Bugün öğrendim ki: Dünya'nın manyetik kedigilleri, son 83 milyon yılda 183 kez tersine dönebilen manyetik alana sahipler.
Dünya manyetik alanının yönünün tersine çevrilmesi
"Manyetik terslenme" buraya yönlendirir. Bir mıknatısın değiştirilmesi için Manyetik terslenme'yi görün.
"Kutup terslenmesi" buraya yönlendirir. Sismik bir anormallik için Kutup terslenmesi (sismoloji)'yi görün.
Jeomanyetik terslenme, bir gezegenin dipol manyetik alanında, manyetik kuzey ve manyetik güneyin konumlarının yer değiştirmesi şeklinde bir değişikliktir (coğrafi kuzey ve coğrafi güney ile karıştırılmamalıdır). Dünya'nın manyetik alanı, mevcut yön ile aynı yönün baskın olduğu normal kutupluluk dönemleri ve bunun tersi yönde olduğu ters kutupluluk dönemleri arasında değişmiştir. Bu dönemlere kronlar denir.
Terslenme olayları istatistiksel olarak rastgeledir. Son 83 milyon yılda (ortalama her ~450.000 yılda bir) en az 183 terslenme meydana gelmiştir. Sonuncusu, Brunhes-Matuyama terslenmesi, 780.000 yıl önce meydana gelmiş, bunun ne kadar hızlı gerçekleştiği konusunda çeşitli tahminler mevcuttur. Diğer kaynaklar, bir terslenmenin tamamlanması için sürenin, son dört terslenme için ortalama 7.000 yıl civarında olduğunu tahmin etmektedir. Clement (2004), bu sürenin enlemden bağımlı olduğunu, düşük enlemlerde daha kısa ve orta ve yüksek enlemlerde daha uzun süreler olduğunu öne sürmektedir. Tam bir terslenmenin süresi 2.000 ile 12.000 yıl arasında değişmektedir.
Alanın birkaç yüz yıl boyunca küresel olarak ters döndüğü dönemler olmuştur (örneğin Laschamp çıkışı), ancak bu olaylar tam jeomanyetik terslenmeler yerine çıkışlar olarak sınıflandırılır. Kararlı kutupluluk kronları genellikle terslenmeden daha sık meydana gelen büyük, hızlı yönsel çıkışlar gösterir ve başarısız terslenmeler olarak görülebilir. Böyle bir çıkış sırasında, alan sıvı dış çekirdekte ters döner ancak katı iç çekirdekte terslenmez. Dış çekirdekteki difüzyon, 500 yıl veya daha kısa zaman ölçeklerinde gerçekleşirken, iç çekirdekteki difüzyon daha uzun, yaklaşık 3.000 yıldır.
Tarih
[düzenle]
20. yüzyılın başlarında, Bernard Brunhes gibi jeologlar, bazı volkanik kayaçların yerel Dünya alanının yönünün tersine manyetize edildiğini fark etti. Manyetik terslenmelerin ilk sistematik kanıtı ve zaman ölçeği tahmini, 1920'lerin sonunda Motonori Matuyama tarafından yapıldı; ters alanlı kayaçların tümünün erken Pleistosen yaşlı veya daha eski olduğunu gözlemledi. O dönemde, Dünya'nın kutupluluğu yeterince anlaşılmadığından, terslenmenin olasılığı fazla ilgi çekmemişti.
Üç on yıl sonra, Dünya'nın manyetik alanı daha iyi anlaşıldığında, Dünya'nın alanının uzak geçmişte ters dönebileceği öne sürülmüştür. 1950'lerin sonlarında yapılan çoğu paleomagnetizma araştırması, kutupların dolaşımını ve kıtaların hareketini incelemeyi içerdi. Bazı kayaçların soğurken manyetik alanlarını ters çevirebileceği keşfedilse de, manyetize edilmiş çoğu volkanik kayaç, kayaçlar soğurken Dünya'nın manyetik alanının izlerini koruduğu açıktı. Kayaçların mutlak yaşlarını elde etmek için güvenilir yöntemlerin olmaması nedeniyle, terslenmelerin yaklaşık olarak her milyon yılda bir meydana geldiği düşünülüyordu.
