Jeomagnetizma ve Paleomagnetizma
Jeomagnetizma ve Paleomagnetizma
Jeomagnetizma
Yerküresinin büyük bir mıknatıs gibi davrandığını,İngiliz saray doktoru William GİLBERT'in De Magneteadlı eserini yayımladığı 1600 yılından beri bilmekteyiz. Daha sonra 1839 da büyük alman matematikçisi C.A.GAUSS Yerin manyetik alanının büyük kısmının bizzat Yerin içinden ,değişken olan küçük bir bölümünün ise Yeryuvarı dışından geldiğini saptamış ve Yerin gerçek alanına çok yakın olan dipol alanı tanımlamıştır.
Şimdi yerin manyetik alanının özelliklerini kısaca açıklayalım:Havada yatay bir düzlem üzerinde serbestçe hareket eden bir düzlem üzerinde serbestçe hareket edebilen bir mıknatıs çubuğun veya aynı durumda olan pusula ibresinin bir ucu sağa sola hareket ettikten sonra Yerküresinin coğrafik kuzey kutbuna yönelir ;ancak ibrenin hareketsiz duruma geldiği anda gösterdiği bu yön tam olarak coğrafik kuzey noktası değil buna yakın fakat aralarında oldukça mesafe bulunan yerin kuzey mağnetik kutbudur ve bu iki nokta arasında 11.6 derecelik bir açı vardır.
Pusula ibrelerinin gösterdiği yön ile coğrafik kutup noktası arasındaki açıya sapma açısı veya deklinasyon açısı denir ve D harfi ile gösterilir.Bu açı heryerde farklı değerler alır. Sapma açısının sıfır olduğu yerlerde pusula ibresi aynı zamanda coğrafik kuzey kutbu gösterir.
Ayrıca,ağırlık merkezi üzerinden geçen yatay eksen etrafında serbestçe hareket eden bir mıknatıs çubuğunun veya pusula ibresinin kuzey ucu kuzey yarıküresinde ve güney ucu güney yarıküresinde aşağı doğru eğilir ,yatay düzlemle belirli bir açı yapar.Bu açıya da ,mağnetik eğim veya enklinezon denir ve I harfi ile gösterilir.Bu açının değeride bölgelere göre değişiklik gösterir.
Yer mağnetizması aslında karmaşık bir konuudur.Mağnetik alanın bileşenleri ve diğer elemanları ,sapma ve eğim açılarım ,yer yer,bölge bölge farklı değerler taşırlar ve zamanla değişikliklere uğrarlar.
Yerin mağnetik alanının gün begün hafif fakat muntazam bir şekilde vukua gelen değişikliğine günlük değişim denir.Mağnetik alanın günlük değişimleri ve mağnetik fırtınalar yukarı atmosferdeki elektrik akımından ileri gelir.
Yerin mağnetik alanının uzun süreli fakat muntazam olmayan değişikliğine seküler değişim denir.Yıllar ve yüzyıllar boyunca vukua gelen bu değişim genellikle sapma ve eğim değerlerinde ve mağnetik alan şiddetinde kendini gösterir.Seküler deeğişimden elde ettiğimiz en önemli sonuç Yerin mağnetik alanının yılda ortalama 0,2 derece kadar batıya kaymakta olduğunun saptanmasıdır.
Paleomagnetizma
Kayaçlardaki doğal kalıcı mağnetizmanın yönlerinin ölçülmesi yolu ile Yerin mağnetik alanının jeolojik, arkeolojik ve kozmik geçmişteki durumunun incelenmesi yöntemine paleomağnetizma denir.
Paleomanyetik araştırma ,arazi üzerinde çok sayıda yönlü kayaç örneği almakla başlar.Volkanik kayaçlarda birçok lav akıntılarından ,sediment kayaçlarda ise ,en az on binlerce senelik serilerinden değişik örnekler toplamak gerekir.Normal olarak test edilecek herbir durum için bir kayaç örneğinden veya 1 karot parçasından 6 veya daha fazla parça alınır ve bunlar üzerinde yapılan ölçülerin ortalama değeri bulunur.Statigrafik serilerden alınan örneklerin yaş bakımından oldukça farklı olmalarına dikkat edilir.
