ભૂચુંબકત્વ

ભૂચુંબકત્વ (geomagnetism) (ભૂસ્તરીય) : પૃથ્વીનો ચુંબકીય ગુણધર્મ. પૃથ્વી સ્વયં એક ચુંબકીય ગોળો છે. તે ચુંબકીય દિકપાત અને ચુંબકીય નમન જેવા ઘટકો ધરાવતા દ્વિધ્રુવીય ચુંબક (dipolar magnet) તરીકે વર્તે છે. સૂર્યકલંકો અને સૂર્ય-ઊર્જાને કારણે ભૂચુંબકીય ઘટકો પર અસર થવાથી ફેરફારો થતા રહે છે. ભૂચુંબકત્વના કારણરૂપ કાયમી ચુંબક-સિદ્ધાંત (permanent magnetic theory), વીજભાર-સિદ્ધાંત (electric charge theory), ભ્રમણસિદ્ધાંત (rotational theory) અને ડાઇનેમો-સિદ્ધાંત (dynamo theory) રજૂ કરવામાં આવેલા છે. મૅગ્માનાં ઘનીભવન-જમાવટ અને સ્ફટિકીકરણ દરમિયાન ખડકો ચુંબકત્વ પ્રાપ્ત કરે છે, તેમાં થતી વિવિધ ચુંબકીય પ્રક્રિયાઓને ઉષ્મા-અવશિષ્ટ-ચુંબકત્વ (thermoremnant magnetism), અવશિષ્ટ ચુંબકત્વ, જમાવટજન્ય અવશિષ્ટ ચુંબકત્વ (depositional remnant magnetism) અને રાસાયણિક અવશિષ્ટ ચુંબકત્વ (chemical remnant magnetism) પ્રક્રિયાઓ કહે છે. ચુંબકીય ક્ષેત્રના ધ્રુવત્વની ફેરબદલીને ચુંબકીય વ્યુત્ક્રમણ (magnetic reversal) કહે છે. પૃથ્વીના અક્ષભ્રમણમાં થતી રહેતી અનિયમિતતાઓને ચુંબકીય વ્યુત્ક્રમણના કારણરૂપ ગણાવવામાં આવેલી છે. ચુંબકીય વ્યુત્ક્રમણની અસરથી સૂક્ષ્મ પ્રાણી-અવશેષોના વ્યાપક વિલોપ જેવી ઘટનાઓ થાય છે. ભૂચુંબકીય રેખીય સ્થિતિ (magnetic lineation) પરથી ભૂચુંબકીય કાળક્રમ (geomagnetic timescale) ગોઠવી શકાય છે.

દ્વિધ્રુવીચુંબક તરીકે પૃથ્વી : ભૂચુંબકીય ક્ષેત્રની શોધની તવારીખ વિલિયમ ગિલ્બર્ટે કરેલાં પૃથ્વીના ચુંબકીય અભ્યાસનાં અવલોકનો 1600ની સાલમાં પ્રસિદ્ધ કર્યાં ત્યારથી મુકાય છે. ભૂચુંબકત્વની અસર માત્ર પૃથ્વીની અંદર જ નહિ, પરંતુ તેની બહાર પણ, બાહ્ય અવકાશમાં ચંદ્ર સુધી વરતાય છે.

પૃથ્વી ચુંબકીય ઉત્તર ધ્રુવ અને ચુંબકીય દક્ષિણ ધ્રુવ – એવા બે ધ્રુવો ધરાવે છે. સમધ્રુવો વચ્ચે અપાકર્ષણ અને અસમ ધ્રુવો વચ્ચે આકર્ષણ થાય છે એવા સામાન્ય ગુણધર્મ મુજબ પૃથ્વી પોતે દ્વિધ્રુવીય ચુંબકપટ્ટી (dipolar bar magnet) તરીકે વર્તે છે.

પૃથ્વીમાં અર્દશ્ય ચુંબકીય ક્ષેત્રનું અસ્તિત્વ છે તે તેની કેટલાક પદાર્થો પર થતી અસરથી જાણી શકાય છે. કાગળ નીચે મૂકેલી ચુંબકપટ્ટીને કારણે કાગળ પર વેરેલી લોહકણિકાઓ અમુક ચોક્કસ આકારોમાં ગોઠવાઈ જતી હોય છે. (જુઓ, આકૃતિ 1) ચુંબકપટ્ટીને સ્થાને ચુંબકીય હોકાયંત્ર પણ વાપરી શકાય, ક્ષેત્રીય રેખાઓની સ્થિતિ જાણી શકાય; ચુંબકીય પટ્ટીથી ગોઠવાયેલી રેખાઓ પર હોકાયંત્ર લઈ જવાથી ચુંબકીય સોયની બદલાતી જતી સ્થિતિ સમજી શકાય. એક બાબત અહીં સ્પષ્ટ બની રહે છે કે દક્ષિણ ધ્રુવ નજીક લોહકણિકાઓની ગોઠવણી વિકેન્દ્રિત હોય છે, જ્યારે ઉત્તર ધ્રુવ નજીક તે સંકેન્દ્રિત હોય છે.

ચુંબકીય ઘટકો (magnetic components) : ભૂચુંબકીય ક્ષેત્રમાં બે ઘટકો હોય છે : (1) ક્ષૈતિજ અને (2) ઊર્ધ્વ. ક્ષૈતિજ. ઘટક ફેરફારને ગ્રાહ્ય હોય છે. અર્થાત્, ભૌગોલિક ઉત્તરના સંદર્ભમાં ચુંબકીય ઉત્તર ચલિતકોણ બનાવે છે, તેને ચુંબકીય દિક્પાત (magnetic declination) (D) કહેવાય છે. ભૌગોલિક ઉત્તરથી પૂર્વ કે પશ્ચિમ ચલન મુજબ આ દિક્પાત +Ve કે  –Ve તરીકે દર્શાવાય છે. ચુંબકીય રેખાંશ (magnetic meridian) – એ ચુંબકીય ઉત્તરમાંથી અથવા ક્ષૈતિજ ઘટક(H)માંથી અથવા ચુંબકીય બળ(F)માંથી પસાર થતું ઊર્ધ્વ ઉપસ્થિતિવાળું સમતલ છે.

