<< tagasi

MAA MAGNETVÄLI JA SOOJUSREŽIIM. GEOTERMILINE GRADIENT

MAA MAGNETVÄLI

Maa on kui kui kahepooluseline dipoolne magnet, mille indutseeritud magnevälja jõujooned lähtuvad (magnetiliselt-) lõuna- ja suunduvad põhjapoolusele. Piki neid jõujooni orienteerub ka kompassi magnetiseeritud nõel.

Magnet- ja geograafilised poolused ei lange kokku. Nende vahelist erinevust nimetatakse magnetilise deklinatsiooni nurgaks ning selle  tänapäevane väärtus ~ 11.2°.
 

Maa magnetvälja tekkepõhjused ei ole täpselt teada, kui on terve rida hüpoteese:

(1) kunagi arvati, et Maa magnetväli on põhjustatud tuuma kivimite püsimagnetilaadsetest omadustest. Samas on eksperimentaalselt tõestatud, et temperatuuri tõustes umbes üle 500°C (nn. Curie' punkt) kaovad kivimite püsimagnetilised omadused, s.t. et juba 25-30 km sügavusel ei saa Maa kivimid olla püsivalt magnetiseeritud!

(2) Siiani parim hüpotees magnetvälja selgitamiseks on nn. dünamoteooria, mis väidab et Maa magnetväli indutseeritakse Maa välistuumas. Välistuuma moodustav aines (metalliline raud) on vedelas ja/või sulamisele lähedases olekus ning  voolab kiirusega mõni kilomeeter aastas s.o. miljoneid kordi kiiremini kui vahevöö aines. Liikuv metalli voog tekitab elektrivoolu, mis omakorda tekitab magnetvälja. See hüpotees nõuab, et Maa tuum oleks elektrijuht (mida seal sisaldavad metallid ka kindlasti on) ja et välistuum peab olema vedelas olekus.

Paleomagnetism, magnetpooluste näiv rändamine ja selle polaarsuse muutus geoloogilise ajaloo kestel

Paleomagnetismi aluseks on magma ja settekivimites sisaldavate magnetiliste komponentide võime fikseerida Maa magnetpooluse asukohta, välja tugevust ning selle polaarsust.

Geoloogilise ajaloo vältel on Maa magnetvälja polaarsus korduvalt muutunud, ehk teisisõnu on muutunud tema jõujoonte orienteeritus. Kaasaegset situatsiooni kus magnetvälja jõujooned väljuvad lõunapooluselt  ja suunduvad põhjapoolusele nimetatakse normaalpolaarsuseks ning vastupidist situatsiooni  pöördpolaarsueks.  Protsessi ennast nimetatakse magnetpooluste inversiooniks. 

Keskmiselt muutub Maa magnetvälja polaarsus iga 0.5 miljoni aasta järel, muutus ise toimub aga reeglina paarikümne tuhande aasta kestel.
Selle põhjused, nagu Maa magnetvälja enesegi korral on ebaselged. Kui Maa magnetism on aga tingitud Maa tuuma välisvöö metallilise ainese liikumisest, siis võib Maa magnetvälja inversioon olla tingitud selle vooluse suuna muutustest või ajutiselt tekkivate ning siis kaduvate ringvooluste tekkimisest.

Tänu korrapärastele magnetvälja inversioonidele tekivad ookeanipõhja laienemisel vööndilised magnetanomaaliad. Ookeani keskahelike riftiorgudes väljapressitava aluselise laava jahtumisel fikseeritakse selles Curie' punkti läbimisel sellel hetkel kehtiv Maa magnetiline polaarsus (st. kas normaal- v. pöördpolaarsus). Pideva ookeanipõhja laienemise protsessil tekivad kummalegi poole riftiorgu vahelduvad ookeanipõhja kivimite normaal- ja pöördpolaarsusega magnetanomaaliate ribad e. vööndilised magnetanomaaliad. Igale vööndile antakse tema kivimite vanuse määramise järel kindel number, mille alusel korreleeritakse ookeanipõhja eri piirkondade vanuselist vahekorda.

Paleomagnetism on tähtis vahend mandrite triivi uurimiseks ning see selgitab miks on geoloogilises ajas toimunud geograafiliste ja magnetiliste pooluste näiv liikumine . Saksa paleoklimatoloog ja mandrite triivi hüpoteesi autor Alfred Wegener järeldas paleoklimaatilistele uurimustele tuginedes, et geoloogilise ajaloo vältel on Maa geograafilised poolused muutnud oma asukohta (sama piirkonna erivanuselised kivimid, samuti neis sisalduvad fossiilid olid tekkinud eri klimaatilistes tingimustes). See argument tõendas Wegenerile samuti mandrite triivi. Samale järeldusele võib tulle ka Eesti aluspõhja kivimeid uurides - vanemad Paleozoikumi e. Vendi ja Kambriumi kivimid on normaalmerelised, tekkinud mõõdukatel geograafilistel laiustel. Alates Ordoviitsiumi teisest poolest, eriti selgelt aga Siluri kestel on Eesti alal valitsenud tüüpilised soojad ekvatoriaalmerelised tingimused.