Yeteri kadar yönlü parçalar toplandıktan sonra bunlar içindeki kalıcı mıknatıslanma ve onun doğrultusu ölçülür.Elde eddilen doğal kalıcı mıknatıslanma hakkındaki bilgiler, datalar,stereografik projeksiyon düzlemi üzerinde değerlendirilir.Ancak jeomağnetik alanın geçmişteki durumunu incelerken ,ölçülen doğal kalıcı mıknatıslanmanın kayacın oluşumu sırasında meydana gelmiş,sonradan bir değişikliğe uğramamış olmasına dikkat edilir.Çünkü çoğu kayacın oluşumundan sonra ,kimyasal etkenlerle meydana gelen sekonder mağnetizasyon kayaçtaki primer kalıcı mıknatıslanmayı büyük ölçüde etkiler onu değiştirir.
Kayaçlardaki bu ikincil mağnetizasyonu tespit etmek ve temizlemek için ,sahada ve laboratuarda birçok testler yapılır ve böylece sekonder mağnetizasyonun alan yönü ölçmelerindeki zararlı etkisi önlenmiş olur.
Paleomagnetizma mıknatıslanmayla ilgili bir konu olduğu için mıknatıslanma olayındanda bahsetmekte fayda görüyorum:
Bir cismin mıknatıslığı cismi oluşturan atomlar içinde elektronların hareketlerinden ileri gelir.Bildiğimiz gibi bir atomun merkezinde çekirdek çevresinde elektronlar bulunur.İki tip elktron hareketi vardır bunlardan birincisi çekirdek çevresindeki dönme hareketidir;diğeri ise elektronların kendi ekseni etrafında dönme hareketidir,buna iğ hareketi veya spin hareketi denir.
Elektronlar yörünge hareketleri sırasında bir manyetik alan husule getirdikleri için onlara bir çeşit mıknatıs diye bakılabilir ve onun bu mıknatıslığı ,yörünge hareketinin mağnetik momenti olarakda söylenebilir.Bir atomun mağnetik momenti ,atomun yapısına katılan bütün elktronların yörünge ve spin hareketlerine ait mağnetik momentlerin toplamıdır.
Cisimlerin içinde bulunan bu manyetik momentlerden ve onların hareketlerinden dolayı bir çok çeşit kayaç türü oluşmuştur:
a)Dia-mağnetik
b)Paramağnetik
c)Ferromağnetik
d)Antiferromağnetik
e)Ferrimağnetik
DÜNYADA JEOMAGNETİZMA VE PALEOMAGNETİZMANIN GELİŞİMİ
Jeomagnetizma'nın Tarihsel Gelişimi
M.Ö. altıncı yüzyılda eski Yunanlıların mıknatıslanmayı bildikleri kesindir. Felsefenin babası Thales, (M.Ö. 640-546) mıknatıs taşının çekme özelliğini anlatır ve bu özelliği taşta varolan ruha bağlar .Ancak bu dönemde mıknatısın çekme özelliğinin bilincinde olan Yunanlılarca bu mıknatısın iki kutbunun bulunduğu ve coğrafi kuzeye yönelme özelliği bilinmemekteydi.
Yerküre çevresinde bir magnetik alanın varlığı, bu alanın oluşum nedeni ve bsaşlangıcı uzun yıllar araştırıcıların uğraş alanı olmuştur. Yermagnetik alanının varlığı pusula adı verilen bir aygıt ile kolayca ortaya konulabilir. Düşey bir iğnenin ucuna oturmuş ve yatay düzlemde iğne çevresinde kolayca dönebilen mıknatıslanmış ibreden oluşa pusula, aynı zamanda tüm mıknatıs cisimlerinin Kuzey (N) ve Güney (S) kutuplarının yerlerini bulmak için kullanılmaktadır.
İlk pusula, İngiltere'de Alexander Neckman adlı bir din adamının doğa bilimleri üzerine 1167 yılında yaptığı iki yayından anlaşılacağı üzerine, denizcilerce 11. yüzyılda kullanılmaya başlanmış, Arap ve İran gemicilerine yollarını bulmakta yardımcı olmuştur. O dönemde pusula ince bir iplikle yatay kalacak bir biçimde asılmış veya kamış gibi suda yüzebilen cisimlere bağlı küçük mıknatıs taşından oluşmuştu.