ચુંબકીય નમન (magnetic dip or inclination) (I) એ ઊર્ધ્વપાત દર્શાવતો કોણ છે. તેમાં ચુંબકીય સોય ક્ષિતિજસમાંતરતા અથવા ક્ષૈતિજ તલથી નીચે તરફ નમે છે. ઉત્તર ગોળાર્ધમાં સોયનો ઉત્તર છેડો નીચે તરફ જાય છે, તેથી તે નમન +Ve ગણાય છે. દક્ષિણ ગોળાર્ધમાં ઉત્તર છેડો ઉપર તરફ ખેંચાય છે તેથી તે નમન –Ve ગણાય છે. પૃથ્વીની સપાટી પર શૂન્ય નમન દર્શાવતાં બિંદુઓને જોડતી કાલ્પનિક રેખા ચુંબકીય વિષુવવૃત્ત (magnetic equator) કહેવાય છે. આ રેખા પર બધે જ સોયનું નમન ક્ષિતિજસમાંતર સ્થિતિમાં રહે છે. (જુઓ, આકૃતિ 3.)

પૃથ્વી પર કેટલાંક સ્થાનો એવાં છે જ્યાં સોયનું નમન માત્ર ઊર્ધ્વપાત દર્શાવે છે, તેમાં ચુંબકીય ક્ષેત્રનો ક્ષૈતિજ ઘટક હોતો નથી. આવાં બિંદુઓ નમન ધ્રુવો (dip poles) કહેવાય છે. પૃથ્વી પર આવા બે નમન ધ્રુવો છે, એક ઉત્તર ધ્રુવ નજીક અને બીજો દક્ષિણ ધ્રુવ નજીક; પરંતુ તે બંને બરોબર સામસામે નથી. વર્તમાન પરિસ્થિતિ મુજબ તે 73^o N અને 100^o W પર અને 68^o S અને 143^o E પર સ્થિત છે. દક્ષિણ નમન ધ્રુવ તેની સામેના ઉત્તર ધ્રુવના સંદર્ભમાં 2,300 કિમી.ના અંતરના તફાવતે રહેલો છે.

ચુંબકીય ખનિજ-નિક્ષેપોનું સંકેન્દ્રણ સામાન્ય ભૂચુંબકીય ક્ષેત્રમાં સ્થાનિક વિરૂપતા ઉત્પન્ન કરે છે, આ પ્રકારના નિક્ષેપોની ખોજ કરવામાં આ હકીકતનો જ ઉપયોગ કરવામાં આવે છે.

સમચુંબકીય માનચિત્રો (isomagnetic charts) એ એવાં નકશા-આલેખનો છે, જેમાં ચુંબકીય ક્ષેત્રના જરૂરી ઘટકોનાં સરખા મૂલ્યવાળાં બિંદુઓને એક રેખાથી દર્શાવેલાં હોય છે. સરખા નમનવાળાં બિંદુઓને જોડતી રેખાઓ સમનતિક રેખાઓ (isoclinic lines) અને સરખો દિક્પાત દર્શાવતાં બિંદુઓને જોડતી રેખાઓ સમકોણિક રેખાઓ (isogonic lines) કહેવાય છે.

ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં થતા ફેરફારો : ભૂચુંબકીય ક્ષેત્ર સમયની સાથે સાથે તેની દિશા અને તીવ્રતામાં ધીમે ધીમે તેમજ અનિયમિત રીતે ફેરફાર પામતું રહે છે. આ ફેરફારોને વિચલન (variation) કહેવાય છે. વિચલન ત્રણ પ્રકારનાં છે : (1) દીર્ઘકાલીન વિચલન (secular variation), (2) દૈનિક વિચલન (Diurnal variation) અને (3) ચુંબકીય તોફાન (magnetic storm).

દિશા અને તીવ્રતામાં થતા રહેતા ફેરફારોની ચકાસણી દરેક 15થી 30 વર્ષે એક વાર કરતા રહેવું જોઈએ. વિચલનોની નોંધણી માટે વૅરિયૉમિટર (variometer) વપરાય છે અને નોંધને ચુંબક-આલેખ કહે છે.

(1) દીર્ઘકાલીન વિચલન : સામાન્ય ચુંબકીય ક્ષેત્ર સાથે સંકળાયેલા રહેતા, કાયમ માટે થતા રહેતા ફેરફારોને દીર્ઘકાલીન વિચલન કહેવાય છે. દુનિયાભરની ચુંબકીય વેધશાળાઓમાં વિવિધ ઘટકોમાં થતા રહેતા ફેરફારો નોંધાતા રહે છે. દીર્ઘકાલીન વિચલનનું ચક્રીય પુનરાવર્તન પણ થતું હોય છે. ફેરફારોનો દર પણ સમય પ્રમાણે ચલિત રહે છે, તેથી ભૂતકાળમાંનાં કે ભવિષ્યમાં થનારાં વિચલનો વિશે વર્તમાન મૂલ્યો પરથી કોઈ અંદાજ મૂકી શકાય નહિ. કોઈ એક સમયગાળા માટે જ તેનાં મૂલ્યો કાઢી શકાય. પૃથ્વીના પટ પર વિશાળ વિસ્તાર આવરી લેતા પૅસિફિક મહાસાગરમાં અને તેની આજુબાજુમાં દીર્ઘકાલીન વિચલન ઓછું રહે છે. સરખા દીર્ઘકાલીન વિચલનવાળા પ્રદેશો-(સ્થાનો)ને જોડતી રેખાઓને સમવિચલન–રેખાઓ (isopors) કહે છે.