Terslenmeleri anlamada sonraki büyük ilerleme, 1950'lerde radyometrik tarihleme tekniklerinin geliştirilmesiyle geldi. Amerika Birleşik Devletleri Jeolojik Araştırması'ndaki Allan Cox ve Richard Doell, terslenmelerin düzenli aralıklarla olup olmadığını bilmek istediler ve jeokronolog Brent Dalrymple'ı gruplarına davet ettiler. 1959'da ilk manyetik kutupluluk zaman ölçeğini ürettiler. Verileri biriktirirken, Avustralya Ulusal Üniversitesi'ndeki Don Tarling ve Ian McDougall ile yarışarak bu ölçeği sürekli geliştirdiler. Lamont-Doherty Dünya Gözlemevi'ndeki Neil Opdyke liderliğindeki bir grup, aynı terslenme deseninin derin deniz çekirdeklerinden elde edilen tortularda kaydedildiğini gösterdi.
1950'ler ve 1960'larda Dünya'nın manyetik alanındaki değişiklikler hakkındaki bilgiler büyük ölçüde araştırma gemileri aracılığıyla toplandı, ancak okyanus gezilerinin karmaşık rotaları, navigasyon verileriyle manyetometre okumalarının ilişkilendirilmesini zorlaştırdı. Veriler bir haritaya çizildiğinde, okyanus tabanlarında dikkat çekici derecede düzenli ve sürekli manyetik şeritlerin ortaya çıktığı görüldü.
1963'te Frederick Vine ve Drummond Matthews, Harry Hess'in deniz tabanının yayılma teorisiyle bilinen terslenmelerin zaman ölçeğini birleştirerek basit bir açıklama sundu: deniz tabanının kayası, oluştuğu anda alandaki yöne manyetize edilir. Dolayısıyla, merkezi bir sırtta deniz tabanının yayılması, sırtına paralel manyetik şerit çiftleri üretecektir. Kanadalı L. W. Morley, Ocak 1963'te bağımsız olarak benzer bir açıklama önerdi, ancak çalışması bilimsel dergiler Nature ve Geophysical Research Journal tarafından reddedildi ve 1967'ye kadar, edebi dergi Saturday Review'da yayınlanmadı. Morley-Vine-Matthews hipotezi, kıtaların hareketinin deniz tabanının yayılma teorisinin ilk önemli bilimsel testini oldu.
Geçmişteki alan terslenmeleri, karada katılaşmış ferrimagnetik minerallerle kaydedilmektedir. 1966'dan itibaren Lamont-Doherty Jeolojik Gözlemevi bilim insanları, Pasifik-Antarktika Sırtı boyunca manyetik profillerin simetrik olduğunu ve Kuzey Atlantik'in Reykjanes sırtındaki desene uyduğunu keşfetti. Aynı manyetik anormallikler, dünyanın hemen hemen tüm okyanuslarında bulundu ve bununla birlikte çoğu okyanus kabuğunun ne zaman geliştiğini tahmin etmeye olanak sağladı.
Geçmişteki alanları gözlemlemek
[düzenle]
Mevcut hiç bir altına girmemiş deniz tabanı (veya kıta levhalarına itme yoluyla yerleştirilmiş deniz tabanı) yaklaşık (Ma)'dan daha yaşlı olmadığı için, daha eski terslenmeleri tespit etmek için başka yöntemler gereklidir. Çoğu tortul kaya, oluştuğu sırada ortam manyetik alanından etkilenen az miktarda demir açısından zengin mineraller içerir. Kimyasal, fiziksel veya biyolojik değişimle daha sonra silinmemişse, bu kayaçlar alanın bir kayıtını koruyabilir.
