Manyetik kutuplar artık daha hızlı yer değiştiriyor
Manyetik kutup nedir ve nasıl hesaplanıyor?
Dünya’nın devasa bir mıknatıs olduğu aslında William Gilbert’ın ünlü eseri De Magnete’nin yayınlandığı 1600 yılından beri biliniyor. Dünya’nın içinde bir çubuk mıknatıs varmış gibi ve onun etrafında da manyetik alan oluşturan kuvvet çizgileri varmış gibi tahayyül ederiz. Neden böyle bir varsayıma ihtiyaç olduğunu da jeo-dinamo denilen hipotetik bir modelle açıklıyoruz. Bir dinamonun çalışması için manyetik alan içerisinde dönen ve elektrik iletkenliği yüksek olan bir disk olmalı. Günlük hayatımızdaki dinamolar da bu prensiple çalışır ve jeo-dinamo modeli ise bu prensibin yer bilimlerine adapte edilmiş hali.
Dünya bu modele nasıl yerleştiriliyor?
Dünya’yı bir elma gibi düşünürseniz en dışında yaklaşık olarak 30-35 km kalınlıkta oldukça ince bir kabuk var, onun altında büyük ve yoğun bir kütle olan manto var. 2900 km derinde de daha yoğun çekirdek var. Çekirdek de kendi içinde ikiye ayrılıyor ve büyük oranda demir olmak üzere metallerden oluşuyor. En önemli özelliklerinden biri de dıştaki katmanın sıvı olması ve bu sıvı katman dönen bir disk gibi davranıyor olması. Dinamonun çalışması için gereken elektrik iletkenlik de çekirdeği oluşturan metaller sayesinde sağlanıyor. Geriye sadece manyetik alan kalıyor ve bunu açıklamak için de Edward Bullard “self-exciting dynamo” (kendi kendini tetikleyen dinamo) isimli bir model geliştirmiş. Maxwell denklemlerinde gösterildiği gibi bir yerde elektrik alanınız olursa manyetik alan da gelişir. Kendi kendini tetikleyen dinamo mekanizması sayesinde Dünya’nın çevresinde Faraday’ın tarif ettiği ilk dinamoda yer alan at nalı gibi bir mıknatısa ihtiyaç olmadan Dünya’nın içinde ve etrafında sürekli ama zaman içerisinde değişen bir manyetik alan oluşur. Bu noktadan hareketle de Dünya’nın içinde kuvvet çizgilerini oluşturan çift kutuplu bir yapı varmış gibi kabul ederiz. Dipol olarak adlandırdığımız bu yapının yer yüzeyindeki izdüşümlerine manyetik kutuplar diyoruz.
Peki bu noktalar nasıl belirleniyor?
Bir noktanın manyetik alanını kaydettiğiniz zaman aslında çok sayıda bileşenin birleşimi olan F (toplam) alanını ölçmüş oluyorsunuz. F‘in yüzeydeki izdüşümünün (diğer bir değişle H bileşeninin) coğrafik kuzey ile yaptığı açıya, D (deklinasyon) açısı denilir, pusulada gördüğümüz şeydir. Eğer manyetik kutuplar üzerinde yer manyetik alan bileşenlerini ölçerseniz, sadece aşağı doğru olan bileşenin, yani Z bileşeninin baskın olduğunu, diğer bileşenlerin sıfıra yaklaştığını görürsünüz ve kutuplardan birinde olduğunuzu böylece anlarsınız.
Coğrafi kutuplarla manyetik kutupların doğrudan bir bağlantısı var mı?