દીર્ઘકાલીન વિચલન પ્રતિવર્ષ 0.18^oના દરથી પશ્ચિમ તરફ ખસતું (પ્રવહન થતું) હોવાનું જાણવા મળે છે. પ્રવહનને  અક્ષાંશ સાથે કોઈ સંબંધ નથી, પરંતુ તેને પૃથ્વીની વમળ-ગતિ (chandler’s motion)-(wobble) સાથે જરૂર સંબંધ છે. ભૂકેન્દ્રીય વિભાગ(core)ના સૌથી બહારના આવરણમાં પેદા થતાં વમળો(eddies)ને કારણે મુખ્ય ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં થતા વિક્ષોભોમાંથી દીર્ઘકાલીન વિચલન ઉદભવે છે. ભૂમધ્યાવરણ (mantle) જ્યારે જ્યારે બાહ્ય ભૂકેન્દ્રીય વિભાગ કરતાં વધુ વેગથી ફરે ત્યારે વમળો ઉત્પન્ન થતાં હોય છે.

(2) દૈનિક વિચલન : દૈનિક વિચલનો નાના પાયા પરનાં હોય છે. તેમની વધઘટ ઝડપી હોય છે. ચુંબકીય ક્ષેત્રની વધઘટની આવર્તતા (periodicity) એક દિવસ જેટલી અને કંપવિસ્તાર (amplitude) આશરે 25 ગૅમા(1 ગૅમા(γ)=10^–5ગોસ(γ))નો હોય છે. દૈનિક વિચલન બે પ્રકારનું હોય છે : 1. શાંત દિવસ (quiet day). 2. વિક્ષેપિત દિવસ (disturbed day). પ્રથમ પ્રકારમાં વિચલન સરળ, નિયમિત અને ઓછા કંપવિસ્તારવાળું હોય છે. વળી તેને સૌર ઘટક અને ચાંદ્ર ઘટકમાં અલગ પાડી શકાય છે. બીજા પ્રકારમાં વિચલન અનિયમિત અને ચુંબકીય તોફાનો સાથે સંકળાયેલું હોય છે. સૌર દૈનિક વિચલનની આવર્તતા 24 કલાકની હોય છે. સૂર્યના સંદર્ભમાં પૃથ્વીના અક્ષભ્રમણ સાથે તેને સંબંધ છે. આ ફેરફાર લગભગ 30 ગૅમાનો હોય છે, જે ઉનાળા દરમિયાન થોડો વધી જાય છે. ચાંદ્ર દૈનિક વિચલનની આવર્તતા 25 કલાકની હોય છે. ચંદ્રના સંદર્ભમાં પૃથ્વીના અક્ષભ્રમણ સાથે તેને સંબંધ છે. આ ફેરફાર નજીવો હોય છે.

(3) ચુંબકીય તોફાનો : વિષુવવૃત્તથી 60^o અક્ષાંશો સુધી ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં થતી વધઘટ 1,000 ગૅમા જેટલી ઊંચી રહે છે. સૂર્યકલંકને સમકક્ષ આ ફેરફારોને ચુંબકીય તોફાનો તરીકે ઓળખાવાય છે. ધ્રુવીય પ્રદેશોમાં ખાસ કરીને ધ્રુવીય જ્યોતિ(aurora)ની ઘટના દરમિયાન ઘણું વધારે વિચલન થતું હોય છે. પ્રત્યેક 27 દિવસે એક વાર આ તોફાનની અપેક્ષા હોય છે. તોફાનનો વિસ્ફોટ એકાએક થતો હોય છે, જે કેટલાક દિવસો સુધી ચાલુ રહે છે.

ગૌણ ચુંબકીય ક્ષેત્ર : વાતાવરણના ઉપલા સ્તરોમાં સૂર્યવિકિરણ દ્વારા ઉત્પન્ન થતા વીજપ્રવાહોને પરિણામે પણ ગૌણ ચુંબકીય ક્ષેત્રો તૈયાર થાય છે. મુખ્ય ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં તેનાથી વિરૂપતા આવે છે, જોકે તેની તીવ્રતા મુખ્ય ચુંબકીય ક્ષેત્રના 2 %થી પણ ઓછી હોય છે.

બિન–દ્વિધ્રુવીય કેન્દ્રો (non-dipolar centres) : પૃથ્વીની સપાટી પર ચુંબકીય ક્ષેત્રોનાં છ કેન્દ્રો છે. તેમના સામસામેના ધ્રુવો એક વ્યાસરેખા પર નથી. તેમને બિન-દ્વિધ્રુવીય કેન્દ્રો તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. પ્રવાહી ભૂકેન્દ્રીય વિભાગના બાહ્ય આવરણમાં ઉદભવતા ક્ષેત્રના પરિણામે આવાં કેન્દ્રો તૈયાર થતાં હોવાનું મનાય છે. આ કેન્દ્રોને કારણે પૃથ્વીના ભૂચુંબકીય ક્ષેત્રમાં સ્થાનિક વિરૂપતાઓ ઉત્પન્ન થાય છે. આ કેન્દ્રોના અભ્યાસ પરથી ભૂચુંબકીય ક્ષેત્રનું પશ્ચિમતરફી પ્રવહન અને ભિન્ન ભિન્ન તીવ્રતાપ્રમાણ હોવાનું નોંધાયું છે. પશ્ચિમી પ્રવહન પામતાં થોડાંક કેન્દ્રો પ્રતિ વર્ષે અર્ધા રેખાંશના દરથી પ્રત્યેક 1,500 થી 2,000 વર્ષે ચક્ર પૂરું કરે છે. આ કારણે કોઈ પણ સ્થાનના મુખ્ય ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં વખતોવખત ભિન્નતા ઉદભવે છે.

