Geomagnetilised pöörded: Maa magnetvälja pöördumine, põhjused ja ajalugu

Geomagnetiline pööre on muutus planeedi magnetväljas, mille puhul magnetiline põhja ja lõuna asend vahetub.

Viimase 83 miljoni aasta jooksul on seda juhtunud 183 korda, keskmiselt kaks või kolm korda miljoni aasta kohta. Enne magnetvälja muutumist muutub Maa magnetväli nõrgemaks ja liigub ringi, nagu pöörlev tipp enne kukkumist. Teadlased teavad seda merepõhja magnetismi uuringute tulemusel Atlandi ookeani keskosa harju lähedal. Laava liigub aeglaselt sellest lõhest (lõhest merepõhjas) välja ja seejärel jahtub, kusjuures selle raudoksiidi molekulid on kõik suunatud Maa magnetvälja uude suunda. Me võime selle magnetvälja ajalugu vaadelda tänapäeval, et vaadata tagasi mineviku paljudele pööretele.

Tagasipöörded toimuvad ajavahemike vahel, mis ulatuvad vähem kui 0,1 miljonist aastast kuni 50 miljoni aastani. Neid perioode nimetatakse kronideks.

Nende muutuste puhul ei ole mingit mustrit, need toimuvad justkui juhuslikult. Kroonid kestavad 0,1 kuni 1 miljon aastat (vt diagrammi), keskmiselt 450 000 aastat. Enamik pöördumisi toimub 1000 kuni 10 000 aasta jooksul.

Viimane, Brunhes-Matuyama pöördumine, toimus 780 000 aastat tagasi ja võis toimuda väga kiiresti, ühe inimelu jooksul. Lühiajaline täielik ümberpöördumine, mida tuntakse Laschamp'i sündmusena, toimus vaid 41 000 aastat tagasi viimase jääaja jooksul. See pööre kestis ainult umbes 440 aastat, kusjuures tegelik polaarsuse muutus kestis umbes 250 aastat. Selle muutuse ajal nõrgenes magnetvälja tugevus 5%-ni oma praegusest tugevusest. Lühiajalisi häireid, mis ei põhjusta ümberpöördumist, nimetatakse geomagnetilisteks ekskursioonideks.

Põhjused ja mehhanism

Maa magnetvälja tekitab väliskesta kuuma, vedela raua ja nikli voolamine väliskestas (väline südamik) — seda seletatakse geomagnetilise dünaamo teooriaga. Kuumuse konvektsioon, Maa pöörlemisest tingitud Coriolise jõud ja elektrijuhtivuse muutused põhjustavad keerulisi voolumustreid, mis võivad muutuda aja jooksul. Kui need voolud reorganiseeruvad või tekivad mitmed vastasvoolud, saab tekkida magnetvälja pöördumine. Protsess on dünaamiline ja mittelineaarne ning seetõttu tundub pöördumine juhuslik ja ettearvamatu.

Kuidas teadlased seda avastavad ja ajastavad

Paleomagnetism põhineb magnetiseeritud mineraalidel (nt magnetiit), mis fikseerivad endale magnetvälja suuna ja tugevuse, kui magma või setted tahkestuvad. Peamised allikad on:

• merepõhja laavavoolud ja kesk-ookeanilised harud — tekivad sümmeetrilised magnetvälja „triibud”, mis dokumenteerivad korduvaid pöördumisi;
• tahenenud laavakivimid ja tuharakihid maapinnal — annavad kohalikku ajajoont;
• settekivimid ja arheomagnetism (inimtekkeline kuumutamine nt savinõudes) — võimaldavad rekonstrueerida hilisemaid faile;
• radionukliidide ja teiste geoloogiliste meetodite abil määratud vanused (nt K–Ar, Ar–Ar) — võimaldavad kronoloogiat siduda absoluutse ajahetkega.

Kaasaegsed maapealsed mõõtmised ja satelliidid (näiteks Swarm) annavad andmeid magnetvälja tugevuse ja kujunemise kohta tänapäeval.

Ajaloost ja mustritest

Kirjeldatud 183 pöörde arvu viimase 83 miljoni aasta jooksul näitab, et pöörded ei toimu regulaarselt — vahel pikemad „rahuperioodid” ehk superkroonid (nt Kretatsei normaalne superkroon, mis kestis ~40 miljonit aastat) ja vahel tihedamad pöörded. Kroonide pikkuseks nimetatakse perioodi kahe pöörde vahel. Kroonide kestus varieerub suurel määral: on lühikesi (0,1–1 miljon aastat) ja väga pikki (kümneid miljoneid aastaid).

