Maa magnetväli

Maa magnetväli on planeeti Maa ümbritsev ligikaudu magnetdipooli ülesehitusega magnetväli, mis tuleneb planeedi seesmistest füüsikalistest protsessidest. Maa magnetvälja tähtsus on ulatuslik. Välja puudumise korral puhuks Päikesest lähtuv päikesetuul planeedi atmosfääri avakosmosesse, ookeanid aurustuksid ja kahjulik UV-kiirgus hävitaks eluslooduse. Näiteks arvatakse, et planeedil Marss oli varem tugevam magnetväli, mis suutis hoida tihedamat atmosfääri kui on planeedil praegu. Magnetvälja kasutavad navigeerimiseks mitmed looma- ja linnuliigid. Maa magnetvälja teevad osaliselt nähtavaks virmalised, mis tekivad Päikese ioontuule mõjul Maa poolustel, millesse magnetväli koondub. Maa lõuna- ja põhjapoolus muudavad magnetvälja genereerivate protsesside tõttu asukohta. Kusjuures ei asu poolused Maa kujuteldava diameetri otspunktides (on ebasümmeetrilise paigutusega). Pooluste liikumine ei ole sünkroonitud ning toimub erinevas tempos ja suunas. Maa pöörlemistelje suhtes on magnetväli 11-kraadise nurga all. Magnetvälja ulatust mõjutab põhiliselt Päikeselt lähtuv ioontuul, aga ka Päikesesüsteemi planeetide vaheline magnetväli. Lisaks on ookeanipõhja vulkaaniliste kivimite analüüsi alusel leitud, et Maa magnetväli vahetab keskmiselt iga paarisaja tuhande aasta järel poolusi, ehk lõunapoolusest saab põhjapoolus ja põhjapoolusest lõunapoolus. Magnetvälja ja päikesetuule kohtumise ja ionosfääri vahelist ruumi nimetatakse magnetosfääriks. Maa magnetvälja kirjeldavaid mudeleid on mitmeid. Varem arvati, et Maa sisemuses on suur püsimagnet. Hilisema ja populaarsema mudeli järgi toodab Maa magnetvälja nn geodünamo . Maa 5150–6360 kilomeetri sügavusel asuvat tahket sisetuuma ümbritseb 2890–5150 kilomeetri sügavusel asuv vedel välistuum, milles toimuvad sarnaselt vahevööga soojuse ülekandega seonduvad aine konvektsioonivoolud. Välistuuma moodustab suuremas osas sulaolekus raud, mis on hea elektrijuht. Maa pöörlemise ning johtuva konvektsiooni tõttu tekivad sularaua voolud, mis omakorda indutseerivad elektromagnetvälja. Lihtsustatuna on nähtus kirjeldatav Ampere'i tsirukaltsioonilausega. Tänu Lorenzi jõule ja Coriolisi efektile on välistuumas konvektsioonivoolud spiraalse kujuga. Spiraalselt liikuvad ioonid põhjustavad aga elektrivoolu, mis omakorda genereerib dipoolisarnase magnetvälja. Pooluste liikumise kiiruseks on täheldatud kuni 40 kilomeetrit aastas. Pooluste rände põhjustavad arvatavalt välistuuma, milles magnetväli tekib, liikumise iseärasused. Välistuum pöörleb aastas kuni 0,2 kraadi rohkem kui tahke maakoor. Lisaks on välistuumasisesed protsessid ebakorrapärased. Mainitud mõjurite ja magnetvälja inklinatsiooniga pöörlemistelje suhtes selgitataksegi pooluste rännet. Maa magnetvälja ajalugu kajastub muu hulgas ookeanipõhja riftivööndites tardlaavas. Osad basaltkivimid säilitavad tardumisel välise magnetvälja suuna. Pooluste vahetumisel välja suund muutub. Korduvatel pooluste vahetumisel tekib miljonite aastate lõikes erisuunaliste magnetväljadega tardkivimite kihistik. Erinevate meetoditega on võimalik kihtide vanust määrata. Viimane vahetumine toimus ligikaudu 780 000 aastat tagasi. Vahetumine on ebaregulaarne, keskmiselt 300 000 aastase perioodiga, nähtus. Järgmist pooluste vahetumise sündmust ei osata seetõttu prognoosida. Tekkepõhjusteks arvatakse ühest küljest stohhastilisi protsesse. Teisest küljest võib vahetumist põhjustada näiteks laama subduktsioon, mis võib vahevöö konvektsiooni häirida ning pöördumisprotsessi algatada. Juhul kui magnetväli selles protsessis hajub, siis võtab see aega kuni paar tuhat aastat. Magnetvälja tugevus on suurim poolustel ja nõrgim ekvaatoril. Globaalselt jääb magnetvälja tugevus 0,25–0,65 gausi piiresse. Võrdlusena on keskmise külmkapimagneti tugevus ligikaudu 100 gaussi. Välja tugevuse miinimum on Lõuna-Ameerika kohal, maksimum aga Põhja-Kanada, Siberi ja Austraaliast lõunasse jääval Antarktika ranniku kohal. Maa magnetvälja tugevus on alates 19. sajandist vähenenud kuni 10% võrra. Maamagnetism NASA, https://web.archive.org/web/20130126052242/http://solarsystem.nasa.gov/planets/profile.cfm?Object=Mars Lee R. Kump, James F. Kasting, Robert G. Crane, The Earth System 2nd edition, Pearson Prentice Hall, 2004, lk. 125. A. M. Soward, Geomagnetism and Palaeomagnetism, NATO ASI Series, 1988, lk. 298. NASA, https://web.archive.org/web/20120312090720/http://science.nasa.gov/science-news/science-at-nasa/2003/29dec_magneticfield/ NOAA, http://www.ngdc.noaa.gov/geomag/