Kāpēc Zemes magnētiskais lauks “izslīd” aptuveni ik pēc miljona gada? Neatkarīgi no iemesla vai iemesliem, Zemes ārējās serdes šķidrā dzelzs plūsmas veids - tā straumes, struktūra, ilgtermiņa cikli - ir svarīgs vai nu kā cēlonis, tā sekas, vai arī par abiem.
Zemes lauka galvenā sastāvdaļa, kas nosaka magnētiskos polus, ir dipols, ko rada kausēta niķeļa-dzelzs konvekcija ārējā kodolā (iekšējais kodols ir ciets, tāpēc tā loma ir sekundāra; atcerieties, ka Zemes kodols ir labs virs Kurija temperatūras, tāpēc dzelzs nav feromagnētiska).
Bet kā ir ar smalko struktūru? Vai ārējā serde ir līdzīga, piemēram, Zemes atmosfēras strūklas straumēm? Jaunākie Japānas ģeofizikāņu grupas pētījumi atklāj dažus jautājumus šajos jautājumos, tādējādi sniedzot norādes par to, kas izraisa magnētiskā pola pārvēršanos.
Par attēlu: Šis attēls parāda, kā iedomātas daļiņas, kas suspendētas Zemes šķidrā dzelzs ārējā kodolā, mēdz plūst zonās pat tad, ja apstākļi ģeodinamā ir mainīgi. Krāsas attēlo virpīgumu vai “griešanās daudzumu”, ko izjūt šī daļiņa, kur sarkans apzīmē pozitīvu (austrumu-rietumu) plūsmu un zils apzīmē negatīvu (rietumu-austrumu) plūsmu. No kreisās uz labo parāda, kā plūsma reaģē uz pieaugošajiem Raileigh skaitļiem, kas ir saistīts ar plūsmu, ko veicina peldspēja. Augšup uz leju parāda, kā plūsma reaģē uz visas ģeodinamiskās sistēmas leņķa ātrumu pieaugumu.
Zonisko plūsmu piemēri ir strūklas vēji, kas riņķo apkārt pasaulei, un tie, kas atrodas gāzes gigantu (Jupitera, Saturna uc) atmosfērā. “Šo zonālo plūsmu kopēja iezīme ir tā, ka tās spontāni rodas turbulentās sistēmās. Tā kā tiek uzskatīts, ka Zemes ārējais kodols atrodas turbulentā stāvoklī, iespējams, ka ārējā serdeņa šķidrajā dzelmē ir zonāla plūsma, ”savā nesenajā Dabas rakstā saka Akira Kageyama no Kobes universitātes un kolēģi. Komanda atrada sekundāro plūsmas modeli, kad viņi modelēja ģeodinamu - kas rada Zemes magnētisko lauku -, lai izveidotu detalizētāku konvekcijas priekšstatu Zemes ārējā kodolā, sekundāro plūsmas modeli, kas sastāv no iekšējiem lokšņu veida radiālajiem plūdiem, ko ieskauj rietumu virzienā cilindriska zonālā plūsma.
Šis darbs tika veikts, izmantojot Japānas bāzes superdatoru Earth Simulator, kurš piedāvāja pietiekamu telpisko izšķirtspēju, lai noteiktu šos sekundāros efektus. Kagejama un viņa komanda arī, izmantojot skaitlisko modeli, apstiprināja, ka šī divkonvekcijas struktūra var pastāvēt līdzās dominējošajai konvekcijai, kas rada ziemeļu un dienvidu polus; šī ir kritiska viņu modeļu konsekvences pārbaude: “Mēs skaitliski apstiprinām, ka divkonvekcijas struktūra ar šādu zonālo plūsmu ir stabila spēcīgā, pats ģenerētā dipola magnētiskajā laukā,” viņi raksta.
Šāda veida zonālā plūsma ārējā kodolā iepriekš nebija novērota ģeodinamu modeļos, galvenokārt tāpēc, ka iepriekšējos modeļos nebija pietiekamas izšķirtspējas. Kāda loma šīm zonālajām plūsmām ir Zemes magnētiskā lauka apgrieztā virzienā, ir viena Kagejama un viņa komandas pētījumu izpētes joma, kuru tagad varēs izmantot.
Avoti: Fizikas pasaule, pamatojoties uz rakstu 2010. gada 11. februāra žurnālā Nature. Zemes simulatora mājas lapa