Tuntud pöörded ja ekskursioonid

Olulisemad näited:

• Brunhes–Matuyama pöördumine — viimase suure pöörde kuupäev umbes 780 000 aastat tagasi.
• Laschamp'i sündmus (~41 000 aastat tagasi) — lühiajaline ekskursioon/pööre, mille käigus magnetvälja tugevus langes drastiliselt (väidetavalt kuni ~5% tänasest väärtusest) ning nö polaarsus muutus vaid mõnesaja aasta jooksul.
• Mitmed teised subkroonid ja ekskursioonid (näiteks Jaramillo, Olduvai jt) annavad detailse pildi magnetvälja ajaloost paleoliitikumist kuni geoloogilise ajaloo sügavamate kihtideni.

Mõjud elule ja tehnoloogiale

Magnetvälja nõrgenemine või pöördumine mõjutab eelkõige kosmilist kiirgust ja magnetosfääri kaitseefekti:

• kosmilise kiirguse ja laenguga osakeste sissepääs võib ajutiselt suureneda, mis võib suurendada kiirguskoormust õhusõidukites ja kosmoseaparaatidel;
• satelliidid ja elektrivõrgud võivad olla tundlikud tugevate magnetosfääriliste häirete suhtes;
• kompassid näitavad teisel viisil, mis mõjutab traditsioonilist navigeerimist, kuid tänapäevased GPS-süsteemid töötavad magnetväljast sõltumatult;
• mõned füüsilised ja keemilised protsessid atmosfääris (nt osoonikihi mõjud) on uurimise all, kuid seni puudub kindel tõendusmaterjal, et pöördumine põhjustaks massilisi bioloogilisi katastroofe — elu Maal on selliseid pöördeid üle elanud.

Kas pöördumine võiks juhtuda peagi?

Mõned andmed näitavad, et Maa magnetvälja tugevus on viimase ~150–180 aasta jooksul nõrgenenud (umbes 9–10% alates 19. sajandi algusest). See nõrgenemine ei tõenda automaatselt lähenevat pööramist — magnetvälja tugevus kõigub loomulikult ja võib samuti taastuda. Kui pöördumine toimub, kestab see tõenäoliselt sajad kuni tuhanded aastad; kiireid muutusi (sajad aastad) on ka geoloogilises kirjanduses olemas, kuid need ei ole reegliks.

Kokkuvõte

Geomagnetilised pöörded on Maa loodusliku magnetvälja osa, mida põhjustab väliskesta voolude keerukus ja dünaamiline protsess. Nad ei toimu regulaarselt, võivad kesta väga lühikestest sündmustest kuni miljonite aastateni ning jätta jälje maa kividesse ja merepõhja triipudesse. Kuigi pöörded võivad mõjutada tehnoloogiat ja suurendada teatavat tüüpi kiirguskoormust, pole selget tõendit, et need oleksid varem põhjustanud massilisi hävitusi elule Maal.

Andmed mineviku kohta

Geomagnetiliste pöörete minevikuandmeid märgiti esmakordselt, kui jälgiti magnetiliste ribade pöördeid ookeani põhjas. See viis peagi plaattetektoonika teooria väljatöötamiseni. Suhteliselt püsiv kiirus, millega merepõhi levib, põhjustab "triibud" basalti. Neist mineviku magnetväljade polaarsusest saab järeldada. Andmeid saadakse magnetomeetri piki merepõhja pukseerimisel.

Ükski olemasolev süvendamata merepõhi ei ole vanem kui umbes 180 miljonit aastat, seega kasutatakse vanemate tagasipöörete avastamiseks teisi meetodeid. Enamikus settekivimites leidub väga väikestes kogustes rauarikkaid mineraale. Nende orientatsioon peegeldab magnetvälja nende tekkimise ajal. Kivimid säilitavad selle teate, kui neid ei muudeta mõne hilisema protsessi käigus.

Superchrons

Superkroon on vähemalt 10 miljonit aastat kestev polaarsuse intervall. On olemas kaks hästi teadaolevat superkroni, kriidiaegne normaalne ja kiamani.

Kriidiaegne normaalne (mida nimetatakse ka kriidiaegseks superkroniks või C34) kestis peaaegu 40 miljonit aastat. Kreidiaegse normaalsuse ja praeguse aja vahel on sagedus üldiselt aeglaselt suurenenud.

Kiamani tagasipööratud superkroon kestis hiliskarbonist kuni permini. See on rohkem kui 50 miljonit aastat, 312 kuni 262 miljonit aastat tagasi (mya). Magnetvälja polaarsus oli ümberpööratud. Nimi "Kiaman" tuleneb Austraalia Kiama külast, kus 1925. aastal leiti esimesed geoloogilised tõendid selle superkrooni kohta.

Geomagnetiline polaarsus alates keskmisest juraajast

Küsimused ja vastused

K: Mis on geomagnetiline pöördumine?

K: Kui sageli need pöörded toimuvad?

K: Kui kaua kulub pöördumise toimumiseks aega?

K: Mis on näide lühikese täieliku pöördumise kohta?

K: Kui nõrk oli Maa magnetväli selle muutuse ajal?

K: Mis on kronid?

K: Mis on geomagnetilised ekskursioonid?

Otsing