ભૂચુંબકીયક્ષેત્રનાં કારણો : ભૂચુંબકીય ક્ષેત્ર ઉત્પન્ન થવા માટે નીચેનાં કારણો પૈકી ગમે તે જવાબદાર હોઈ શકે છે : (1) ચુંબકત્વ એ પૃથ્વીના ગ્રહનો વારસાગત ગુણધર્મ છે, જે કાયમી છે. (2) વીજભારની ગતિને કારણે તે ઉદભવે છે. (3) ભ્રમણ કરતા રહેતા કોઈ પણ દળદાર ગોળાનો આ પાયાનો ગુણધર્મ છે. (4) વિદ્યુત-પ્રવાહોને કારણે તે ઉદભવે છે. (ડાઇનેમો-સિદ્ધાંત).

1. કાયમી ચુંબકન (permanent magnetization) : ભૂગર્ભ અત્યંત ગરમ છે. આ સ્થિતિમાં ચુંબકત્વ ઉદભવી શકે નહિ. ભૂગર્ભીય દ્રવ્ય ક્યૂરી બિંદુથી ઉપરના તાપમાને હોવાથી કાયમી ચુંબકનનો આ ખ્યાલ અયોગ્ય ઠરે છે. વળી ચુંબકીય અને ભૌગોલિક ઉત્તર તેમજ દીર્ઘકાલીન વિચલનની બાબતોનો આનાથી મેળ બેસતો ન હોવાથી પણ તે યોગ્ય નથી.

2. વીજભાર : પૃથ્વી સાથે જો વીજભાર સંકળાયેલો હોય તો પૃથ્વીનું અક્ષભ્રમણ ચુંબકન ઉત્પન્ન કરી શકે. જો તેમ હોય તો પૃથ્વીનો વીજ-સ્થિતિમાન દર ઊંચો જાય; પરંતુ માત્રાત્મક માપનોમાં આ રીતે જોવા મળતું નથી.

3. પાયાનો ગુણધર્મ : પૃથ્વી જેવા અક્ષભ્રમણ કરતા રહેતા કોઈ પણ દળદાર ગોળામાં ચુંબકત્વ હોવું એ પાયાનો ગુણધર્મ ગણાતો હતો. સૂર્યકલંક સંકલિત ઊંચા ચુંબકત્વ (3,000 r) અને તારાઓમાં (8,000 r) માપન પરથી આ ખ્યાલ આગળ ધરવામાં આવેલો; પરંતુ આ જો યોગ્ય હોય તો દ્વિધ્રુવીય ચાકમાત્રા (dipole moment) અને પૃથ્વીનું કોણીય વેગમાન (earth’s angular momentum) સમપ્રમાણમાં હોય. બ્લૅકેટ (Blackett) દ્વારા સૂચિત આ સિદ્ધાંત ચુંબકીય ક્ષેત્રના ક્ષિતિજસમાંતર ઘટકમાં ઊંડાઈએ જતાં ઘટાડો થતો જતો હોવાનું જણાવે છે; પરંતુ કોલસાની ખાણોમાં કરવામાં આવેલાં માપનો આ હકીકતથી વિરોધાભાસી ઠર્યાં છે.

4. ડાઇનેમો–સિદ્ધાંત : એલ્સેસર અને બેલાર્ડે ભૂચુંબકત્વ માટે ડાઇનેમો-સિદ્ધાંત રજૂ કરેલો છે. આ સિદ્ધાંત મુજબ ભૂકેન્દ્રીય વિભાગમાં સંવહન (convection) અને વીજપ્રવાહો મારફતે ચુંબકત્વનું પ્રેરણ (induction) જરૂરી બની જાય છે. એક વાર પ્રારંભિક ક્ષેત્ર ઉત્પન્ન થયા પછી વીજપ્રવાહના પ્રેરણથી ચુંબકત્વ ચાલુ થાય, અર્થાત્, પૃથ્વી સ્વયંસંચાલિત ડાઇનેમો તરીકે કાર્ય બજાવે છે. પૃથ્વીના ચુંબકીય ક્ષેત્રની ઉત્પત્તિ માટે ભૂકેન્દ્રીય વિભાગમાંની પ્રક્રિયાઓને કારણભૂત ગણવામાં આવે છે. (જુઓ આકૃતિ 4.)

આ સિદ્ધાંતની કાર્યપદ્ધતિ યોગ્ય રીતે સમજમાં ઊતરે એવી છે, પરંતુ સમસ્યા એક જ રહે છે કે પ્રારંભિક ચુંબકત્વ કેવી રીતે આવ્યું ? તેથી ભૂચુંબકીય ક્ષેત્રની ઉત્પત્તિ હજી વણઊકલી રહી ગણાય.

ભૂચુંબકીય ક્ષેત્રોનો આધાર બાહ્ય ભૂકેન્દ્રીય વિભાગની તરલતા (mobility) પર રહેલો હોવાથી ચુંબકીય ક્ષેત્રની દિશા અને તીવ્રતા ચલિત રહે છે, ક્યારેક તીવ્રતા શૂન્ય સુધી પહોંચી જઈ શકે છે, ત્યારે વ્યુત્ક્રમણ થાય છે. વર્તમાન ચુંબકીય ઉત્તર ધ્રુવ 78^o 30´ N અને 69^o W પર સ્થિત છે. ગોસ સમજાવે છે કે અક્ષભ્રમણના ધ્રુવથી રહેલું આ વિચલન સંતુલિત થતાં લગભગ 5,000 વર્ષ લાગશે.