Avrupalı gemiciler pusulayı 12. yüzyıldan itibaren kullanmaya başlamışlardı. 14. yüzyılda ise pusula artık tüm gemilerde bulunuyordu.
Yerküre'nin dev bir mıknatıs oluşunun ve onun da bir mıknatıs gibi kuzey güney olarak iki kutbunun bulunduğunu insanlar daha sonraki yıllarda öğrendiler. Örneğin C.Colombus, 1492'de Atlantik Okyanusu'nda Doğu Hindistan'a varmak için batıya doğru açıldığı ve Amerika'nın keşfi ile sonuçlanan ünlü deniz yolculuğu döneminde mıknatısın sürekli olarak kuzey coğrafi kutbu göstereceği inancında idi. Atlantik'te yolculuğu ilerledikçe ibrenin coğrafi kuzeyden git gide ayrılışının izlenmesi denizlere kaybolma korkusu ile emilerde bulunanların kaptanlarına karşı ayaklandıkları ve bu ayaklanmanın Colombus tarafından güçlükle fakat büyük bir ustalıkla önlendiği ilginçtir (Anlatıldığına göre Colombus, "gemilerde fazlasıyla soğan ve sarımsak yedikleri pusulanın ise fena kokulardan hoşlanmadığını anlatarak onun düzensiz çalıştığını söylerler).
Eğim açısı (I) ile ilgili ilk yazılı kayıt, 1544 yılındadır. Bu tarihte yazılmış bir mektupta Nürnberg'li bir alet ustası olan Hatman'ın yaptığı bir aygıt anlatılmaktadır. Aygıt ağırlık merkezinden geçen yatay bir eksene bağlı demir bir çubuktan oluşmaktadır. Çubuk mıknatıslanmadan önce her yönde denge halinde kalabilmekte iken boyunca mıknatıslandığı zaman dengesi bozulmakta ve yatayla belirli bir açı oluşturarak denge halini almakta idi. Bu açıklamanın yapıldığı mektup ancak 1831 yılında Koninsberg arşivlerinde ele geçebilmiş olduğundan uzun yıllar olay saklı kalmıştır. Bu arada İngiliz araştırıcı olan Norman, Hartman'dan bağımsız olarak 1576 yılında eğim açısını bir kez daha bulmuş ve ölçme yolunu göstermiştir.
13. yüzyıl, düşünme ve sorunlara yanıt arama çağı olarak başlamıştır. Dönemin öncüleri arasında Roger Bacon görülmektedir. Düşünür yıllarca deneysel bilimlerin gelişmesi yönünde büyük çaba harcamıştır Önemli yapıtı olan Opus Tetium'u 1267 yılında yayınlamıştır .Bocon aynı zamanda yine üstün bir araştırmacı ve düşünür olan Fransız din adamı Pierre Maricourt'u tanıtmaktadır. Maricourt, 1269'da bir dostuna yazdığı mektuplarda uzun uzun araştırmalarından sözetmektedir. Özellikle döneminde cisimlerin mıknatıslanmaları üzerine yaptığı araştırmalar matbaa olmadığından elyazısı kopyaları elden ele dolaşmıştır. Maricourt'un yaptığı deneylerden bir tanesi ilgi çekicidir: araştırıcı mıknatıs taşını yontarak küre şeklini vermiş ve bu küre yüzeyinin değişik yerlerine küçük mıknatıs taşlarının yapıştığını görmüştür. Küçük mıknatısların aldığı yönler küre üzerine işaretlendiği zaman Maricourt bu işaretlerden oluşan çizgilerin kürenin belirli iki yerinde toplandıklarını izlemiştir. Bu yerler yaklaşık olarak kürenin bir çapının yüzeyi deldikleri yerlere rastlamakta idi. Bu noktalara araştırıcı kutup adını vermiştir. Maricourt aynı mıknatıslanmış yüzeyi bir tahta parçasına monte etmiş ve su üzerine bırakmıştır. Bu zaman da kürenin bir kutbunun yerkürenin kuzey kutbuna yönelmiş olduğunu görmüştür. Benzer diğer bir küre de suda diğerine yaklaştırıldığında iki kürenin aynı tarafa yönelen kutuplarının bir diğerini ötelediği karşıt kutupların ise birbirini çektikleri açık olarak saptanmıştır.
