© Aubert et al./IPGP/CNRS Photo library
Магнитное поле Земли испытывает непредсказуемые, быстрые и интенсивные аномалии, которые известны как геомагнитные рывки. Механизмы, стоящие за этим явлением, оставались загадкой до недавнего открытия исследователей CNRS. Работая с коллегами из Дании, они создали компьютерную модель для геомагнитных рывков и объяснили их внешний вид. Исследование было опубликовано в журнале Nature Geoscience 22 апреля 2019 года.
Первоначально описанные в 1978 году, геомагнитные рывки представляют собой непредсказуемые события, которые резко ускоряют эволюцию магнитного поля Земли и искажают прогнозы его поведения в многолетнем масштабе.
Наше магнитное поле влияет на многочисленные виды деятельности человека, начиная с определения направления сторон света в смартфонах и заканчивая полетом низкоорбитальных спутников. Поэтому важно точно предсказать его эволюцию. Тем не менее, геомагнитные рывки с течением времени представляют проблему для геофизиков.
Магнитное поле Земли создается благодаря циркуляции вещества в ее металлическом ядре через энергию, выделяемую при охлаждении этого ядра. Исследователям известны два типа движений, которые вызывают два типа изменений в магнитном поле: те, которые возникают в результате медленного конвекционного движения, которое можно измерить в масштабе столетия, и те, которые возникают в результате «быстрых» гидромагнитных волн, которые можно обнаружить в масштабе нескольких лет.
Они подозревали, что последние играли роль в рывках, но взаимодействие этих волн с медленной конвекцией, наряду с их механизмом распространения и усиления, еще не было обнаружено.
Чтобы разгадать эту загадку, Жюльен Обер из Парижского института физики мира (CNRS) совместно с коллегой из Технического университета Дании (DTU) разработал компьютерную симуляцию, очень близкую к физическим условиям ядра Земли. Моделирование потребовало эквивалента 4 миллионов часов вычислений и было выполнено благодаря суперкомпьютеру GENCI.
Исследователи впоследствии смогли воспроизвести последовательность событий, приводящих к геомагнитным рывкам, которые возникают при моделировании от гидромагнитных волн, излучаемых во внутреннем ядре. Эти волны фокусируются и усиливаются по мере приближения к поверхности ядра, вызывая магнитные возмущения, сопоставимые во всех отношениях с наблюдаемыми рывками.
Цифровое воспроизведение и понимание этих рывков прокладывает путь к лучшему предсказанию магнитного поля Земли. Выявление причины изменений магнитного поля может также помочь геофизикам изучить физические свойства ядра Земли и внутренней мантии.
Geomagnetic jerks and rapid hydromagnetic waves focusing at Earth’s core surface, Nature Geoscience (2019). DOI: 10.1038/s41561-019-0355-1