Dünya manyetik alanı küresel bir olgudur, bu nedenle farklı yerlerdeki benzer manyetik varyasyon desenleri, farklı yerlerde yaş hesaplamasına yardımcı olabilir. Son kırk yılın deniz tabanının yaşları hakkındaki paleomagnetik veriler (yaklaşık ) başka yerlerdeki jeolojik kesitlerin yaşını tahmin etmek için faydalı olmuştur. Bağımsız bir tarihleme yöntemi olmasa da, sayısal yaşlar elde etmek için radyoaktif izotop sistemleri gibi "mutlak" yaş tarihleme yöntemlerine dayanır. Özellikle endeks fosillerin nadiren mevcut olduğu metamorfik ve magmatik kaya oluşumlarının incelenmesinde özellikle faydalı olmuştur.
Jeomanyetik kutupluluk zaman ölçeği
[düzenle]
Daha fazla bilgi: Magnetostratigrafi
Deniz tabanının manyetik anormallikleri ve karadaki terslenme dizilerinin tarihlemesi yoluyla paleomagnetistler, Jeomanyetik Kutupluluk Zaman Ölçeği'ni geliştiriyorlar. Güncel zaman ölçeği, son 83 milyon yıldaki 184 kutupluluk aralığı (ve dolayısıyla 183 terslenme) içerir.
Zamanla değişen frekans
[düzenle]
Dünya'nın manyetik alanındaki terslenme oranı zaman içinde büyük ölçüde değişmiştir. Yaklaşık olarak , alan bir milyon yılda 5 kez ters döndü. , etrafında merkezlenen 4 milyon yıllık bir dönemde, 10 terslenme olmuştur; yaklaşık olarak , 17 terslenme 3 milyon yıl içinde gerçekleşmiştir. , etrafında merkezlenen 3 milyon yıllık bir dönemde 13 terslenme meydana gelmiştir. en az 51 terslenme , etrafında merkezlenen 12 milyon yıllık bir dönemde gerçekleşmiştir. İki terslenme 50.000 yıl süren bir dönemde meydana gelmiştir. Sık terslenmelerin bu dönemleri, terslenmelerin meydana gelmediği uzun süreler olan birkaç "süperkron" ile dengelemiştir.
Süperkronlar
[düzenle]
Süperkron, en az 10 milyon yıl süren bir kutupluluk aralığıdır. İki iyi kurulan süperkron vardır, Kretase Normal Süperkron [12] ve Kiaman Süperkron [13]. Üçüncü aday olan Moyero Süperkron [14], daha tartışmalıdır. Okyanus manyetik anormalliklerindeki Jura Sessiz Bölgesi, bir süperkronu temsil ettiği düşünülüyordu, ancak artık başka nedenlere bağlanmaktadır.
Kretase Normal Süperkron (aynı zamanda Kretase Süperkron veya C34 olarak da adlandırılır), yaklaşık olarak , Aptian'dan Santonyen'e kadar Kretase döneminin evrelerini içeren 37 milyon yıl sürdü. Manyetik terslenmelerin frekansı, bu dönemden önce sürekli azalarak, bu dönemde minimum seviyeye (sıfır terslenme) ulaştı. Kretase Normal ve mevcut arasında, frekans genellikle yavaşça artmıştır.
Kiaman Ters Süperkron, yaklaşık olarak geç Karbonifer dönemden geç Permiyen dönemine veya yaklaşık olarak 50 milyondan fazla yıl sürdü. Manyetik alan kutupluluğu ters yöndeydi. "Kiaman" adı, süperkronun ilk jeolojik kanıtlarından bazılarının 1925'te bulunduğu Avustralya Kiama kasabasından türetilmiştir.
