Вычислительный эксперимент доказывает более сильную связь земного магнетизма и климата
 Смоделированное изображение Земли во время ледникового периода. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Магнитное поле Земли формируется за счет теплового движения жидкости в слое расплавленного металла под мантией. Жидкость движется от наиболее нагретых областей, а вращение Земли придает этому движению сложную траекторию. Электроны в этом потоке генерируют ток, который создает магнитное поле, аналогично электромагниту из проволочной катушки.
Магнитное поле защищает планету от воздействия космического излучения. Поэтому для геофизиков ключевой вопрос – могут ли природно-климатические или искусственные изменения повлиять на «прочность» этого щита. Отложения пород на дне океана показывают, что за последние 2 миллиона лет изменения магнитного поля Земли были хорошо синхронизированы с ледниковыми периодами. Однако, до сих пор было не ясно, были ли изменения климата непосредственной причиной этих колебаний. Согласно основной теории, изменения вызывают большие объемы воды, накапливающиеся вблизи полюсов (в виде льда) во время ледникового периода. Эти изменения увеличивают массу полярных областей, снижая инерцию вращения планеты. Это, в свою очередь, заставляет ее вращаться быстрее. Но масштабы этого явления до сих пор были неизвестны, отчасти потому, что моделирование таких длительных геологических процессов – не простая задача.
Группа ученых из Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology (Япония) упростила задачу, предложив условия, достаточные для проведения долгосрочного моделирования. Они использовали существующую модель расплавленного внешнего ядра из электропроводной жидкости, размещенной между горячим внутренним сердечником и холодной внешней сферической границей (т.е. нижней частью мантии). В рамках данной модели рассчитывались тепловой поток, перемещения жидкости, а также электрическое и магнитное поля. Чтобы упростить расчет, ученые использовали обычный прием: они предположили очень высокую вязкость жидкости и низкую скорость вращения. Отношение этих характеристик на эксперименте оказалось в 10 миллиардов раз выше, чем оно есть на самом деле. Несмотря на такие упрощения, для моделирования процесса потребовалось около 100 часов работы суперкомпьютера (при этом проводилось моделирование вращения в течение 200 тысяч лет).
Для демонстрации искомого явления в модель было введено 2% изменение скорости вращения Земли, что эквивалентно сокращению суток примерно на полчаса. Это намного больше, чем наблюдалось в реальной жизни во время ледникового периода, но т.к. виртуальная Земля вращалась намного медленнее, ученым пришлось увеличить эффект, чтобы он был заметен на фоне погрешности. Расчеты показали, что даже такие незначительные колебания скорости приводят к изменению магнитного поля на 25%.
Работа ученых опубликована в журнале Physical Review Letters. Сейчас важнейшим дальнейшим шагом является повторение расчета с параметрами, близкими к реальным измерениям.
Также по теме:
- Группа ученых сосредоточила внимание на том, как распространяются звуковые волны в земле
- Лучший способ заглянуть под землю
- Открытие американских геологов положило конец дебатам о кислороде, содержащемся в мантии Земли
- Геофизики разработали новую модель дегазации мантии Земли
- Ученые разработали универсальную схему интерьера Земли
Источники: