Dlaczego ziemskie pole magnetyczne „zmienia się” co milion lat? Bez względu na przyczynę lub powód, w jaki sposób płynne żelazo zewnętrznego rdzenia Ziemi płynie - jego prądy, jego struktura, jego długoterminowe cykle - jest ważne, zarówno jako przyczyna, skutek, jak i trochę z obu.
Głównym składnikiem pola Ziemi - które definiuje bieguny magnetyczne - jest dipol generowany przez konwekcję stopionego niklu-żelaza w rdzeniu zewnętrznym (rdzeń wewnętrzny jest stały, więc jego rola jest wtórna; pamiętaj, że jądro Ziemi jest dobrze powyżej temperatury Curie, więc żelazo nie jest ferromagnetyczne).
Ale co z drobną strukturą? Czy zewnętrzny rdzeń ma na przykład odpowiednik strumieni odrzutowych atmosfery ziemskiej? Ostatnie badania przeprowadzone przez zespół geofizyków w Japonii rzucają nieco światła na te pytania, a więc wskazują na to, co powoduje odwrócenie biegunów magnetycznych.
O obrazie: Ten obraz pokazuje, jak wyimaginowana cząstka zawieszona w zewnętrznym jądrze ciekłego żelaza Ziemi ma tendencję do płynięcia w strefach, nawet gdy warunki w geodynamice są zmienne. Kolory reprezentują wirowość lub „wielkość obrotu”, której doświadcza ta cząstka, gdzie czerwony oznacza przepływ dodatni (wschód-zachód), a niebieski oznacza przepływ ujemny (zachód-wschód). Od lewej do prawej pokazuje, jak przepływ reaguje na rosnące liczby Rayleigha, co jest związane z przepływem napędzanym przez pływalność. Od góry do dołu pokazuje, jak przepływ reaguje na rosnące prędkości kątowe całego układu geodynamicznego.
Wiatry strumieniowe krążące wokół globu i te w atmosferach gazowych gigantów (Jowisz, Saturn itp.) Są przykładami przepływów strefowych. „Wspólną cechą tych strefowych przepływów jest to, że są one generowane spontanicznie w układach turbulentnych. Ponieważ uważa się, że zewnętrzny rdzeń Ziemi jest w stanie turbulentnym, możliwe jest, że w ciekłym żelazie zewnętrznego jądra występuje przepływ strefowy ”, mówią Akira Kageyama z Kobe University i jego współpracownicy w swoim najnowszym artykule Nature. Zespół znalazł wtórny wzorzec przepływu, kiedy modelowali geodynamo - które generuje pole magnetyczne Ziemi - w celu stworzenia bardziej szczegółowego obrazu konwekcji w zewnętrznym jądrze Ziemi, wtórny wzorzec przepływu składający się z wewnętrznych płatów promienistych, otoczonych przez zachód cylindryczny przepływ strefowy.
Prace te przeprowadzono przy użyciu superkomputera Earth Simulator z siedzibą w Japonii, który oferował wystarczającą rozdzielczość przestrzenną do określenia tych efektów wtórnych. Kageyama i jego zespół potwierdzili również, używając modelu numerycznego, że ta podwójna konwekcja może współistnieć z dominującą konwekcją, która generuje bieguny północny i południowy; jest to krytyczna kontrola spójności ich modeli: „Liczbowo potwierdzamy, że struktura podwójnej konwekcji z takim przepływem strefowym jest stabilna w silnym, samodzielnie generowanym dipolowym polu magnetycznym”, piszą.
Tego rodzaju przepływ strefowy w rdzeniu zewnętrznym nie był wcześniej obserwowany w modelach geodynamicznych, głównie ze względu na brak wystarczającej rozdzielczości we wcześniejszych modelach. Jaką rolę odgrywają te przepływy strefowe w odwróceniu ziemskiego pola magnetycznego, jest jednym z obszarów badań, nad którymi Kageyama i jego zespół będą mogli teraz dążyć.
Źródła: Świat Fizyki, na podstawie artykułu w numerze Nature z 11 lutego 2010 r. Strona główna Symulatora Ziemi