Coğrafi kutuplar Dünya’nın dönme ekseninin yer yüzeyindeki izleridir ve aşağı yukarı sabittir. Aslında onlar da senelik çok az da olsa bir kayma yaşıyorlar ve bu kayma da Dünya’nın dönerken kendi ekseninde yalpaladığının göstergesi. Bunu en ilkel manada şöyle düşünebilirsiniz, yumurtayı pişmiş halde döndürmeye çalışmanızla içinde sıvı olduğu halde döndürmeye çalışmanız arasında ciddi bir fark vardır. Dünya’yı da yumurta gibi düşünün, içi sıvı dolu ve bu sıvı sürekli yalpalıyor; dönüşün içerideki sıvıya etkisi olduğu gibi sıvının ürettiği manyetik alanın da manyetik kutuplara etkisi var. Coğrafi kutuplar ve manyetik kutuplar iki farklı düzenek, illa ki birbirleriyle ilgililer ama doğrudan bir ilişkileri yok. Coğrafi kutuplar manyetik kutuplara kıyasla olabildiğince sabit, çünkü manyetik kutuplar dış çekirdekteki sıvıların yer değiştirmesine bağlı olarak bazı değişimler yaşıyorlar. Bunun en ekstrem hali “reversal” denilen terslenme dönemlerinde belirgin oluyor. Sıvı çekirdeğin ürettiği manyetik alanın da bir ekseni var ve yaklaşık olarak 11,5 derece ki bu da zaman içerisinde değişiyor.
“Manyetik kutupların kayması yeni bir şey değil”
Bugün bu değişimin miktarı artmış durumda değil mi?
Aslında bu çok yeni bir şey değil, 1990’lı yıllardan itibaren radikal farklılıklar gözlemlenmeye başlandı. Eskiden 10 km/yıl’lık kadar bir hareket varken bugün 50- 55 km’ye yakın bir değişimden söz ediyoruz. Her 5 yılda bir yayımlanan bir model var ve neredeyse 20 senedir manyetik kutbun tuhaf davrandığını gözlemliyoruz.
İşin politik tarafı da var. Son dönemde Trump hükümeti jeo-manyetik rasathanelere maddi kaynağı azalttı. Amerika bu konuda etkili ülkelerden biri çünkü 8 tane manyetik rasathanesi var. Bunu kaydetmeyi bırakmamaya yönelik de önemli bir dayanışma gösteriliyor bilim insanları arasında çünkü bilim dünyasını etkilediği gibi endüstri dünyasını da etkileyen bir konu, en basitiyle yön kavramını düşünün. Bugün hala GPS'in çalışmadığı yerlerde pusula kullanılıyor, örneğin madencilikte çok önemli.
Peki, kaymaların sebebi biliniyor mu?
Evet biliniyor, onu anlatabilmek için biraz Güneş’i de tanımak lazım. Güneş de devasa bir dinamo ve Güneş’in terslenmesi çok daha sık oluyor. Güneş’in kutupları her 11 yılda bir tersleniyor, en son 2013 ya da 2014'te terslendi. Bu konu aslında sadece Dünya’ya özgü değil ve manyeto-hidro-dinamik (MHD) denilen bir alan altında çalışılıyor. Manyeto-hidro-dinamik sıvı ya da gazların manyetik alan üretme yeteneğiyle ilgilenir ve ciddi bir matematik bilgisi gerektirir. İki tane başlıca denklemi var, biri Navier-Stokes diye geçer, içinde pek çok parametre olan bir formül. İkinci denklem ise manyetik indüksiyon denklemi yani manyetik alanın uzaktan etkilemeşini (irgitim) açıklayan formül. Bu iki formülle simülasyonlar yapılarak manyetik alanın nasıl bir var olduğu matematiksel olarak modelleniyor, daha da doğrusu simule ediliyor; ancak bu formüllerde o kadar çok parametre ve denklem işin içine giriyor ki çok büyük işlem kapasitesine sahip süper bilgisayarlar kullanmak gerekiyor. Güçlü ve çok miktarda işlemcilere ihtiyaç duyulmasının diğer sebebi de çok uzun bir sürenin taranmak zorunda olması.
