Источники наблюдаемого магнитного поля в ядре Земли С.В. Старченко ИЗМИРАН

Источники наблюдаемого
магнитного поля в ядре Земли
С.В. Старченко
ИЗМИРАН
Относительные
изменения
компонент
геомагнитного
диполя.
Круги – это
g10 (t ) / g10 (1900),
g11 (t ) / g11 (1900)
– квадраты,
h11 (t ) / h11 (1900)
– ромбы.
B / t 
  (u  B)
  B / 
2
-290 лет
-770 лет
-1670 лет
    [rP ( ,  , r , t )] r  c



B  U | r  c
Real Earth’s
Geodynamo
liquid
core:
numerical
1
c
3
7
15
 10
models: 10   10 
E
 /c
5 1
  7 10 s
Главный источник осевого диполя – собственная диффуз.
функция с n=1, m=0, k=4 (r-число) и периодом 1670 лет.
ПРОВОДИМОСТЬ σ = (5.5 ± 0.7)∙105 См/м
Дипольные
IGRF
периоды
роста +/затухания
в годах.
Круги –
g10 /( dg10 / dt ),
квадраты –
g11 /( dg11 / dt )
и ромбы –
h11 /( dh11 / dt ).
Инверсия/экскурс
начнется не раньше
чем через 2000/1000 лет
Форма магнитосферы и её
RE 3
1/ 6
защитные от радиации
B(
)  Rms  B
функции слабо зависят от
Rms
величины поля.
Более существенный фактор – инверсии и экскурсы,
когда полюса попадают в экваториальную область.
Pr   /   1  cr  4 E
Композиционная конвекция
1963 Брагинский С.И. & Jacobs J.A.
ΩRc
2 / 3
, Rcr  PrE
2 / 3
(1  b )b
R  10 Pr
3
5b  1
Восточное супервращение твердого ядра:
Bullard (1949), seismic & numerical MHD (1996).
Западный дрейф областей у границы ядро-мантия.
3
3
14
Rcr  10 Pr
12
Эволюция системы мантияядро
Эволюция системы мантияядро
Эволюция системы мантияядро
Эволюция системы мантияядро
Эволюция системы мантияядро
Гравитационная энергия (1029 Дж), выделяющаяся
при эродировании твердого протоядра
Линии на графике (снизу вверх) – мощность
эродированного слоя: 250 км, 500 км, 1000 км и 2000 км
При X=0.5 выделится ~30∙1029 Дж,
что в среднем даст ~20 ТВт за 4.5
млрд. Энергия выделяется
неравномерно. На первом этапе
~500 млн. лет мощность процесса
наименьшая. Затем она нарастает
до максимума ~2.5 млрд. лет назад.
После чего мощность процесса и
интенсивность магнитного поля
спадают до минимума, который
появляется ~1.5 млрд. лет назад.
• Если современный осевой диполь уменьшает свою
величину со временем по экспоненте – то его источник
в ядре может быть представлен собственной магнитно диффузионной функцией (или 4*2 петли тока). При
этом соответствующая IGRF (1990-2010) проводимость
ядра (5.5 ± 0.7)∙105 См/м, а инверсия/экскурс могут
начаться не раньше чем через 2000/1000 лет.
• Впервые предложено и частично доказано расчетами,
изотопными и палеомагнитными данными, что,
альтернативно общепринятой гипотезе, современное
твердое ядро является небольшим остатком от
протоядра, которое ~3 млрд. лет растворялось в
растущем и опускающемся жидком ядре. При этом
выделялось столько энергии, что ее было достаточно не
только для ранней генерации значимого геомагнитного
поля, но и для существенного вклада в энергетику,
определяющую эволюцию ядра, мантии и коры.