Защо магнитното поле на Земята се „преобръща“ на всеки милион години или така? Каквато и да е причината или причините, по какъв начин тече желязото от външното ядро на Земята - нейните токове, структура, дългосрочни цикли - е важно, като причина, следствие или малко от двете.
Основният компонент на земното поле - който определя магнитните полюси - е дипол, генериран от конвекция на разтопено никел-желязо във външната сърцевина (вътрешното ядро е твърдо, така че ролята му е второстепенна; не забравяйте, че земното ядро е добре над температурата на Кюри, така че желязото не е феромагнитно).
Но какво ще кажете за фината структура? Има ли например външното ядро еквивалентно на струйните потоци на земната атмосфера? Последните изследвания на екип от геофизици в Япония хвърлят малко светлина върху тези въпроси и така намекват какво причинява магнитните полюси.
За изображението: Това изображение показва как една въображаема частица, окачена в течната желязна външна сърцевина на Земята, има тенденция да протича в зони, дори когато условията в геодинамото са разнообразни. Цветовете представляват завихрянето или „количеството на въртене“, което тази частица изпитва, където червеното означава положителен (изток-запад) поток, а синьото означава отрицателен (запад-изток) поток. Отляво надясно показва как потокът реагира на увеличаващите се числа на Rayleigh, което е свързано с потока, задвижван от плавателността. Отгоре надолу показва как потокът реагира на увеличаващите се ъглови скорости на цялата система на геодинамията.
Вятърът на струйния поток, който обикаля земното кълбо, и тези в атмосферата на газовите гиганти (Юпитер, Сатурн и др.) Са примери за зонални потоци. „Обща черта на тези зонални потоци е, че те се генерират спонтанно в турбулентни системи. Тъй като се смята, че външното ядро на Земята е в турбулентно състояние, е възможно да има зонален поток в течното желязо на външното ядро “, казва Акира Кагеяма от университета Кобе и колегите в неотдавнашния си доклад за природата. Екипът намери вторичен модел на потока, когато моделира геодинамото - което генерира магнитното поле на Земята - за да създаде по-подробна картина на конвекция във земното външно ядро, вторичен модел на потока, състоящ се от вътрешни листовидни радиални потоци, заобиколени от запад цилиндричен зонален поток.
Тази работа беше извършена с помощта на суперкомпютъра Earth Simulator със седалище в Япония, който предложи достатъчна пространствена разделителна способност за определяне на тези вторични ефекти. Kageyama и неговият екип също потвърдиха, използвайки числов модел, че тази структура с двойно конвекция може да съществува съвместно с доминиращата конвекция, която генерира северния и южния полюс; това е критична проверка за консистенция на техните модели: „Числено потвърждаваме, че структурата с двойна конвекция с такъв зонален поток е стабилна при силно, самогенерирано диполно магнитно поле“, пишат те.
Този вид зонален поток във външното ядро не е бил наблюдаван при моделите на геодинамията досега, до голяма степен поради липсата на достатъчно разделителна способност в по-ранните модели. Каква роля играят тези зонални потоци в обръщането на магнитното поле на Земята, е една област на изследване, която резултатите от Кагеяма и неговия екип вече ще могат да бъдат преследвани.
Източници: Physics World, базиран на статия в броя на Nature, от 11 февруари 2010 г. Начална страница на Earth Simulator