Dünya’nın yaşı yaklaşık olarak 4.6 milyar yıl ve yaklaşık 4 milyar yıldır manyetik alana sahip. Diğer bir deyişle jeo-dinamo 4 milyar yıldır çalışıyor. Tamamının taranıp gerçekçi bir şekilde simüle edilmesi gerekli. Elimizde son 150-200 senenin ölçüsü var ve bu veriye uyacak bir model geliştirmek gerekiyor ki geliştirildi de. Geliştirilen simülasyonlar oldukça doğruydu çünkü terslenmeler bile tespit edilebildi. Geliştirilen modelde belli dönemlerde kutupların kaydığını görüyorsunuz, sonra daha önce bahsettiğimiz gibi terslenme dönemlerinde, ki bu süreç yaklaşık olarak 10 - 15 bin sene sürüyor ve çok kutuplu bir karmaşa dönemi yaşanıyor. Ardından kutuplar terslendikten sonra yeniden (bizim anladığımız manada) sabit duruma geçiliyor.
Bu kaotik dönemde dünyada neler olmuş, canlılar bu durumdan nasıl etkilenmiş?
Bunun etkisini hiçbirimiz yaşamadık, hiç tecrübe edilmiş bir şey değil. Canlı hayat illa ki bu süreçten geçti ama homosapiens dediğimiz modern insan bunu yaşamadı. 700 bin senelik bir geçmiş söz konusu, onun için nasıl bir etki yaşayacağımızın cevabı yok; ama spekülatif şeyler var. Mutasyonlara sebep olduğunu söylerler, dinozorların bu nedenle yok olduğunu söylerler. Son 5 milyon yılda onlarca defa manyetik alan terslenmiş. Manyetik alan aynı zamanda Dünya'mızın kalkanı gibi davranır. Güneş patlamaları sırasında uzaya büyük miktarda malzeme saçılıyor ve Dünya'ya da geliyor ama Dünya'nın kendi manyetik alanı bir savunma mekanizması gibi davranarak o malzemeleri itiyor. O malzemeler Dünya'ya girişi sadece kutuplardan yapabiliyor, çünkü oralarda manyetik alan zayıflamış vaziyette. Kuzey (Aurora Borealis) ve Güney (Aurora Australis) ışıkları da yüklü parçacıkların atmosferdeki kimyasallarla reaksiyona girmesi sonucu oluşuyor. Dünya'nın manyeto-hidro-dinamik mekanizmaya sahip olması canlı hayatın gelişmesinin anahtarlarından biri olabilir ve manyetik alanımız kısa süreli bile gücünü yitirirse bu malzeme Dünya'nın her yerinden giriş yapabilecek hale gelecek.
Peki, yakın zamanda manyetik alanın ters dönmesine dair bir teori var mı?
Son 150-200 senedir manyetik rasathanelerde manyetik alan ölçülüyor ve her 5 senede bir International Geomagnetic Reference Field (IGRF) ismiyle bu sonuçlar yayınlanıyor. En son 2015’te manyetik alan modeli oluşturuldu ve 2020 için de bir model öngörüldü; ancak Nature makalesinde de konu edildiği üzere 2019'a geldiğimizde 2020 için öngörülen modelin doğru olmadığı tespit edildi. Manyetik kutupların kayması da bunun göstergelerinden biri. Simülasyonlarla belirli bir oranda öngörü yapılabilir ancak gelecekte ne olacağını tam olarak bilmek mümkün değil çünkü çok fazla parametre var. Dünya’nın içinin çok iyi bir şekilde resmedilmiş olması gerekiyor, bu kolay bir şey değil.
“Manyetik alan gezegenimizde canlı hayatın gelişmesinin sebeplerinden biri”
Peki, iklim değişikliğinde insan tarafından yaratılan sebeplerin olması gibi manyetik kutupların kaymasında da insanın bir etkisi bulunuyor mu?