Ordovizyen döneminde, Moyero Ters Süperkron adı verilen başka bir süperkronun 20 milyondan fazla yıl sürdüğü (485 ila 463 milyon yıl önce) şüpheleniliyor. Şu ana kadar, bu olası süperkron sadece Sibirya'daki kutup çemberinin kuzeyindeki Moyero nehir kesiminde bulunmuştur. Ayrıca, dünyanın diğer bölgelerinden elde edilen en iyi veriler, bu süperkronun kanıtlarını göstermiyor. , yaşından daha eski olan okyanus tabanının belirli bölgeleri, yorumlanması zor düşük genlikli manyetik anormallikler gösterir. Kuzey Amerika'nın doğu kıyısı, Afrika'nın kuzeybatı kıyısı ve batı Pasifik'te bulunurlar. Bir zamanlar Jura Sessiz Bölgesi adı verilen bir süperkronu temsil ettiği düşünülüyordu, ancak bu dönemde karada manyetik anormallikler bulundu. Jeomanyetik alan, yaklaşık ve arasında düşük yoğunluğa sahip olduğu biliniyor ve bu okyanus tabanlarının bölümleri özellikle derin, bu nedenle jeomanyetik sinyal deniz tabanından yüzeye zayıflamaktadır.
İstatistiksel özellikler
[düzenle]
Birkaç çalışma, terslenmelerin temel mekanizması hakkında bir şeyler öğrenme umuduyla terslenmelerin istatistiksel özelliklerini incelemiştir. İstatistiksel testlerin ayırt edici gücü, kutupluluk aralıklarının az sayıda olması nedeniyle sınırlıdır. Bununla birlikte, bazı genel özellikler iyi bilinmektedir. Özellikle, terslenme deseninin rastgele olduğu bilinmektedir. Kutupluluk aralıklarının uzunlukları arasında bir korelasyon yoktur. Normal veya ters kutupluluk için bir tercih yoktur ve bu kutuplulukların dağılımları arasında istatistiksel bir fark yoktur. Bu önyargısızlık, dinamo teorisi için de sağlam bir tahmindir.
Terslenme oranı yoktur, çünkü istatistiksel olarak rastgeledir. Terslenmelerin rastgeleliği, periyodisiyle çelişmektedir, ancak birkaç yazar terslenme oranını bulduklarını iddia etmiştir. Ancak, bu sonuçlar muhtemelen terslenme oranlarını belirlemeye çalışmak için kayan pencereler kullanılarak yapılan bir analizden kaynaklanan bir sanrıdır.
Çoğu terslenme istatistiksel modeli, bunları Poisson süreci veya başka yenileme süreçleri türleri açısından analiz etmiştir. Bir Poisson süreci ortalama sabit bir terslenme oranına sahip olur, bu nedenle genellikle durağan olmayan bir Poisson süreci kullanılır. Bununla birlikte, bir Poisson sürecine kıyasla, bir terslenmeden sonra onlarca bin yıl boyunca terslenme olasılığı azalmıştır. Bunun altta yatan mekanizmadaki bir inhibisyondan kaynaklanabileceği veya bazı daha kısa kutupluluk aralıklarının gözden kaçırıldığı anlamına gelebileceği düşünülmektedir. Engellemeli rastgele bir terslenme deseni, gama süreciyle temsil edilebilir. 2006'da Calabria Üniversitesi'ndeki bir fizikçi ekibi, terslenmelerin ayrıca olaylar arasında uzun menzilli korelasyonlar içeren rastgele süreçleri tanımlayan bir Lévy dağılımına uyduğunu bulmuştur. Veriler ayrıca deterministik ancak kaotik bir süreçle de tutarlıdır.
Geçişlerin özellikleri
[düzenle]
Süre
[düzenle]
Bir kutupluluk geçişinin süresi için çoğu tahmin 1.000 ila 10.000 yıl arasındadır, ancak bazı tahminler insan ömrü kadar hızlıdır. Geçiş sırasında, manyetik alan tamamen kaybolmayacak, ancak terslenme sırasında birçok kutup farklı yerlerde kaotik bir şekilde oluşabilir ve tekrar istikrara kavuşuncaya kadar.