ખડક–ચુંબકત્વ (rock magnetism) : ખડક-ચુંબકત્વ આજે ભૂભૌતિકશાસ્ત્રની અભ્યાસકેન્દ્રિત થતી જતી વિશિષ્ટ શાખા બનતું જાય છે; કારણ કે સમુદ્રતળવિસ્તરણ, ધ્રુવભ્રમણ જેવી સંકલિત સમસ્યાઓ તે ઉકેલી આપે છે; જેમાં ચુંબકીય ખનિજો હોય એવા ખડકો ચુંબકીય ક્ષેત્ર ધરાવતા હોય છે. પ્રાચીન ચુંબકત્વ એ ખડકોમાંના અવશિષ્ટ ચુંબકત્વનો અભ્યાસ છે. એમાં રહેલાં ચુંબકીય ખનિજોમાં તે વખતનું ચુંબકીય ક્ષેત્ર જળવાઈ રહ્યું હોવાથી તે અવશિષ્ટ હોકાયંત્રની ગરજ સારે છે. (જુઓ, પ્રાચીન ભૂચુંબકત્વ.)

વાસ્તવમાં બધા જ પ્રકારના ખડકો થોડાક પ્રમાણમાં તો ચુંબકીય ખનિજો ધરાવતા હોય છે; દા. ત., મૅગ્નેટાઇટ. વિવિધ ખડકપ્રકારો પૈકી બેસાલ્ટ ચુંબકીય ગુણધર્મની ઊંચી માત્રા ધરાવે છે. આવા ખડકોમાં ટીટેનોમૅગ્નેટાઇટ એ મુખ્ય ચુંબકીય ખનિજ બની રહે છે.

ખડક-ચુંબકત્વના અભ્યાસ પરથી ભૂતકાળ દરમિયાનની ચુંબકીય ધ્રુવોની સ્થિતિ નક્કી કરવાનું શક્ય બની રહે છે. ખડકો જ્યારે બને ત્યારે ચુંબકીય ખનિજો તત્કાલીન પ્રવર્તમાન ચુંબકીય સ્થિતિ મુજબ સમાંતર રેખીય દિશામાં ગોઠવાતાં હોય છે. ખડક-ચુંબકત્વની ખોજ અને માપન માટે વપરાતા સાધનને મૅગ્નેટૉમિટર કહેવાય છે.

ક્યૂરી તાપમાન (Curie temperature) : ખનિજનું ક્યૂરી તાપમાન એ એક એવો આંક (બિંદુ) છે, જેની નીચેના તાપમાન સુધી ખનિજ ચુંબકત્વ જાળવી રાખી શકે છે; દા. ત., મૅગ્નેટાઇટ 580^o સે. નીચે કાયમી ચુંબકત્વ ધારણ કરી રાખી શકે છે, પરંતુ તેનાથી ઉપર ગરમ થતાં તે ચુંબકત્વ ગુમાવે છે. મૅગ્નેટાઇટ માટે 580^o સે, તાપમાનને ક્યૂરી તાપમાન કહેવાય.

ચુંબકનના પ્રકારો (types of magnetization) : ખડકોમાં રહેલા કાયમી ચુંબકને અવશિષ્ટ ચુંબકન કહેવાય છે તથા તે જે તે ખડકમાં કઈ પદ્ધતિથી પ્રાપ્ત થયું તે પરથી તેનો પ્રકાર નક્કી થાય છે.

1. ઉષ્માજન્ય અવશિષ્ટ ચુંબકન (TRM) (Thermo Remnant Magnetization) : ખડકો તૈયાર થવા માટે ખનિજો જ્યારે ઘનીભવન પામતાં હોય ત્યારે તે જે ચુંબકત્વ પ્રાપ્ત કરે તેને ઉષ્માજન્ય અવશિષ્ટ ચુંબકન કહેવાય છે. ક્યૂરી બિંદુની નીચે ચુંબકન પ્રાપ્ત થઈને તેમાં તે જળવાઈ રહે છે. તે વખતે જે તે સ્થાનની ચુંબકીય સ્થિતિ હોય તેમ ચુંબકીય ખનિજો તેને સમાંતર ગોઠવાતાં હોય છે.

2. નિક્ષેપજન્ય અવશિષ્ટ ચુંબકન (DRM) (Depositional Remnant Magnetization) : સમુદ્રો, મહાસાગરો કે સરોવરોમાં કણજમાવટ થતી હોય ત્યારે તત્કાલીન પ્રવર્તમાન ચુંબકીય ક્ષેત્ર મુજબ કણો ગોઠવાતા હોય છે, જોકે કણજમાવટ દરમિયાન જે તાપમાન ત્યાં પ્રવર્તતું હોય તે મુજબ તેમાં ફેરફારને અવકાશ રહે ખરો. આ પ્રકારનું ચુંબકન TRM કરતાં મંદ (નબળું) હોય છે.

3. રાસાયણિક પ્રક્રિયાજન્ય અવશિષ્ટ ચુંબકન (CRM) (Chemical Remnant Magnetization) : રાસાયણિક ખવાણ અને અન્ય સમકક્ષ રાસાયણિક પ્રક્રિયાઓ પૂર્વ-અસ્તિત્વ ધરાવતા ખડકો પર અસર કરે છે. તે મુજબ નવાં ખનિજો સ્ફટિકીકરણ પામતાં હોય છે; દા.ત., હેમેટાઇટ. તે પ્રક્રિયા દરમિયાન પ્રવર્તમાન ચુંબકીય ક્ષેત્ર મુજબ ખનિજોની ગોઠવણી તે દિશા ગ્રહણ કરતી હોય છે; દા.ત. ‘Red Beds’.

ચુંબકીય વ્યુત્ક્રમણ (Magnetic Reversals) : 1909માં બર્નાર્ડ બ્રુનહેસને કેટલાક લાવાપ્રવાહોની અભ્યાસ-ખોજમાં જણાયું કે તેમની ચુંબકીય દિશા અત્યારની દિશા કરતાં વિરુદ્ધ હતી. આ હકીકતની સમસ્યા પછીના દસકાઓમાં સમુદ્રીય ડુંગરધારો પરનાં કેટલાંક સંશોધનો થયાં ત્યાં સુધી તો વણઊકલી રહેલી, તે વખતે તો તે બાબત ચુંબકત્વને લગતા ભૌતિક નિયમોના ભંગ સમાન લાગેલી, તેથી મુદ્દો એ ઉપસ્થિત થયેલો કે પૃથ્વી તેના ચુંબકીય ક્ષેત્રની દિશાકીય ઉપસ્થિતિ બદલી શકે તો જ આ શક્ય બની શકે.

