Почему магнитное поле Земли «переворачивается» каждые миллионы лет или около того? Какой бы ни была причина или причины, то, как течет жидкое железо внешнего ядра Земли - его токи, его структура, его долгосрочные циклы - важно, как причина, следствие или как и то, и другое.
Основным компонентом поля Земли, которое определяет магнитные полюса, является диполь, генерируемый конвекцией расплавленного железо-никеля во внешнем ядре (внутреннее ядро твердое, поэтому его роль вторична; помните, что ядро Земли хорошо выше температуры Кюри, поэтому железо не ферромагнитное).
Но как насчет тонкой структуры? Есть ли, например, внешнее ядро, эквивалентное струйным потокам земной атмосферы? Недавние исследования, проведенные группой геофизиков в Японии, проливают некоторый свет на эти вопросы и таким образом намекают на то, что вызывает перевороты магнитных полюсов.
Об изображении: Это изображение показывает, как воображаемая частица, взвешенная во внешнем ядре Земли из жидкого железа, имеет тенденцию течь в зонах, даже когда условия в геодинамике изменяются. Цвета представляют завихренность или «степень вращения», которую испытывает эта частица, где красный цвет обозначает положительный поток (восток-запад), а синий - отрицательный (запад-восток). Слева направо показано, как поток реагирует на увеличение числа Рэлея, что связано с потоком, обусловленным плавучестью. Сверху вниз показано, как поток реагирует на увеличение угловых скоростей всей геодинамической системы.
Струйные потоки ветра, которые окружают земной шар, и те, что находятся в атмосферах газовых гигантов (Юпитер, Сатурн и т. Д.), Являются примерами зональных потоков. «Общей особенностью этих зональных течений является то, что они самопроизвольно генерируются в турбулентных системах. Поскольку считается, что внешнее ядро Земли находится в турбулентном состоянии, возможно, в жидком железе внешнего ядра существует зональное течение », - говорят Акира Кагейама из Университета Кобе и его коллеги в своей недавней статье« Природа ». Команда нашла вторичную модель потока, когда они смоделировали геодинамику, которая генерирует магнитное поле Земли, чтобы построить более детальную картину конвекции во внешнем ядре Земли, вторичную схему потока, состоящую из внутренних листообразных радиальных шлейфов, окруженных на запад. цилиндрический зональный поток.
Эта работа была выполнена с использованием суперкомпьютера Earth Simulator, базирующегося в Японии, который обеспечил достаточное пространственное разрешение для определения этих вторичных эффектов. Кагеяма и его команда также подтвердили, используя численную модель, что эта структура с двойной конвекцией может сосуществовать с доминирующей конвекцией, которая генерирует северный и южный полюса; это критическая проверка согласованности их моделей: «Мы численно подтверждаем, что структура с двойной конвекцией при таком зональном течении устойчива в сильном, самогенерируемом дипольном магнитном поле», - пишут они.
Такого рода зональное течение во внешнем ядре ранее не наблюдалось в моделях геодинамики, в основном из-за отсутствия достаточного разрешения в более ранних моделях. Какую роль играют эти зональные потоки в обращении магнитного поля Земли, является одной из областей исследований, которые Кагеяма и результаты его команды смогут продолжить.
Источники: Physics World, по материалам газеты Nature от 11 февраля 2010 года. Домашняя страница Симулятора Земли