Oregon, Steens Dağı'ndaki 16,7 milyon yıllık lav akışlarının çalışmaları, Dünya'nın manyetik alanının günde 6 dereceye kadar bir hızla kayabileceğini gösteriyor. Bu, paleomagnetistler tarafından başlangıçta şüpheyle karşılandı. Çekirdekte bu kadar hızlı değişiklikler olsa bile, manto -ki bir yarıiletkendir- birkaç aydan daha kısa periyotlu varyasyonları giderdiği düşünülmektedir. Yanlış bir sinyale yol açacak çeşitli olası kaya manyetizma mekanizmaları önerilmiştir. Bununla birlikte, aynı bölgeden (Oregon Platosu sel bazaltları) diğer kesitlerin paleomagnetik çalışmaları tutarlı sonuçlar veriyor. Kron C5Cr'nin ( ) sonunu işaretleyen ters-normal kutupluluk geçişinin, bir dizi terslenme ve çıkış içerdiği görülüyor. Ek olarak, Occidental College'den jeolog Scott Bogue ve ABD Jeolojik Araştırması'ndan Jonathan Glen, Nevada'daki Battle Mountain'daki lav akışlarını örneklediklerinde, alanda yönün 50 derecenin üzerinde değiştiği kısa, birkaç yıllık bir aralığın terslenme sırasında kanıtı bulmuşlardır. Terslenme yaklaşık 15 milyon yıl öncesine tarihlenmiştir. 2018'de araştırmacılar sadece 200 yıl süren bir terslenme bildirdiler. 2019 tarihli bir makale, 780.000 yıl önce meydana gelen en son terslenmenin 22.000 yıl sürdüğünü tahmin ediyor.
Nedenler
[düzenle]
Dünya ve diğer gezegenlerin manyetik alanları, gezegensel çekirdekteki erimiş demirin konveksiyonuyla elektrik akımları üretilen ve sonuçta manyetik alanlara yol açan bir dinamo etkisiyle üretilir. Gezegensel dinamoların simülasyonlarında, terslenmeler genellikle altta yatan dinamiklerden kendiliğinden ortaya çıkar. Örneğin, Gary Glatzmaier ve UCLA'daki meslektaşı Paul Roberts, Dünya'nın iç kısmındaki elektromanyetizma ve akışkanlık dinamiği arasındaki bağlantının sayısal bir modelini çalıştırdılar. Simülasyonları, simüle edilen 40.000 yılı aşkın bir süre boyunca manyetik alanın temel özelliklerini yeniden üretti ve bilgisayar tarafından oluşturulan alan kendini ters çevirdi. Küresel alan terslenmeleri, düzensiz aralıklarla "VKS2" adlı laboratuvar sıvı metal deneyinde de gözlemlendi.
Bazı simülasyonlarda, manyetik alan kendiliğinden ters yöne döner şekilde bir kararsızlığa yol açar. Bu senaryo, her 9-12 yılda bir kendiliğinden ters dönen güneş manyetik alanı gözlemlerinde desteklenmektedir. Güneşte, terslenme sırasında güneş manyetik yoğunluğunun önemli ölçüde arttığı görülürken, Dünya'daki terslenmeler düşük alan şiddetli dönemlerde meydana gelir gibi görünüyor.
Richard A. Muller gibi bazı bilim insanları, jeomanyetik terslenmelerin kendiliğinden oluşan süreçler olmadığını, aksine Dünya çekirdeğindeki akışı doğrudan bozan dış olaylar tarafından tetiklendiğini düşünmektedir. Öneriler arasında, çarpma olayları veya levha tektoniği etkisiyle mantoya aktarılan kıtasal plakaların gelişi veya çekirdek-manto sınırından yeni manto diplerinin başlatılması gibi iç olaylar yer almaktadır. Bu hipotezin savunucuları, bu olayların herhangi birinin dinamoyu büyük ölçekli bir şekilde bozarak jeomanyetik alanın etkisiz hale gelebileceğini ileri sürmektedir. Manyetik alan, mevcut kuzey-güney yönünde veya ters yönde kararlı olduğundan, alanda böyle bir bozulmadan kurtulduğunda kendiliğinden bir durum veya diğerini seçtiğini öne sürmektedirler, böylece kurtuluşların yarısı terslenme haline gelir. Önerilen bu mekanizma nicel bir modelde çalışmıyor gibi görünmektedir ve terslenmeler ile çarpma olayları arasında bir korelasyon için stratigrafiden elde edilen kanıtlar zayıftır. Kretase-Paleojen yok oluş olayına yol açan çarpma olayıyla bağlantılı bir terslenme yok.
