların ve elektronların) miktarının artaması ve yeryüzündeki canlıların bundan etkilenmesi korkulan bazı konulardan biridir. Öncelikle bu düşünüldüğü gibi gerçekleşicek bir olay değildir. Bugün bile kutuplarda manyetik alan çok kuvvetli bir etkiye sahip değildir. Güneşten gelen radyasyona karşı yeryüzündeki tepki manyetik alandan değil atmosferden kaynaklanmaktadır. Kutuplardan sızan yüklü parçacılar atmosferin çeşitli katmanlarında iyonlaşır. Bu iyonlaşma sırasında çeşitli ışık yansımaları meydana gelir bunlar kutup ışıkları (Aurora) olarak adlandırılır. Ancak Güneşten gelen radyasyona karşı yeryüzünün tepkisi yer manyetik alanı ile sağlanıyor olsa bile yer manyetik alanının terslenmesi sırasında olan olaylar manyetik alanın sıfırlanması değil, zayıflaması ve bilinmeyen yeni bir konumda manyetik kutuplar oluşturması olarak gerçekleşir.

Manyetik Kutup’un dönmesine ne neden olur?

Belki şaşırtıcı ama cevabı ‘hiçbirşey’dir. Merak edenlere Sıkça sorulan sorulara cevaplardan bazı örnekler... http://interactive2.er.usgs.gov/faq/get_answer.asp?id=481 Manyetik

Terslenmeler Hakkında Teknik Açıklamalar

Manyetik alanın kaynağı akışkan demir bakımından zengin dış çekirdeğidir. Derinlerdeki ısıyayım(konveksiyon) akımlarının ve gezegenin dönmesinin etkisiyle akışkan dış çekirdeğin hareketi meydana gelir. Bu hareket sürekli bir harekettir ve durmaz. Yer manyetik alanının tersimesi sırasında dahi bu hareket devam eder. Eğer enerji kaynağı (yani gezegenin hareketi ve konveksiyon akımlarının son bulması) tükenirse bu hareket sonlanır.

Isı Dünya’nın merkezindeki katı çekirdeğin çevresindeki sıvı dış çekirdeğin katılaşması-sertleşmesi ile ortaya çıkar. Bu işlem milyonlarca yıllık bir evrede sürekli olarak devam etmektedir. Akışkan çekirdeğin üstünde yer yüzünden 3000 kilometre derinlikte akışkan çekirdek iç çekirdeğin etrafında yılda yaklaşık 10 kilometre hareket etmektedir. Bu metalik içeriği yüksek akışkanın hareketi sonucunda elektrik akımları oluşur ve bu akımlar sayesinde manyetik alan üretir. Bu işlem ‘advection’ olarak adlandırılır. Manyetik alandaki herhangi bir artışı dengelemek için, ve Jeodinamo'yu dengeleyebilmek için yayılıma gereksinim duyulur. Böylece çekirdekte meydana gelen manyetik alandaki sızıntılar-bozuntular ortadan kaldırılır. En sonunda çekirdekteki akışkan akışı ile yer yüzünde çeşitli zaman evrelerinde çeşitli manyetik alan modelleri oluşturulur.

Yüksek teknolojili bilgisayar labaratuarlarında yapılan jeodinamo canlandırma (simulasyon) çalışmalarında manyetik alan hakkında zamanla değişen karmaşık davranışlar gözlemlenmiştir. Ayrıca bu canlandırmalar ters dönüşümlerin Kuzey kutbun Güney ile ve Güney’in Kuzey ile yer değiştiğini ortaya koymuştur. Bu tür canlandırma çalışmalarında manyetik dipolün siddetinin normal değerinin yaklaşık %10'una kadar zayıfladığı ve varolan kutupların salınımlı bir hareket izlediği gözlemlenmiştir.

Dünya’nın katı demirli çekirdeği yer manyetik alanı ters dönüşümü işlemlerinde önemli bir etki sahibidir. Katı olmasından dolayı iç çekirdek manyetik alan oluşturamaz fakat, akışkan dış çekirdek’te oluşan manyetik alanlar iç çekirdeğe yayılabilir yada nüfuz edebilir. İç çekirdekteki manyetik alan oluşumu işlemi ters dönüşümü düzenli olarak denemektedir. Ama iç çekirdekte biriken mayetik alan dışarı yayılmadıkça, iç çekirdekten ters dönüşmüş bir manyetik alan oluşması olası değildir. Aslında iç çekirdek yayılım gösteren her yeni manyetik etkiye direnç gösterir ve böylece uzun süren aralıklarda yalnızca bir ters dönüşüm başarılı olabilmektedir.

Yapılan canlandırmalarda yeni ölçümler ve eski denizcilerin ve tüccarların ölçülerinin kayıtları kullanılarak son 400 yıl için yer manyetik alanının matematiksel modeli oluşturulmuştur. Böylece oluşturulan modellerden ters dönüşüme neden olan manto-kabuk sınırındaki akımların bulunduğu bölgeler zamanla artmaktadır. Bu bölgeler çekirdeğin içi veya dışındaki aksi yönlü erim noktaları ile çevreleyen alanlarda benzerlik göstermektedir. Bu bölgelerde enerjik parçacıklar Yerküre’ye daha fazla yaklaşarak Dünya'nın yörünge uydularını azaltarak radyasyon tehlikesinin artmasına neden olur. Yerin derinliklerinin özelliklerinin daha iyi anlaşılabilmesi için daha yapılması gereken bir çok iş bulunmaktadır.

Tunç