Геофизики объяснили «рывки» магнитного поля Земли

23 апреля, источник: Чердак

Геофизики объяснили «рывки» магнитного поля Земли

Они берут начало у самой границы твердого ядра планеты, а достигая мантии, ускоряются.

Компьютерная симуляция внутреннего строения земного ядра. Магнитные линии (рыжие) подвергаются влиянию турбулентной конвекции (синий и красный) | Источник: Чердак

Геофизики объяснили феномен геомагнитных джерков, резких изменений магнитного поля планеты. Сделать это помогло детальное компьютерное моделирование процессов, происходящих в земном ядре — расчеты заняли около четырех миллионов часов процессорного времени.

Новость

Ученые сообщили о резком росте солнечной активности

Магнитное поле планеты, которое в целом относительно стабильно, может локально усиливаться или ослабевать — и эти изменения описываются сразу несколькими величинами. Геофизики измеряют общую напряженность поля в каждый момент времени, изменения за некоторое время, а также ускорение изменения: если поле начинает ослабевать или усиливаться быстрее обычного, это тоже важно для составления прогнозов на будущее. Ускорение изменения магнитного поля считается в нанотеслах, деленных на год в квадрате: 1 нТ/год2 означает, что за этот год скорость изменения поля поменялась на +1 нанотесла в год. Причем, что самое важное, такое положительное ускорение может сопровождать ослабление поля — в таком случае ученые получают указание на то, что в скором времени уменьшение магнитного поля может сменится ростом.

Процесс резкого увеличения ускорения называется джерком: в дословном переводе это (с учетом контекста) означает «рывок». При геомагнитном джерке (впервые такие заметили в 1978 году) никаких видимых катаклизмов, вроде перемещения магнитных полюсов на другой континент или ослабевания магнитного поля на десятки процентов не происходит, но геофизикам лишние десятки нанотесла на год в квадрате указывают на некие очень быстрые по меркам земного ядра процессы.

Новость

Физики впервые услышали «барабанную дробь» магнитного щита Земли

Земное ядро имеет как твердую, внутреннюю часть, так и жидкую внешнюю оболочку. В этой оболочке циркулируют конвективные потоки, отводящие от «сердца Земли» тепло — с ними сегодня связывают большую часть магнитного поля планеты.

Течение расплавленного вещества создает электрический ток, становящийся источником магнитного поля — но это не единственный процесс, причастный к поведению магнитосферы. Второй процесс связан с возникновением волн в проводящей среде, когда механическое движение (течение магмы, например) сопровождается появлением магнитного поля. Которое, в свою очередь, может влиять на механическое движение: поскольку заряженные частицы в этой среде отклоняются магнитным полем.

Эта взаимозависимость магнитного поля и жидкости делает расчет параметров гидромагнитных волн сложной задачей.

Для моделирования ядра Земли необходимо рассмотреть большой шар, разбитый на множество отдельных участков, задать начальные условия (величину поля, плотность и скорость материала, вязкость среды и так далее), а затем рассмотреть все силы, которые возникают в такой системе при взаимодействии выбранных участков между собой.

Зная силы, можно рассчитать те изменения которые произойдут в следующий момент времени: но после этого система придет в другое состояние и все придется повторять заново.

Новость

Магнитный полюс Земли быстро движется в сторону России. Что происходит?

Исследователи из Дании и Франции смогли построить такую компьютерную модель, хотя это и потребовало четыре миллиона часов процессорного времени — ученые использовали суперкомпьютеры.

Расчеты показали, что волны, возникающие в жидком ядре у поверхности его твердой части, распространяются в направлении поверхности и при достижении мантии усиливаются, порождая геомагнитные джерки. Геофизики отмечают, что результат моделирования хорошо согласуется с реальными измерениями: как с отдельных геофизических станций, так и при помощи спутниковых магнетометров. Согласие модели с эмпирическими данными, по словам исследователей, может помочь в описании поведения магнитосферы планеты и, возможно, объяснить такие процессы, как дрейф магнитных полюсов.