Jeomagnetizma
Yerküresinin büyük bir mıknatıs gibi davrandığını,İngiliz saray doktoru William GİLBERT'in De Magneteadlı eserini yayımladığı 1600 yılından beri bilmekteyiz. Daha sonra 1839 da büyük alman matematikçisi C.A.GAUSS Yerin manyetik alanının büyük kısmının bizzat Yerin içinden ,değişken olan küçük bir bölümünün ise Yeryuvarı dışından geldiğini saptamış ve Yerin gerçek alanına çok yakın olan dipol alanı tanımlamıştır.
Şimdi yerin manyetik alanının özelliklerini kısaca açıklayalım:Havada yatay bir düzlem üzerinde serbestçe hareket eden bir düzlem üzerinde serbestçe hareket edebilen bir mıknatıs çubuğun veya aynı durumda olan pusula ibresinin bir ucu sağa sola hareket ettikten sonra Yerküresinin coğrafik kuzey kutbuna yönelir ;ancak ibrenin hareketsiz duruma geldiği anda gösterdiği bu yön tam olarak coğrafik kuzey noktası değil buna yakın fakat aralarında oldukça mesafe bulunan yerin kuzey mağnetik kutbudur ve bu iki nokta arasında 11.6 derecelik bir açı vardır.
Pusula ibrelerinin gösterdiği yön ile coğrafik kutup noktası arasındaki açıya sapma açısı veya deklinasyon açısı denir ve D harfi ile gösterilir.Bu açı heryerde farklı değerler alır. Sapma açısının sıfır olduğu yerlerde pusula ibresi aynı zamanda coğrafik kuzey kutbu gösterir.
Ayrıca,ağırlık merkezi üzerinden geçen yatay eksen etrafında serbestçe hareket eden bir mıknatıs çubuğunun veya pusula ibresinin kuzey ucu kuzey yarıküresinde ve güney ucu güney yarıküresinde aşağı doğru eğilir ,yatay düzlemle belirli bir açı yapar.Bu açıya da ,mağnetik eğim veya enklinezon denir ve I harfi ile gösterilir.Bu açının değeride bölgelere göre değişiklik gösterir.
Yer mağnetizması aslında karmaşık bir konuudur.Mağnetik alanın bileşenleri ve diğer elemanları ,sapma ve eğim açılarım ,yer yer,bölge bölge farklı değerler taşırlar ve zamanla değişikliklere uğrarlar.
Yerin mağnetik alanının gün begün hafif fakat muntazam bir şekilde vukua gelen değişikliğine günlük değişim denir.Mağnetik alanın günlük değişimleri ve mağnetik fırtınalar yukarı atmosferdeki elektrik akımından ileri gelir.
Yerin mağnetik alanının uzun süreli fakat muntazam olmayan değişikliğine seküler değişim denir.Yıllar ve yüzyıllar boyunca vukua gelen bu değişim genellikle sapma ve eğim değerlerinde ve mağnetik alan şiddetinde kendini gösterir.Seküler deeğişimden elde ettiğimiz en önemli sonuç Yerin mağnetik alanının yılda ortalama 0,2 derece kadar batıya kaymakta olduğunun saptanmasıdır.
Paleomagnetizma
Kayaçlardaki doğal kalıcı mağnetizmanın yönlerinin ölçülmesi yolu ile Yerin mağnetik alanının jeolojik, arkeolojik ve kozmik geçmişteki durumunun incelenmesi yöntemine paleomağnetizma denir.
Paleomanyetik araştırma ,arazi üzerinde çok sayıda yönlü kayaç örneği almakla başlar.Volkanik kayaçlarda birçok lav akıntılarından ,sediment kayaçlarda ise ,en az on binlerce senelik serilerinden değişik örnekler toplamak gerekir.Normal olarak test edilecek herbir durum için bir kayaç örneğinden veya 1 karot parçasından 6 veya daha fazla parça alınır ve bunlar üzerinde yapılan ölçülerin ortalama değeri bulunur.Statigrafik serilerden alınan örneklerin yaş bakımından oldukça farklı olmalarına dikkat edilir.