Biz aslında sadece elmanın kabuğunda yaşıyoruz, düşünün Dünya’nın yarıçapı aşağı yukarı 6380 km iken kabuğu ortalama 33 km, yani çok büyük bir sistemin içindeyiz. En derin depremler bile 600-700 km’de gerçekleşebiliyor. Çok büyük bir kütleden bahsediyoruz ve kendine göre sistemleri, mekanizmaları var. İnsanoğlunun bunu kolay kolay etkileyebileceğini zannetmiyorum. Bir yandan her zaman Güneş’in Dünya üzerindeki etkisinin artabileceği bir sistemde yaşıyoruz. Örneğin Mars’ta canlı hayatın gelişmemesinin sebeplerinden biri manyetik alanının etkili bir biçimde oluşmaması ve var olan zayıf manyetik alanının da Güneş tarafından süpürülmüş olması olabilir.
O halde manyetik alan Dünya’nın Güneş’e karşı kendini koruduğu kalkanlar gibi görülebilir, peki bu kalkanlar ne kadar sürdürülebilir, bir gün Mars’ın başına gelenler Dünya’nın da başına gelebilir mi?
Bu birden olacak bir şey değil. Dünya’nın manyetik alanı birdenbire yok olmaz. Normal şartlarda Güneş'ten gelen malzeme Dünya’ya yaklaşık 16-18 saatte ulaşıyor ve manyetosferimiz tarafından manyetopoz olarak adlandırılan bir bölgede karşılanıyor. Dünya’nın manyetik alanı gelen malzemeyi etrafımızdan dolaşacak şekilde yönlendiriyor ve bizi koruyan bir zarf gibi davranıyor. Bir nevi süpürüyor diyelim. Ancak az bir miktar malzeme kutuplardan içeri girdikten sonra iyonosferde salınıyor. Kısaca savunma mekanizmamız bu şekilde işliyor. Kutupların terslenmesi de uzun bir sürede gerçekleştiği için Güneş’in etkisi doğrudan nüfuz etmiyor, koruyucu zarfımız nedeniyle edemiyor. Eğer bahsettiğimiz kutuplarda yaşanan yer değiştirme yeni bir terslenmenin başlangıcı ise, bana sorarsanız hazırlık için yeterince vaktimiz var. İnsanoğlu üzerindeki etkilerini de hiç yaşamadığımız için öngörmek zor, sadece Güneş’in aktif olduğu yıllardan birinde, 1989’da, Güneş patlamasının etkisi Kanada’da görülmüş ve Kanada’nın bütün elektrik sistemi çökmüş, belki de bu örnek gerekli önlemleri almamız için bir uyarı.
Son olarak manyetik alanın ölçüldüğü sayılı merkezlerden biri olan, Boğaziçi Üniversitesi Kandilli Rasathanesi ve Deprem Araştırma Enstitüsü’ne bağlı İznik Rasathanesi’nin çalışmaları hakkında kısaca bilgi verir misiniz?
Rasathane İznik’in İnikli isimli bir köyünde ve 1947 yılından beri İstanbul-Kandilli’de sürdürülen ölçümlerin devamı niteliğinde 2005 yılından bu yana ölçüm yapılan bir konumda. Manyetik ölçümlerin Kandilli’den İznik’e taşınmasının başlıca sebebi İstanbul’daki elektromanyetik kirlilik. İznik’te gerçekleştirilen manyetik alan ölçümleri günlük olarak dünyadaki merkezlerle paylaşılıyor. Manyetik alan kaydı yapılırken 2 çeşit cihaz kullanılıyor, biri absolut (mutlak) ölçüm yapıyor, biri de varyometreler ile değişimleri ölçüyor ve sene sonunda bu iki ölçümle elde edilen veriler birleştiriliyor. Absolut ölçümler varyometrelerin ölçümlerine baz teşkil ediyor ve 365 gün boyunca manyetik alanın nasıl değiştiği kayıt altına alınabiliyor. Türkiye’de şu anda bunu yapan başka bir merkez yok ama bana göre en azından bir ya da iki tane daha merkez olması iyi olur; çünkü bu ölçümler endüstride ya da madencilikte de kullanılan önemli bilgiler sağlıyor.
Söyleşi: Gizem Seher/ Kurumsal İletişim Ofisi
Fotoğraflar: Kenan Özcan