ચુંબકીય વ્યુત્ક્રમણ એ એક એવો ફેરફાર છે, જેમાં ચુંબકીય ધ્રુવસ્થિતિ 180^oને ખૂણે બદલાઈ જતી હોય છે; અર્થાત્ ઉત્તર ધ્રુવ તેની સ્થિતિ દક્ષિણ ધ્રુવ પર બતાવે છે અને દક્ષિણ ધ્રુવ ઉત્તર ધ્રુવની સ્થિતિમાં જોવા મળે છે. આ પ્રકારની ધ્રુવ-ફેરબદલી 1,000થી 5,000 વર્ષને ગાળે ક્રમિક રીતે થતી રહેતી હોય છે. આ સંક્રાંતિ દરમિયાન ક્ષેત્રીય તીવ્રતા ઘટતી જઈને શૂન્ય પર પહોંચે છે અને પછીથી ધ્રુવસ્થિતિ બદલાતાં પાછી તીવ્રતા વધતી જાય છે. વ્યુત્ક્રમણ મુખ્ય કે ગૌણ હોઈ શકે છે. અત્યારે ચુંબકત્વ તીવ્રતાના 7 %ના ઘટાડા સાથે ફરીથી વ્યુત્ક્રમણ તરફ જઈ રહ્યું છે, પરંતુ આ વ્યુત્ક્રમણ મુખ્ય છે કે ગૌણ તે જાણવાની કોઈ પદ્ધતિ નથી.

ચુંબકીય ક્ષેત્રની સામાન્ય સ્થિતિ હોવાનું ત્યારે જ કહેવાય, જ્યારે ચુંબકીય ઉત્તર અને દક્ષિણ ધ્રુવો ભૌગોલિક ઉત્તર અને દક્ષિણ ધ્રુવોને લગભગ મળતા હોય અથવા સમાંતર હોય. જ્યારે ભૂચુંબકીય ઉત્તર ધ્રુવ (geomagnetic North Pole) ભૂચુંબકીય દક્ષિણ ધ્રુવની નજીકની સ્થિતિ પ્રાપ્ત કરે અને એ જ રીતે ભૂચુંબકીય દક્ષિણ ધ્રુવ ભૂચુંબકીય ઉત્તર ધ્રુવની નજીકની સ્થિતિ પ્રાપ્ત કરે ત્યારે ચુંબકીય વ્યુત્ક્રમણ થયું ગણાય.

સામાન્ય ચુંબકત્વની સ્થિતિનો ગાળો જ્યારે પ્રવર્તતો હોય ત્યારે ક્ષેત્રીય અવલોકનોમાંથી મળતી તીવ્રતા સરેરાશ કરતાં ઊંચી હોય છે, કારણ કે પ્રવર્તમાન સામાન્ય ચુંબકીય ક્ષેત્રની તીવ્રતામાં ત્યાંના ખડકોની તીવ્રતા પણ ઉમેરાતી હોય છે.

વ્યુત્ક્રમણની સ્થિતિનો ગાળો જ્યારે પ્રવર્તતો હોય ત્યારે ક્ષેત્રીય અવલોકનોમાંથી મળતી તીવ્રતા સરેરાશ કરતાં નીચી હોય છે; કારણ કે પ્રવર્તમાન સામાન્ય ચુંબકીય ક્ષેત્રની તીવ્રતામાં ખડકોના વ્યુત્ક્રમણને કારણે ઘટાડો થતો હોય છે. આ ઉપરથી જ્યારે કોઈ પણ ખડકની તીવ્રતા સરેરાશ કરતાં નીચી મળે ત્યારે સ્પષ્ટ બની રહે છે કે તે ખડકો વ્યુત્ક્રમણના ગાળા વખતે તૈયાર થયેલા હોવા જોઈએ.

ચુંબકીય વ્યુત્ક્રમણનાં કારણો : ગ્રેહામે એવું સૂચવ્યું છે કે ચુંબકીય ક્ષેત્રનું વાસ્તવિક વ્યુત્ક્રમણ થતું હોતું નથી, માત્ર ખનિજ જ પોતાના ગુણધર્મો વ્યસ્ત રૂપમાં દર્શાવતાં હોવાથી વ્યુત્ક્રમણ થયું હોવાનો ખ્યાલ આપે છે. પ્રયોગશાળાની કસોટીઓમાં થોડાક નમૂનાઓએ એવું પુરવાર પણ કર્યું છે, તેમ છતાં ચુંબકીય ગુણધર્મોવાળા ખડકો મોટા પાયા પર મળતા હોવાથી ગ્રેહામનો આ ખ્યાલ ટકી શક્યો નથી.

સ્વયં વ્યુત્ક્રમણ ક્રિયાપદ્ધતિ (self-reversal mechanism) : જે તે સ્થાનમાં ત્યાંના ખડકો અને ખનિજોમાં તે વખતે જે ચુંબકીય ક્ષેત્ર પ્રવર્તતું હોય તેના કરતાં વિરુદ્ધ સ્થિતિવાળા ખડકો મળે તેને સ્વયં વ્યુત્ક્રમણ કહેવાય. આનાં કારણો માટે બે બાબતો સૂચવાઈ છે : (1) પ્રવર્તમાન સામાન્ય ચુંબકીય ક્ષેત્ર કરતાં વિરુદ્ધ ચુંબકીય ક્ષેત્ર ખડકો પ્રાપ્ત કરે. (2) ખડકો પ્રથમ સામાન્ય ચુંબકીય ક્ષેત્ર પ્રાપ્ત કરે અને પછીથી પોતાનું તે ક્ષેત્ર વ્યસ્ત કરી દે. આ પ્રકારની ફેરબદલી સ્વયં વ્યુત્ક્રમણ કહેવાય. આ માટે નીચેની બાબતો જરૂરી બની રહે છે : (1) ક્ષેત્રવ્યુત્ક્રમણ અસ્તિત્વ ધરાવતું ન હોવું જોઈએ. (2) સામાન્ય અને વ્યસ્ત ચુંબકીય નમૂનાઓ વચ્ચે ગુણધર્મોમાં તફાવત હોવો જોઈએ. (3) ચુંબકીય ક્ષેત્રના સંદર્ભમાં ખડકોમાં કોઈ વ્યવસ્થિત વિતરણ ન હોવું જોઈએ. (4) કોઈ પણ ચોક્કસ વયના સંદર્ભમાં, ખડકો સામાન્ય અને વ્યુત્ક્રમી ચુંબકીય ક્ષેત્રવાળા નમૂનાઓનું મિશ્રણ હોય.