Yeteri kadar yönlü parçalar toplandıktan sonra bunlar içindeki kalıcı mıknatıslanma ve onun doğrultusu ölçülür.Elde eddilen doğal kalıcı mıknatıslanma hakkındaki bilgiler, datalar,stereografik projeksiyon düzlemi üzerinde değerlendirilir.Ancak jeomağnetik alanın geçmişteki durumunu incelerken ,ölçülen doğal kalıcı mıknatıslanmanın kayacın oluşumu sırasında meydana gelmiş,sonradan bir değişikliğe uğramamış olmasına dikkat edilir.Çünkü çoğu kayacın oluşumundan sonra ,kimyasal etkenlerle meydana gelen sekonder mağnetizasyon kayaçtaki primer kalıcı mıknatıslanmayı büyük ölçüde etkiler onu değiştirir.
Kayaçlardaki bu ikincil mağnetizasyonu tespit etmek ve temizlemek için ,sahada ve laboratuarda birçok testler yapılır ve böylece sekonder mağnetizasyonun alan yönü ölçmelerindeki zararlı etkisi önlenmiş olur.
Paleomagnetizma mıknatıslanmayla ilgili bir konu olduğu için mıknatıslanma olayındanda bahsetmekte fayda görüyorum:
Bir cismin mıknatıslığı cismi oluşturan atomlar içinde elektronların hareketlerinden ileri gelir.Bildiğimiz gibi bir atomun merkezinde çekirdek çevresinde elektronlar bulunur.İki tip elktron hareketi vardır bunlardan birincisi çekirdek çevresindeki dönme hareketidir;diğeri ise elektronların kendi ekseni etrafında dönme hareketidir,buna iğ hareketi veya spin hareketi denir.
Elektronlar yörünge hareketleri sırasında bir manyetik alan husule getirdikleri için onlara bir çeşit mıknatıs diye bakılabilir ve onun bu mıknatıslığı ,yörünge hareketinin mağnetik momenti olarakda söylenebilir.Bir atomun mağnetik momenti ,atomun yapısına katılan bütün elktronların yörünge ve spin hareketlerine ait mağnetik momentlerin toplamıdır.
Cisimlerin içinde bulunan bu manyetik momentlerden ve onların hareketlerinden dolayı bir çok çeşit kayaç türü oluşmuştur:
a)Dia-mağnetik
b)Paramağnetik
c)Ferromağnetik
d)Antiferromağnetik
e)Ferrimağnetik
DÜNYADA JEOMAGNETİZMA VE PALEOMAGNETİZMANIN GELİŞİMİ
Jeomagnetizma'nın Tarihsel Gelişimi
M.Ö. altıncı yüzyılda eski Yunanlıların mıknatıslanmayı bildikleri kesindir. Felsefenin babası Thales, (M.Ö. 640-546) mıknatıs taşının çekme özelliğini anlatır ve bu özelliği taşta varolan ruha bağlar .Ancak bu dönemde mıknatısın çekme özelliğinin bilincinde olan Yunanlılarca bu mıknatısın iki kutbunun bulunduğu ve coğrafi kuzeye yönelme özelliği bilinmemekteydi.
Yerküre çevresinde bir magnetik alanın varlığı, bu alanın oluşum nedeni ve bsaşlangıcı uzun yıllar araştırıcıların uğraş alanı olmuştur. Yermagnetik alanının varlığı pusula adı verilen bir aygıt ile kolayca ortaya konulabilir. Düşey bir iğnenin ucuna oturmuş ve yatay düzlemde iğne çevresinde kolayca dönebilen mıknatıslanmış ibreden oluşa pusula, aynı zamanda tüm mıknatıs cisimlerinin Kuzey (N) ve Güney (S) kutuplarının yerlerini bulmak için kullanılmaktadır.
İlk pusula, İngiltere'de Alexander Neckman adlı bir din adamının doğa bilimleri üzerine 1167 yılında yaptığı iki yayından anlaşılacağı üzerine, denizcilerce 11. yüzyılda kullanılmaya başlanmış, Arap ve İran gemicilerine yollarını bulmakta yardımcı olmuştur. O dönemde pusula ince bir iplikle yatay kalacak bir biçimde asılmış veya kamış gibi suda yüzebilen cisimlere bağlı küçük mıknatıs taşından oluşmuştu.
