પ્રાચીન ભૂચુંબકત્વ (Paleomagnetism)

પ્રાચીન ભૂચુંબકત્વ (Paleomagnetism) : પૃથ્વીના પ્રાચીન ચુંબકીય ક્ષેત્રના ઇતિહાસનો અભ્યાસ. સમગ્ર ભૂસ્તરીય કાળ દરમિયાન અમુક અમુક ગાળે પૃથ્વીના ચુંબકીય ક્ષેત્રની દિશા અને તીવ્રતામાં ફેરફારો થયેલા છે અને તેને કારણે ચુંબકીય ધ્રુવોની સ્થિતિ બદલાતી રહી છે. જુદા જુદા ભૂસ્તરીય કાળગાળાઓ દરમિયાન થયેલા આ પ્રકારના ફેરફારોનાં અન્વેષણો પ્રાચીન ભૂચુંબકત્વની ક્ષેત્રમર્યાદામાં આવે છે. ખંડોની ભૂતકાલીન સ્થિતિનો તાગ મેળવવા માટે આ અભ્યાસનું મહત્વ છે, વિશેષે કરીને તે ખંડીય પ્રવહન-સિદ્ધાંતની યથાર્થતા માટે ઉપયોગી નીવડ્યો છે.

ખડકો જે તે સ્થાનમાં જ્યારે જ્યારે બને છે ત્યારે તેમાં તૈયાર થતા ખનિજઘટકો ચુંબકીય ગુણગ્રહણશીલ હોવાને કારણે ચુંબકીય ક્ષેત્ર ઊભું કરે છે. ખડકોમાં તે ચુંબકીય અવશેષો તરીકે કાયમ માટે જળવાઈ રહે છે. આવા ખડકો તે તે સ્થાનના ચુંબકીય ક્ષેત્રની ચોક્કસ દિશા અને તીવ્રતા દર્શાવી શકે છે. તેમના અભ્યાસ પરથી તે તે કાળની ભૂચુંબકીય સ્થિતિનો અભ્યાસ કરી શકાય છે. આ રીતે ઉદભવતું ચુંબકીય ક્ષેત્ર ધ્રુવત્વ મેળવે છે. ઉત્તર ચુંબકીય ધ્રુવ એ તેનો સામાન્ય ધ્રુવ ગણાય છે, પરંતુ જ્યારે હોકાયંત્રની સોયનો ઉત્તર છેડો દક્ષિણ દિશા દર્શાવે ત્યારે ધ્રુવત્વ વ્યુત્ક્રમી બને છે અને તે તેનો દક્ષિણ ધ્રુવ બની રહે છે. જુદા જુદા ખંડોના ખડકોમાંના અવશિષ્ટ ચુંબકીય ક્ષેત્રના અભ્યાસ પરથી જાણવા મળે છે કે જુદા જુદા કાળગાળે ધ્રુવત્વમાં ફેરફારો થયેલા છે, જેના પરથી અંદાજ મેળવી શકાય છે કે ખંડો કાયમ માટે એકસરખી સ્થિતિમાં રહ્યા નથી, ખંડોનું પ્રવહન થયેલું છે, તેમણે પોતાનાં સ્થાન બદલ્યાં છે અને હજી પણ બદલશે. પ્રાચીન ભૂચુંબકીય તીવ્રતા દર્શાવે છે કે સમગ્ર ભૂસ્તરીય કાળ દરમિયાન પૃથ્વીની ચુંબકીય તીવ્રતા 2ના અવયવથી વધારે ચલિત થઈ નથી.