Sarnane resultaat saadi ka ühe piirkonna erivanuseliste kivimite magnetiliste pooluste asukoha (orientatsiooni) uurimisel, millest algselt järeldati, et magnetpoolused triivivad. Kuid erinevatel kontinentidel asuvad samavanuselised kivimid viitasid üllatuslikult magnetpooluste erinevatele asukohtadele, mis tähendab, et justkui Maal oleks samal ajahetkel olnud igal kontinendil oma magnetiline poolus, mis on täiesti ebareaalne. Lihtsam on seda seletada faktiga et kontinendid on muutnud oma orienteeritust ja asukohta püsivate geograafiliste ning magnetiliste pooluste suhtes.

MAA SOOJUSVOOG, GEOTERMILINE GRADIENT

Maa sisemuses toodetav soojusenergia ja selle allikad

Maasisese soojusenergia avaldumisvormideks maapinnal on vulkaanid, termaalalad, kuumaveeallikad, samuti kaevandustes ja puuraukudes tõusev temperatuur jpm.

maasisese soojusenergia allikad:

1) algne soojus mis kogunes Maa moodustamisel temale langevate osakeste (asteroidide, planetesimaalide jmt) põrkumise kineetilise energia muundumisel soojusenergiaks;

2) radioaktiivsete isotoopide lagunemisel eralduv soojus,

3) mineraalide kristallstruktuuride kollapseerumisel eralduv energia (aatomite pakinduse muutus)

1) konduktiivne transport e. osakeste soojusjuhtivuse teel kuumemalt alalt Maa sisemuses külmema ala e. maakoore suunas. Kivimid on üldiselt halvad soojusjuhid ja kui see oleks ainus soojuse edasikandmise viis, siis peaks algselt sisemuses sulanud Maa veel tänapäevani olema sulas olekus...

2) konvektiivne transport e. konvektsioonvoolude teel - kuumenenud ainese paisumine erikaalu vähenemine ja tungimine ülespoole (see viis on palju efektiivsem).

Maa geotermiline gradient

Otseste mõõtmiste järgi kevandustes ja puuraukudes tõuseb maakoore kõige ülemises osas temperatuur ~30°C 1 km kohta.

Teoreetiliselt ei saa selline gradient kehtida kuigi sügavale, kuna selle järgi oleks temperatuur juba 100 km sügavusel ~2500-3000°C, mille tagajärjel sulaksid juba suurem enamus kivimeid ja temperatuur Maa tuumas ulatuks kümnete tuhandete kraadideni. Viimane tähendaks, et suurem osa Maa sisemusest peaks olema vedelas olekus. Seda ei kinnita seismoloogilised andmed...

Tõenäoliselt pidurdub selline kiire temperatuuri tõus märgatavalt juba päris maakoore ülaosas ja enamuses vahevöös on see keskmiselt 1°C km kohta.

Tuginedes Maa sisemusest (vahevööst) pärineva laavade temperatuuridele, laboratoorsetele andmetele (nt. metallilise raua sulamistemperatuur), ning seismika andmetele arvati pikka aega, et temperatuur Maa välis- ja sisetuuma piiril on 3700°C ja Maa tuumas ~4000°C. Siiski tuleb olekumuutuste modelleerimisel arvestada ka rõhumuutuste ning ainese struktuuri korrastumisega, mistõttu on nii teoreetiliselt kui ka eksperimentaalselt näidatud, et temperatuur välis- ja sisetuuma piiril on 6600°C ja Maa tsentrumis 6900°C.
 

Maa soojusvoog

Väike osa Maa sisemisest soojusenergiast eraldub pidevalt maapinna kaudu - seda nimetatakse Maa soojusvooks.

Esmapilgul üllatavalt on õhukese ookeanilise ja paksu kontinentaalse maakoore soojusvoog on enam vähem võrdne. Põhjuseks on  esimesel vahevöö kivimite suhteline lähedus (maapinnale), teine sisaldab tunduvalt rohkem radioaktiivseid elemente.

Sellest tulenevalt võib öelda et Maa soojusvoog on määratletud peamiselt kahe faktori poolt:

1) kuumade vahevöökivimite (magma) soojusvoog
2) maakoore radioaktiivsete elementide sisaldus

Paljudes Maa regioonides on soojusvoog kõrgem keskmisest. See võib olla tingitud magmakolde või veel jahtuva magmakivimite intrusiivi (magmakoldest maakoorde tunginud magmakeha) olemasolust maapinnas või ka nt radioaktiivsete kivimite kehast. Regionaalsel skaalal on kõrge soojusvoog laialdastel aladel põhjustatud kuuma vahevöö kivimite tõusmisest õhukese maakoore alla nagu nt ookeani keskahelikel ja samuti kuuma täpi piirkonnad (nt Havai saared), kus toimub sügavuses kuumenenud maasisese ainese kerkimine diapiirilaadsete hiidtilkadena Maa kõrgematesse sfääridesse 

Igor Tuuling