Hvorfor 'jord' magnetisk felt 'vippes' hvert million år eller deromkring? Uanset årsagen eller årsagerne til, hvordan det flydende jern i jordens ydre kerne flyder - dets strømme, dets struktur, dets langsigtede cyklusser - er vigtigt, enten som årsag, virkning eller lidt af begge dele.
Hovedkomponenten i jordens felt - som definerer magnetpolerne - er en dipol genereret af konvektionen af smeltet nikkeljern i den ydre kerne (den indre kerne er solid, så dens rolle er sekundær; husk at jordens kerne er godt over Curie-temperaturen, så jernet ikke er ferromagnetisk).
Men hvad med den fine struktur? Har den ydre kerne ækvivalent med Jordens atmosfære jetstrømme, for eksempel? Nylig undersøgelse fra et team af geofysikere i Japan kaster lys over disse spørgsmål, og antyder så, hvad der forårsager magnetiske polvip.
Om billedet: Dette billede viser, hvordan en imaginær partikel, der er ophængt i den flydende jern ydre kerne af Jorden, har tendens til at strømme i zoner, selv når forholdene i geodynamoen varieres. Farverne repræsenterer vorticiteten eller "rotationsmængden", som denne partikel oplever, hvor rød betyder positiv (øst-vest) strøm og blå betegner negativ (vest-øst) strøm. Fra venstre til højre viser, hvordan strømmen reagerer på stigende Rayleigh-tal, som er forbundet med flow drevet af opdrift. Fra top til bund viser, hvordan strømning reagerer på stigende vinkelhastigheder for hele geodynamosystemet.
Jetstrømvindene, der cirkler rundt om kloden og dem, der er i atmosfæren fra gasgiganterne (Jupiter, Saturn, osv.) Er eksempler på zonstrømme. ”Et fælles træk ved disse zonale strømme er, at de spontant genereres i turbulente systemer. Fordi Jordens ydre kerne antages at være i en turbulent tilstand, er det muligt, at der er zonal strømning i det flydende jern i den ydre kerne, ”siger Akira Kageyama ved Kobe University og kolleger i deres nylige Nature-papir. Holdet fandt et sekundært strømningsmønster, da de modellerede geodynamoen - som genererer jordens magnetiske felt - for at opbygge et mere detaljeret billede af konvektion i jordens ydre kerne, et sekundært strømningsmønster bestående af indre arklignende radiale plumes, omgivet af vestpå cylindrisk zonal flow.
Dette arbejde blev udført ved hjælp af Earth Simulator supercomputer med base i Japan, som tilbød tilstrækkelig rumlig opløsning til at bestemme disse sekundære effekter. Kageyama og hans team bekræftede også ved hjælp af en numerisk model, at denne dual-konvektionsstruktur kan eksistere sammen med den dominerende konvektion, der genererer nord- og sydpolen; dette er en kritisk konsistenskontrol af deres modeller, "Vi bekræfter numerisk, at dobbeltkonvektionsstrukturen med en sådan zonal strøm er stabil under et stærkt, selvgenereret dipolmagnetisk felt," skriver de.
Denne form for zonal strømning i den ydre kerne er ikke set i geodynamo-modeller før, hovedsagelig på grund af manglende tilstrækkelig opløsning i tidligere modeller. Hvilken rolle disse zonale strømme spiller i tilbageførsel af Jordens magnetfelt er et forskningsområde, som Kageyama og hans teams resultater, der nu vil kunne forfølges.
Kilder: Physics World, der er baseret på et papir i naturudgaven 11. februar 2010. Earth Simulator hjemmeside