Biyosfer üzerindeki etkiler
[düzenle]
İlk jeomanyetik kutupluluk zaman ölçeklerinin üretilmesinin hemen ardından, bilim insanları terslenmelerin yok oluş olaylarıyla bağlantılı olabileceği olasılığını aramaya başladılar. Bu argümanların çoğu, terslenme hızında görünen bir periyodisi temel alıyordu, ancak daha dikkatli analizler, terslenme kayıtlarının periyodik olmadığını göstermektedir. Süperkronların sonlarının, yaygın volkanizmaya yol açan yoğun konveksiyona neden olabileceği ve sonrasında havada uçuşan külün yok oluşlara neden olduğu düşünülmektedir. Yok oluşlar ve terslenmeler arasındaki ilişkilere yönelik testler, bir dizi nedenle zordur. Daha büyük hayvanlar, iyi istatistikler için fosil kayıtlarında çok nadirdir, bu nedenle paleontologlar mikrofosillerin yok oluşlarını incelemiştir. Mikrofosil verileri bile, fosil kayıtlarında boşluklar varsa güvenilir olmayabilir. Yok oluşun, kalan tüm kutupluluk aralığı basitçe aşınmışken, kutupluluk aralığının sonunda meydana geldiği görünebilir. İstatistiksel analiz, terslenmeler ve yok oluşlar arasında bir korelasyon bulunmadığı kanıtlıyor.
Terslenmeleri yok oluş olaylarıyla ilişkilendirmeyi öneren çoğu varsayım, Dünya'nın manyetik alanının terslenme sırasında çok daha zayıf olacağını varsayar. Muhtemelen ilk böyle bir hipotez, Van Allen radyasyon kuşağında sıkışmış yüksek enerjili parçacıkların serbest bırakılarak Dünya'yı bombardıman edebileceğiydi. Ayrıntılı hesaplamalar, Dünya'nın dipol alanının tamamen kaybolması durumunda (kuadrupol ve daha yüksek bileşenleri bırakarak), atmosferin çoğunun yüksek enerjili parçacıklara açık hale geleceğini, ancak bunlara karşı bir engel görevi göreceğini ve kozmik ışın çarpışmalarının berilyum-10 veya klor-36'nın ikincil radyasyonunu üreteceğini onaylıyor. 2012'de yapılan Alman bir çalışmada, Grönland buz çekirdeklerinde 41.000 yıl önce kısa bir tam terslenme sırasında bir berilyum-10 zirvesi gösterildi, bu da terslenme sırasında manyetik alan gücünün normalin tahmini %5'ine düştüğüne yol açtı. Bunun hem ani değişimler hem de terslenmeler sırasında gerçekleştiğine dair kanıtlar vardır.
McCormac ve Evans'ın bir hipotezi, Dünya'nın manyetik alanının terslenme sırasında tamamen kaybolacağını varsayar. Mars'ın atmosferinin, kendisini koruyacak bir manyetik alanının olmamasından dolayı güneş rüzgarlarıyla aşındırılabildiğini öne sürmektedirler. 100 km'nin üzerinde Dünya atmosferinden iyonların uzaklaştırılacağını tahmin ederler. Paleo yoğunluk ölçümleri, manyetik alanın terslenmeler sırasında kaybolmadığını gösterir. Son 800.000 yıl için paleo yoğunluk verilerine dayanarak, Brunhes-Matuyama terslenmesi sırasında manyetopozun yaklaşık üç Dünya yarıçapında olduğu tahmin ediliyor. İç manyetik alan kaybolmuş olsa bile, güneş rüzgarı, yüzeyi enerjik parçacıklardan korumak için Dünya iyonosferinde bir manyetik alan indükleyecektir.
Ayrıca bkz
[düzenle]
Yaşlar dahil olmak üzere jeomanyetik terslenmeler listesi
Manyetik anormallik
Referanslar
[düzenle]
Daha fazla okuma
[düzenle]