ઑક્સિડેશનનું પ્રમાણ વધી જાય તો વ્યુત્ક્રમણ પણ વધે. આથી ટીટેનૉમૅગ્નેટાઇટ જેવા ચુંબકીય ખનિજના ઑક્સિડેશનનું પ્રમાણ ચુંબકીય વ્યુત્ક્રમણનાં ખનિજો સાથે સરખાવવું પડે. સ્વયં વ્યુત્ક્રમણવાળાં કેટલાંક ખનિજો (દા. ત., જાપાનમાં માઉન્ટ હારુનાના લાવાપ્રવાહમાં) મળતાં હોવા છતાં મોટાભાગનાં ખનિજો આ ક્રિયા બતાવતાં હોતાં નથી. મહાસાગર-તળમાં ખડકો સામાન્ય અને વ્યસ્ત ચુંબકીય રીતે સમાંતર રેખીય વિભાગો રચતા જોવા મળે છે ખરા; તેમ છતાં કોઈ ચોક્કસ વયના બધા જ ખડકો કાં તો સામાન્ય અથવા તો વ્યસ્ત ચુંબકીય ગુણધર્મવાળા જ હોય છે, બંનેમાં ખડકના ગુણધર્મો બદલાતા હોતા નથી અને વ્યુત્ક્રમી ક્ષેત્રો પણ સરખાં હોય છે, માત્ર દિશાકીય ફેરફાર જ હોય છે.

બીજો એક મત પૃથ્વીની વમળગતિ સાથે ચુંબકીય વ્યુત્ક્રમણના સહસંબંધનો છે.

બ્રુસ હીઝેને (Bruce Heezen) સૂચવેલું કે ચુંબકીય ક્ષેત્રના વ્યુત્ક્રમણનું કારણ રાક્ષસી ઉલ્કાની અથડામણ હોઈ શકે. તેણે તેના મતના સમર્થનમાં દુનિયાનાં ટેક્ટાઇટ ક્ષેત્રોમાંથી પુરાવો રજૂ કરેલો. ટેક્ટાઇટ એ પૃથ્વી પર અથડાયેલી ઉલ્કાના આઘાતને કારણે ગલન પામીને એકાએક તરત જ ઠરી ગયેલા કાચમય ગઠ્ઠા મણકા સ્વરૂપે છે. ટેક્ટાઇટનો વ્યુત્ક્રમણના કારણરૂપ સંદર્ભ એટલા માટે આપી શકાય કે તે ભૂસ્તરીય વયનો સહસંબંધ ધરાવે છે. તેમ છતાં આ ક્ષેત્ર સાથે સંકળાયેલા નિષ્ણાતો વ્યુત્ક્રમણ માટે પૃથ્વીનાં આંતરિક કારણો જવાબદાર હોવા પર ભાર મૂકે છે. કેટલાક તેને ગિરિનિર્માણ સાથે સાંકળે છે, તો કેટલાકના મત મુજબ, પૃથ્વીના અક્ષભ્રમણમાં થતી રહેતી અનિયમિતતાઓ ભૂકેન્દ્રીય વિભાગમાં સંવહનાત્મક ગતિ(convective motion)માં ફેરફારો લાવી મૂકે છે, જેનાથી ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં પણ ફેરફારો થાય છે.

ચુંબકીય વ્યુત્ક્રમણની અસર : જીવાવશેષ-અભ્યાસ પરથી જણાય છે કે કૅમ્બ્રિયન ઑર્ડોવિસિયન, ડેવોનિયન, પર્મિયન, ટ્રાયાસિક અને ક્રિટેશિયસનાં અંતિમ ચરણોમાં બહોળા પ્રમાણમાં પ્રાણીઓના વિલોપ થયેલા છે. આ વિલોપનાં કારણો શોધી કાઢવાનું હજી બાકી છે. આ માટે કોઈ પણ સિદ્ધાંતે આ મુદ્દાઓની સ્પષ્ટતા કરવી પડે : (1) દુનિયાભરમાં અનેક ઉપજાતિઓ એકસાથે અર્દશ્ય કેમ થઈ ? (2) અમુક અમુક કાળમાં દરિયાઈ પ્રાણી-અવશેષો અને ભૂમિ-પ્રાણીઓનો વિલોપ થયેલો છે. (3) ક્યારેક અમુક ટૂંકા કાળગાળા દરમિયાન સામૂહિક વિલોપ થયેલો છે અને (4) પ્રાણીઓના વિલોપ સાથે વનસ્પતિના વિલોપનો કાલાનુસારી સહસંબંધ સ્થાપી શકાતો નથી.