ખડકોનું ચુંબકન (Magnetization of rocks) : ચુંબકીય અભ્યાસ કરવાનું શક્ય એટલા માટે બની રહે છે કે અમુક ખડકો તેમની ઉત્પત્તિ વખતે જ કાયમી ચુંબકત્વ પ્રાપ્ત કરી લે છે અને તે કાયમ (કેટલાક ખડકોમાં કરોડો વર્ષો) માટે એક રેકર્ડ(record) તરીકે જળવાઈ રહે છે. લાવાપ્રવાહો અને ગ્રૅનાઇટ કે ગ્રૅબ્બ્રો જેવા અગ્નિકૃત ખડકો જ્યારે તેમની મૂળભૂત દ્રવ સ્થિતિમાંથી ઠંડા પડે છે ત્યારે ચુંબકીય બની રહે છે. ઠંડા પડવાની ક્રિયામાં, મૅગ્નેટાઇટ (Fe₃O₄) જેવાં ચુંબકીય ખનિજો ક્યુરી બિંદુમાંથી પસાર થતાં હોય છે. ક્યુરી બિંદુ એ એવો તાપમાન-આંક છે, જે ક્ષણે ખનિજ પૃથ્વીના ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં કાયમી ચુંબકત્વ પ્રાપ્ત કરી લે છે; દા.ત., મૅગ્નેટાઇટનું ક્યુરી બિંદુ 575° સે. છે. તે ઠરતી વખતે ચોક્કસ રેખીય દિશામાં ઘનિષ્ઠપણે ગોઠવાઈ જાય છે. આ સ્થિતિ વાતાવરણના સામાન્ય તાપમાને ભૌતિક અને ચુંબકીય વિક્ષેપ સામે ટકી રહી શકે છે. આ પ્રકારના ચુંબકનને ઉષ્ણતાજન્ય અવશિષ્ટ ચુંબકન (thermal remnant magnetization = TRM) કહે છે. તેની ચુંબકીય તીવ્રતા પૃથ્વીના ચુંબકીય ક્ષેત્રની તીવ્રતાના સમપ્રમાણમાં (proportional) હોય છે. આ ઉપલબ્ધિ પ્રાચીન ચુંબકીય તીવ્રતાના અભ્યાસ માટે પાયારૂપ આધાર (basis) બની રહે છે.

બીજા પ્રકારનું કાયમી ચુંબકન રાસાયણિક અવશિષ્ટ ચુંબકન (chemical remnant magnetization = CRM) કહેવાય છે. હેમેટાઇટ જેવું ખનિજ મૅગ્નેટાઇટ કે ગોઇથાઇટ જેવા અન્ય લોહજન્ય ખનિજના ઑક્સિડેશન દ્વારા ઓછા ઉષ્ણતામાને વિકાસ પામે ત્યારે આવું ચુંબકન પ્રાપ્ત થાય છે. જેમ જેમ ખનિજ વિકસતું જાય છે તેમ તેમ તે ત્યાં અસ્તિત્વ ધરાવતા ચુંબકીય ક્ષેત્રની દિશા મુજબ ચુંબકત્વ પ્રાપ્ત કરતું જાય છે. પૃથ્વીનું આ ચુંબકીય ક્ષેત્ર કુદરતી સંજોગો અનુસાર તૈયાર થતું હોવાથી તે પરિણામી ચુંબકન ગણાય છે.

ત્રીજો પ્રકાર કણજન્ય અવશિષ્ટ ચુંબકન(detrital remnant magnetization = DRM)નો છે. આ ચુંબકન અગાઉ પ્રાપ્ત કરેલા TRM કે CRM ધરાવતું ખનિજ જ્યારે માતૃખડકમાં રહેલા તેના મૂળ સ્વરૂપમાંથી ઘસારાજન્ય વિખેરણ પામે અને અન્યત્ર જળકૃત ખડકના ઘટક રૂપે જમાવટ પામે ત્યારે ઊભું થાય છે. આવા જૂના ચુંબકીય ખનિજકણો શરૂઆતમાં ભ્રમણશીલ હોય છે, પરંતુ જ્યારે શાંત જળમાં બેસતા જાય ત્યારે તે પૃથ્વીના ચુંબકીય ક્ષેત્રની રેખીય દિશામાં ગોઠવણી પામતા જાય છે.

ચુંબકનના આ પ્રકારો પૈકી અગ્નિકૃત ખડકોમાંનું TRM અને જળકૃત ખડકોમાંનું DRM વધુ વિશ્વસનીય ગણાય છે. ઉપર દર્શાવેલા પ્રકારો ખડકોમાં ચુંબકત્વના મુખ્ય સ્થાયી ઘટકો તરીકે વર્તે છે. સામાન્ય ખડકોમાં અન્ય પ્રકારનાં અવશિષ્ટ ચુંબકન પણ ઉદભવતાં હોય છે, જે પ્રાચીન ચુંબકત્વના અર્થઘટનમાં ગેરસમજ ઊભી કરે છે. સમરૂપ ઉષ્ણતાજન્ય અવશિષ્ટ ચુંબકન (isothermal remnant magnetizations = IRM) એ એક એવો પ્રકાર છે, જેમાં વાતાવરણના સામાન્ય તાપમાને, જ્યાં વીજળી પડે ત્યાં, આકસ્મિક તીવ્ર ચુંબકનક્ષેત્ર ઉદભવતાં, ખડકોમાં ચુંબકન પેદા થાય છે. અન્ય એક પ્રકાર સ્નિગ્ધ અવશિષ્ટ ચુંબકન(viscous remnant magnetization = VRM)નો છે, જેમાં ખડકોમાંની ચુંબકત્વની મૂળ દિશા, તે ખડકની રચના થઈ ગયા બાદ વિકસેલા પરિણામી કે અસ્થાયી ઘટકો દ્વારા આચ્છાદિત બની રહે છે. આ પરિણામી પ્રકારો પ્રાચીન ચુંબકત્વ માટે અવરોધ ઊભો કરે છે. આવા ઘટકો ચુંબકીય ક્ષેત્રની દિશા બદલાવાની સાથે પોતાની દિશા પણ બદલતા જાય છે.

