Miksi maan magneettikenttä "läpäisee" miljoonan vuoden välein? Mistä tahansa syystä tai syistä, tapa, jolla maapallon ulkoydän nestemäinen rauta virtaa - sen virrat, rakenne, pitkäaikaiset jaksot - on tärkeä joko syynä, seurauksena tai hiukan molemmina.
Maapallon kentän pääkomponentti - joka määrittelee magneettiset navat - on dipoli, joka syntyy sulan nikkeliraudan konvektiosta ulkosydämessä (sisäydin on kiinteä, joten sen rooli on toissijainen; muista, että maan ydin on hyvin yli Curie-lämpötilan, joten rauta ei ole ferromagneettinen).
Entä hieno rakenne? Onko ulommalla ytimellä vastaava esimerkiksi maan ilmakehän suihkuvirrat? Japanin geofysiologiryhmän äskettäinen tutkimus paljastaa jonkin verran valintaa näihin kysymyksiin ja vihjaa siis siihen, mikä aiheuttaa magneettisen navan läppä.
Tietoja kuvasta: Tämä kuva osoittaa, kuinka kuvitteellisella hiukkasella, joka on suspendoitunut maan nestemäiseen raudan ulkopintaan, on taipumus virtaa vyöhykkeillä, vaikka olosuhteet geodynamossa muuttuisivat. Värit edustavat pyörteisyyttä tai "pyörimismäärää", jota tämä hiukkanen kokee, jossa punainen tarkoittaa positiivista (itä-länsi) virtausta ja sininen tarkoittaa negatiivista (länsi-itä) virtausta. Vasemmalta oikealle näyttää kuinka virtaus reagoi kasvaviin Rayleigh-lukuihin, mikä liittyy virtaukseen, jota vetovoima johtaa. Ylhäältä alas osoittaa kuinka virtaus reagoi koko geodynamo-järjestelmän kasvaviin kulmanopeuksiin.
Suihkuputken tuulet, jotka kiertävät maapalloa, ja kaasujäätiöiden (Jupiter, Saturn, jne.) Ilmakehässä olevat esimerkit ovat alueellisia virtauksia. ”Näille alueellisille virtauksille on yhteinen piirre, että ne syntyvät spontaanisti turbulenteissa järjestelmissä. Koska maapallon ulkokerroksen uskotaan olevan turbulenttisessa tilassa, on mahdollista, että ulomman ytimen nestemäisessä raudassa on alueellista virtausta ”, Abera Kageyama Koben yliopistosta ja hänen kollegansa sanovat äskettäisessä Nature-lehdessä. Ryhmä löysi toissijaisen virtauskuvion mallinnettaessa maapallon magneettikentän muodostavaa geodynamoa - rakentaaksesi yksityiskohtaisemman kuvan maan ulkoreunan konvektiosta, sekundaarisen virtauskuvion, joka koostuu sisäisistä levymäisistä radiaalisista palloista, joita ympäröi länsi sylinterimäinen alueellinen virtaus.
Tämä työ tehtiin käyttämällä Japanissa sijaitsevaa Earth Simulator -supertietokonetta, joka tarjosi riittävän spatiaalisen erottelukyvyn näiden sivuvaikutusten määrittämiseen. Kageyama ja hänen tiiminsä vahvistivat myös numeerisen mallin avulla, että tämä kaksois konvektiorakenne voi esiintyä samanaikaisesti hallitsevan konvektion kanssa, joka synnyttää pohjoisen ja etelän navat; Tämä on heidän malliensa kriittinen johdonmukaisuuden tarkistus: "Vahvistamme numeerisesti, että kaksoiskonvektion rakenne, jolla on tällainen vyöhykevirta, on vakaa voimakkaan, itse luoman dipolimagneettikentän alla", he kirjoittavat.
Tällaista ulomman ytimen vyöhykevirtausta ei ole aiemmin nähty geodynamomalleissa, johtuen suurelta osin aikaisempien mallien riittämättömän resoluution puutteesta. Se, mitä Kageyama ja hänen ryhmänsä tulokset nyt pystyvät saavuttamaan, on näiden aluevyöhykkeiden rooli maan magneettikentän kääntymisessä.
Lähteet: Fysiikan maailma, joka perustuu 11. helmikuuta 2010 ilmestyneeseen Nature-julkaisuun. Earth Simulatorin kotisivu
