Maa magnetväli (5)

Tallinna Pääsküla Gümnaasium
Maa magnetväli
Referaat
Õpetaja: ****
Õpilane: **** | 9a
Tallinn 2007
Maa vanus on hinnangute kohaselt 4,55 ± 0,05 miljardit aastat. Ümbermõõt on piki ekvaatorit 40 075,004 km ja keskmine raadius 6372,795 km, ligikaudne mass on 5,9742×1024 kg. Justkui hellitavalt kutsume teda oma koduplaneediks.
Veidi aga üle ühe kolmandiku massist moodustab 1,9×1024 kg kaaluv maa tuum, mis jaguneb omakorda vedelaks ning tahkeks sisetuumaks. Maa on gravitatsiooniliselt diferentseerunud koostisega, mistõttu asuvad rasked elemendid (nagu raud ja nikkel) enamalt jaolt tuumas. Vedela välistuuma liikuv (voolab kiirusega mõni kilomeeter aastas, kuid mis on endiselt miljoneid kordi kiirem, kui välisvöö ained), peamiselt rauast koosnev kiht tekitab soojusjuhtivuse teel elektrivoolu, mis omakorda indutseerib Maa magnetvälja.
Maa magnetväli on peaaegu nagu magnetiline dipool , mille üks poolus asub Maa geograafilise põhjapooluse ning teine lõunapooluse lähedal erinedes Maa pöörlemise teljest 11.3° võrra. Paleomagnetilised kirjed osutavad, et Maa magnetväli on eksisteerinud vähemalt kolm miljardit aastat. Mõned loomad, nende hulgas ka mesilased, kilpkonnad ja linnud, kasutavad Maa magnetvälja navigeerimisel.
(pildil: Maa geograafilised poolused ja Maa magnetilised poolused.)
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.
(pildil: Planeet Maa eri osad, seest-välja: tuum, välistuum, vahevöö, pinnakate.)
Kuid mis kasu toob Maa magnetväli meile kõige rohkem? Nagu kõik väljad, levib ka magnetväli lõpmatuseni kaotades jõudu distantsi pikenedes. Veel ka kümnete tuhandete kilomeetrite kaugusele kosmosesse jäävat välja osa kutsume me magnetosfääriks. Seal kaitseb väli meid päikesetuule (päikeses toimuvate protsesside tagajärjel laengu omandanud osakeste, mis mõjuksid elusorganismidele radioaktiivse kiiritusena) eest suunates osakesi maa pooluste suunas, kus nad siis atmosfääri sisenevad täites taeva virmalistega.
(pildil: Vasakul Päike ja paremal Maa koos ümbritseva “kaitsva” magnetväljaga.)
Kuid magnetosfäär võib tekitada ka probleeme. Neljal päeval igas kuus läbib Kuu Maa magnetvälja ning kuupind saab staatilise elektri laengu. Kord kuus möödub Maa kaaslane oma orbiidil läbi magnetvälja saba, mis on suunatud päikesest eemale ning selle saba keskel on laetud osakeste voog. Osakesed tekitavadki kuupinnal staatilise elektri, mida on kinnitanud ka jälgimistulemused NASA Lunar Prospectori nimeliselt kosmosejaamalt aastal 1998. Rutheford Appletoni nimelisest laboratooriumist doktor Mike Hapgoodi mudel pakub välja, et osakeste voog ei ole alati kindla tugevusega ning väli nõrgeneb ja tugevneb 18 aastase perioodiga. Selle põhjal arvab ta, et Apollo programmi ajal oli kiirgusväli väike ning on seda ka praegusel hetkel. Kõrghetk oli aga näiteks 90ndatel ning tõuseb jällegi peale 2012 aastat. USA, Venemaa, India ja Hiina on kõik lubanud saata mehitatud kosmosejaamad Kuu pinnale umbes 2020 aastaks - seega just selleks ajaks kui kuupind peaks olema täis staatilist elektrit. Probleemiks osutub see tõenäoliselt eeskätt kasutuselolevale elektroonikale ning kindlasti ei ole ohutu ka kuutolmu ettearvamatu käitumine. Hapgood selgitab, et staatiline elekter on üks vähem uuritud kosmoselennu ohte ning on väga oluline aru saada, kuidas sellised protsessid toimuvad, et oleks võimalik kosmose laevade projekteerijatel kasutada teaduslike uuringute tulemusi tulevaste kosmoseuurijate kaitsmiseks.
Päris negatiivset hoiakut aga kuu- uurijatel Maa magnetvälja suhtes arendama hakata küll ei tasu - mine tea, äkki üks päev meil seda enam ei ole? Tänasel päeval on Maa magnetväli umbes 10% nõrgem, kui see oli 1845. aasta, mil Carl Friedrich Gauss hakkas esimesena arvet pidama tema tugevuse kohta. Tuginedes tardunud laava uurimistele üle maailma on pakutud, et Maa magnetväli vahetab oma pooluseid intervalliga, mis ulatub kümnetest tuhandetest kuni mitmete miljonite aastateni (keskmiselt 250 tuhat aastat). Viimane selline sündmus, antud nimega Brunhes-Matuyama reversal, leidis teoorias aset 780 tuhat aastat tagasi.
Kui osa vedelast rauast tardub sisetuuma külge vabanevad kergemad metallid ning seda soojusenergia arvelt - toimub jahtumine , mis põhjustab lisa elektrivoo. Sammuti mõjutab ka Maakera pöörlemine sulanud raua voolusid tehes neisse kurve, mis omakorda siis väänavad magnetvälja tekkekuju. Tavaliselt joonduvad uued magnetväljad olemasolevaga, kuid aeg-ajalt võivad tekkinud väljad võtta ka vastupidise suuna. Selline sündmuste kulg võib viia vana magnetvälja nõrgenemiseni ning uue välja kasvades
võivad nad üksteist nullida. Maa magnetväli kukuks kokku ning siis, võib-olla, pöörduks ümber uue välja suunale. Pöördumisprotsess võib aega võtta aga mõnest sajast kuni paari tuhande aastani. Tõenäolisem on aga ikkagi see, et olemasolev väli taastab oma stabiilsuse ning midagi ei juhtu.
„Väli on muutnud oma suunda korduvalt juba minevikus ning Planeedil Maa pole elu siiamaani lakanud,” ütleb California Ülikooli Maa teadlane ning magnetvälja ekspert Gary Glatzmaier.
Kasutatud allikad
http://et.wikipedia.org/wiki/Maa_tuu m
http://www.postimees.ee/010104/online_uudised/122968.php
http://news.nationalgeographic.com/news/2004/09/0909_040909_earthmagfield.html
http://www.es.ucsc.edu/~glatz/geodynamo.html
http://www.minut.ee/article.pl?sid=07/04/16/233246
http://lepo.it.da.ut.ee/~arps/maateadus/MT_magnetvali_soojusvoog.ht m
http://et.wikipedia.org/wiki/Maa_(planeet)
http://en.wikipedia.org/wiki/Earth