Avrupalı gemiciler pusulayı 12. yüzyıldan itibaren kullanmaya başlamışlardı. 14. yüzyılda ise pusula artık tüm gemilerde bulunuyordu.
Yerküre'nin dev bir mıknatıs oluşunun ve onun da bir mıknatıs gibi kuzey güney olarak iki kutbunun bulunduğunu insanlar daha sonraki yıllarda öğrendiler. Örneğin C.Colombus, 1492'de Atlantik Okyanusu'nda Doğu Hindistan'a varmak için batıya doğru açıldığı ve Amerika'nın keşfi ile sonuçlanan ünlü deniz yolculuğu döneminde mıknatısın sürekli olarak kuzey coğrafi kutbu göstereceği inancında idi. Atlantik'te yolculuğu ilerledikçe ibrenin coğrafi kuzeyden git gide ayrılışının izlenmesi denizlere kaybolma korkusu ile emilerde bulunanların kaptanlarına karşı ayaklandıkları ve bu ayaklanmanın Colombus tarafından güçlükle fakat büyük bir ustalıkla önlendiği ilginçtir (Anlatıldığına göre Colombus, "gemilerde fazlasıyla soğan ve sarımsak yedikleri pusulanın ise fena kokulardan hoşlanmadığını anlatarak onun düzensiz çalıştığını söylerler).
Eğim açısı (I) ile ilgili ilk yazılı kayıt, 1544 yılındadır. Bu tarihte yazılmış bir mektupta Nürnberg'li bir alet ustası olan Hatman'ın yaptığı bir aygıt anlatılmaktadır. Aygıt ağırlık merkezinden geçen yatay bir eksene bağlı demir bir çubuktan oluşmaktadır. Çubuk mıknatıslanmadan önce her yönde denge halinde kalabilmekte iken boyunca mıknatıslandığı zaman dengesi bozulmakta ve yatayla belirli bir açı oluşturarak denge halini almakta idi. Bu açıklamanın yapıldığı mektup ancak 1831 yılında Koninsberg arşivlerinde ele geçebilmiş olduğundan uzun yıllar olay saklı kalmıştır. Bu arada İngiliz araştırıcı olan Norman, Hartman'dan bağımsız olarak 1576 yılında eğim açısını bir kez daha bulmuş ve ölçme yolunu göstermiştir.
13. yüzyıl, düşünme ve sorunlara yanıt arama çağı olarak başlamıştır. Dönemin öncüleri arasında Roger Bacon görülmektedir. Düşünür yıllarca deneysel bilimlerin gelişmesi yönünde büyük çaba harcamıştır Önemli yapıtı olan Opus Tetium'u 1267 yılında yayınlamıştır .Bocon aynı zamanda yine üstün bir araştırmacı ve düşünür olan Fransız din adamı Pierre Maricourt'u tanıtmaktadır. Maricourt, 1269'da bir dostuna yazdığı mektuplarda uzun uzun araştırmalarından sözetmektedir. Özellikle döneminde cisimlerin mıknatıslanmaları üzerine yaptığı araştırmalar matbaa olmadığından elyazısı kopyaları elden ele dolaşmıştır. Maricourt'un yaptığı deneylerden bir tanesi ilgi çekicidir: araştırıcı mıknatıs taşını yontarak küre şeklini vermiş ve bu küre yüzeyinin değişik yerlerine küçük mıknatıs taşlarının yapıştığını görmüştür. Küçük mıknatısların aldığı yönler küre üzerine işaretlendiği zaman Maricourt bu işaretlerden oluşan çizgilerin kürenin belirli iki yerinde toplandıklarını izlemiştir. Bu yerler yaklaşık olarak kürenin bir çapının yüzeyi deldikleri yerlere rastlamakta idi. Bu noktalara araştırıcı kutup adını vermiştir. Maricourt aynı mıknatıslanmış yüzeyi bir tahta parçasına monte etmiş ve su üzerine bırakmıştır. Bu zaman da kürenin bir kutbunun yerkürenin kuzey kutbuna yönelmiş olduğunu görmüştür. Benzer diğer bir küre de suda diğerine yaklaştırıldığında iki kürenin aynı tarafa yönelen kutuplarının bir diğerini ötelediği karşıt kutupların ise birbirini çektikleri açık olarak saptanmıştır.