હેયઝે પ્રાણીઓના વ્યાપક વિલોપ અને ઉત્ક્રાંતિનો ચુંબકીય ફેરબદલી સાથે મેળ બેસાડવા પ્રયાસ કર્યો છે. જ્યારે જ્યારે ચુંબકીય ફેરબદલી થયેલી છે, ત્યારે ત્યારે તત્કાલીન પ્રાણીઓ અને વનસ્પતિ વિલુપ્ત થયાં છે અને નવાં ઉત્ક્રાંત થયેલાં છે; દા. ત., પર્મિયનના અંત વખતે તે વખતનાં ઉભયજીવી પ્રાણીઓ તેમજ હંસરાજનાં સ્થાન સરીસૃપોએ અને વનસ્પતિએ લીધાં છે. ક્રિટેશિયસના અંત વખતે ડાયનોસૉર વિલુપ્ત થયા અને તેમનું સ્થાન સસ્તન પ્રાણીઓએ લીધું તથા સાથે સાથે સપુષ્પ વનસ્પતિ પણ ઉત્ક્રાંત થઈ.

જીવન અને ચુંબકીય ક્ષેત્ર વચ્ચેની કડીનો શો સંબંધ હોઈ શકે તે બાબત સ્પષ્ટ થતી નથી. ફેરબદલી દરમિયાન ચુંબકીય ક્ષેત્રની તીવ્રતા વધુ ને વધુ ઘટતી જતી હોય છે. ઉફેને સૂચવ્યું છે કે ચુંબકીય ક્ષેત્રની ઘટતી જતી અસર દરમિયાન વૈશ્વિક કિરણોની અસર હેઠળ મૃત્યુના અને ઉત્પત્તિના ફેરફારો ઉદભવે છે; પરંતુ એક હકીકત એ  પણ છે કે વાતાવરણ તો વૈશ્વિક કિરણોને આવતાં રોકે છે, તેથી સામૂહિક વિલોપ અને વૈશ્વિક કિરણોની કડી જોડવાનો પ્રશ્ન રહેતો નથી.

ચુંબકીય ફેરબદલી સાથે સંકળાયેલા આબોહવાત્મક ફેરફારોને વ્યાપક વિલોપ માટેના કારણરૂપ હોવાનું માનવામાં આવે છે, પરંતુ ઘણી ફેરબદલી આબોહવાત્મક ફેરફારો વિના પણ થયેલી નોંધાઈ છે.

સૌર જ્વાળાઓ, સૌર પવન અને વાન ઍલન પટ્ટા શૂન્ય ચુંબકીય અસર હેઠળ થતા હોવાનું પહેલાં મનાતું હતું. એક એવો પણ મત પ્રવર્તતો રહ્યો છે કે અમુક હદ સુધી, જીવનસ્વરૂપો પણ ચુંબકીય ક્ષેત્ર પર આધારિત હોય છે. હેયઝે જણાવ્યું છે કે અમુક શંબુક(snail)ને મંદ ચુંબકીય ક્ષેત્રના સંકેત મળતા હોય છે. ભૂચુંબકત્વના વિષય પર ઘણું વર્ણનાત્મક કાર્ય થયું છે; પણ આ વિષય ઘણો ઓછો સમજાયો છે. તેને વધુ સારી રીતે સમજવા તથા અર્થઘટનો કરવા માટે તલસ્પર્શી સંશોધનો થાય તે જરૂરી છે.

ભૂચુંબકીય કાળક્રમ : સમુદ્રતળના ચુંબકીય અભ્યાસ પરથી ભૂચુંબકીય વ્યુત્ક્રમણનો લગભગ સંપૂર્ણ ઇતિહાસ જાણી શકાયો છે. છેલ્લાં 7.6 કરોડ વર્ષ દરમિયાન 171 વ્યુત્ક્રમણો થયાં હોવાનું પારખી શકાયું છે. ખડક-નમૂનાઓના વયનિર્ધારણની રેડિયોમાપન તેમજ અન્ય પદ્ધતિઓ પરથી વ્યુત્ક્રમણનો ભૂસ્તરીય કાળગાળો મેળવી શકાય છે. ભૂમિ પરના લાવાનાં વયનિર્ધારણ અને ચુંબકીય ગોઠવણી પરથી ભૂતકાળમાં થયેલા ભૂચુંબકીય ફેરબદલીના કાળગાળા આશરે 40 લાખ વર્ષના હોવાનું નક્કી કરવાનું શક્ય બની શક્યું છે. સહસંબંધથી સમુદ્રતળ – ફેરબદલી માટેનો કાળગાળો પણ એટલો જ થાય છે. આમ સમુદ્રતળનાં વ્યુત્ક્રમણો 7.6 કરોડ વર્ષ પાછળ સુધી લઈ જઈ શકાય છે. સમુદ્રતળ-વિસ્તરણનો દર એકધારો થતો હોવાનું ધારી લઈએ તો જૂનાં વ્યુત્ક્રમણો માટે પણ કાળગાળો 40 લાખ વર્ષનો ગોઠવી શકાય.

સરેરાશ મૂકતાં સામાન્ય ચુંબકીય ક્ષેત્ર આશરે 4,20,000 વર્ષ સુધી ચાલે છે. વ્યુત્ક્રમી ચુંબકીય ક્ષેત્ર આશરે 4,80,000 વર્ષ સુધી ચાલે છે. અત્યારનું જે સામાન્ય ધ્રુવત્વ છે તે છેલ્લાં 7,00,000 વર્ષથી ચાલે છે. આનો અર્થ એ થાય કે પૃથ્વી વ્યુત્ક્રમી ક્ષેત્ર તરફ આગળ વધી રહી છે. ક્ષેત્રીય તીવ્રતામાં 7 % નિયમિત ઘટાડો થતો જાય છે.

સમુદ્રતળમાં પોલી નળીઓ ખોસીને ત્યાંના નમૂનાઓ એકત્ર કરવામાં આવેલા છે, જેના પરથી તળના ભૂચુંબકીય ક્ષેત્રની નોંધ મળે છે. જુદાં જુદાં સમુદ્રતળોના નિક્ષેપોનો સહસંબંધ પણ આ રીતે સ્થાપિત કરી શકાય છે.

ગિરીશભાઈ પંડ્યા