ક્ષેત્રનમૂના અને માપન : ચુંબકીય ગુણધર્મધારક ખનિજકણોના દિકસ્થિતિમાપન માટે દિકસ્થિતિ સહિતના નમૂનાઓ મેળવવા જરૂરી બને છે. જે ખડક-એકમનું અન્વેષણ કરવાનું હોય તેના કોઈ વિવૃત ભાગમાંથી નમૂનાઓ એકત્ર કરવામાં આવે છે. આધુનિક અન્વેષણોમાં સામાન્ય રીતે શારકામ દ્વારા નમૂનાઓ મેળવાય છે. શરૂઆતમાં શારનમૂનાઓને માતૃખડક સાથે જ તેમની મૂળ સ્થિતિમાં જ રહેવા દઈને તેમની દિકસ્થિતિ ચુંબકીય હોકાયંત્રથી જાણી લેવાય છે. એક જ સ્થાનમાંથી કેટલા નમૂના લેવા તે ખડકપ્રકાર અને તેની સ્થિરતા પર આધાર રાખે છે. સામાન્ય રીતે 4થી 10 નમૂના લેવાય છે, પરંતુ તેમની પ્રાચીન ચુંબકીય ધ્રુવસ્થિતિની ગણતરી કરવાના હેતુ માટે વધારે નમૂના લેવાનું ઉચિત એટલા માટે ગણાય કે જેથી યોગ્ય સરેરાશ પર આવી શકાય, કારણ કે તેની દીર્ઘકાલીન (secular) ભિન્નતા(variation)નો કાળગાળાનો ક્રમ અન્વેષકોએ 10⁴ કે 10⁵ વર્ષનો મૂક્યો છે. આ માટે અન્વેષકો માને છે કે નમૂનાઓની પ્રાપ્તિ માટે ખડકવિસ્તાર બહોળો હોવો જોઈએ, અને તો જ યોગ્ય સમયગાળાના નિર્ણય પર આવી શકાય.

આ નમૂનાઓને પ્રયોગશાળામાં લાવીને નળી-આકારમાં કાપવામાં આવે છે. નળીઓનું ચુંબકીય દિશામાપન મૅગ્નેટોમિટર દ્વારા કરવામાં આવે છે. ખૂબ જ સંવેદનશીલ મૅગ્નેટોમિટર 1 x 10^–8 emu/cm³ (વીજચુંબકીય એકમ/ ઘનસેમી.) સુધીની તીવ્રતામાપનની ક્ષમતા ધરાવતું હોય છે. પ્રમાણભૂત તુલનાત્મક આધાર તરીકે અહીં એ નોંધનીય છે કે વધુ પડતું ચુંબકત્વ ધરાવતા લાવાપ્રવાહોની ચુંબકીય તીવ્રતા 1 × 10^–3 emu/cm³ હોય છે.

પ્રત્યેક (ચુંબકીય) દિશા ઉત્તરાભિમુખ સદિશ (north seeking vector) દ્વારા દર્શાવાય છે, જેને ક્ષૈતિજ ઘટક હોય છે, અથવા દિક્પાત (declination) D અને નમનકોણ (inclination) Iથી રજૂ થાય છે. દિક્પાત 0°થી 360° દિશાકોણ દ્વારા અને નમન 0°થી 90° અધોક્ષિતિજ માટે (+) અને ઊર્ધ્વ ક્ષિતિજ માટે (–) કોણ દ્વારા મુકાય છે. મૅગ્નેટોમિટરથી મળતા મૂલ્યનો ઉપયોગ કરીને સ્થાન અને ખડકરચનાની સરેરાશ દિશાની ગણતરી કરી શકાય છે, જોકે આ પ્રકારની ગણતરી માટે આંકડાકીય કોષ્ટકો ઉપલબ્ધ હોય છે.

ખડકોના એક જ સ્તરવિભાગમાંથી મેળવેલા સંખ્યાબંધ નમૂનાઓ પરથી તે સ્તરજમાવટ દરમિયાનની ચુંબકીય ધ્રુવની સ્થિતિ જાણી શકાય; એ જ રીતે ક્રમિક સ્તરોમાંથી મળેલી ધ્રુવની સ્થિતિની જાણકારી પરથી તે તે કાળગાળાઓની ધ્રુવની ચલિત સ્થિતિનો ચિતાર મળે. પ્રાચીન ચુંબકત્વના અભ્યાસમાં કોઈ પણ ખડક-એકમનું સામાન્ય અવશિષ્ટ ચુંબકન (normal remnant magnetization = NRM) લાંબા કાળગાળા માટે સ્થાયી રહ્યું છે કે નહિ તે નક્કી કરવું અગત્યનું બની રહે છે. આ માટે ‘ગેડ કસોટી’(fold test)ની પદ્ધતિ અપનાવાય છે. ગેડના ઊર્ધ્વવાંક–અધોવાંક બંને ભુજમાંથી નમૂનાઓ લઈ તેમની સરેરાશ ચુંબકીય દિશા નક્કી કરવામાં આવે છે. ત્યારપછી ગેડીકરણ થયા અગાઉ સ્તરોની ક્ષિતિજસમાંતર સ્થિતિ મુજબ દિશા નક્કી થાય છે – જો ચુંબકત્વ ગેડીકરણ પહેલાંનું હોય તો બંને બાજુ સરખી દિશા અને પછીનું હોય તો વિકેન્દ્રિત દિશા મળે છે. સ્થાયી ચુંબકત્વ માટેની બીજી ક્ષેત્રકસોટી કૉંગ્લોમરેટ કસોટી છે, જેમાં તેના ગોળાશ્મ નમૂના લેવાય છે. વિવિધ ગોળાશ્મોની ચુંબકીય દિશા અલગ અલગ મળે તો એમ ધારવામાં આવે છે કે કૉંગ્લોમરેટ બન્યો ત્યાં સુધી તેને મળતા રહેલા ગોળાશ્મ જે માતૃખડકમાંથી મળ્યા તેની ચુંબકીય દિશા તે ગાળા પૂરતી સ્થાયી હતી.

પ્રાચીન ચુંબકત્વના અભ્યાસમાં બિનજરૂરી TRM અને VRM જેવા પરિણામી ઘટકોને કાઢી નાખવાની યુક્તિઓવાળાં સાધનો વિકસાવાયાં છે અને એ રીતે મૂળ ચુંબકત્વની દિશા અને તીવ્રતા જાણી શકાય છે. 1950ના દાયકામાં જ્યારે આધુનિક પદ્ધતિઓની શરૂઆત હતી ત્યારે પૃથ્વીના અત્યારના ચુંબકીય ધ્રુવની સ્થિતિ પ્લાયસ્ટોસીન અને અર્વાચીન ખડકોના જૂથ પરથી જાણી શકાયેલી; જૂના અને વધુ જૂના ખડકોનાં અન્વેષણોના અભ્યાસ પરથી ધ્રુવોની સ્થિતિ વર્તમાન ધ્રુવીય ધરીથી વધુ ને વધુ દૂરની મળેલી છે. યુરોપના ખડકો પરથી નિમ્ન પૅલિયોઝોઇક કાળ વખતે ચુંબકીય ધ્રુવો પૅસિફિકમાં વિષુવવૃત્ત નજીક ગોઠવાયેલા હતા. આ રીતે પૃથ્વીના જુદા જુદા વિસ્તારોમાંથી મેળવેલા ચુંબકીય ધ્રુવોની સ્થિતિના નિર્ણયો પરથી જોકે જુદાં જુદાં પરિણામો મળ્યાં છે; અને એમ સૂચવાયું છે કે ખંડો અન્યોન્યના સંબંધમાં ખસતા ગયેલા છે. પ્રાચીન ચુંબકત્વની નોંધપાત્ર હકીકત તો એ છે કે ભૂસ્તરીય કાળગાળા દરમિયાન ઘણી વાર ચુંબકીય ક્ષેત્રનું વ્યુત્ક્રમણ થયા કર્યું છે. ભૂચુંબકીય ક્ષેત્રની વર્તમાન ધ્રુવસ્થિતિ જે રીતે છે તેમ હોય ત્યારે તેને સામાન્ય ધ્રુવીય સ્થિતિ કહેવાય છે, તેમ ન હોય ત્યારે વ્યુત્ક્રમી સ્થિતિ ગણાય છે. આ બંને સ્થિતિનો કાલાનુસારી સમન્વય કરીને પ્રાચીન ચુંબકીય કાળગણના-ક્રમ સ્થાપી શકાય છે.

ગિરીશભાઈ પંડ્યા