Számítógépes szimulációk feltárják a dinamó működését a Föld mágneses mezeje mögött

Számítógépes szimulációk feltárják a dinamó működését a Föld mágneses mezeje mögött
Számítógépes szimulációk feltárják a dinamó működését a Föld mágneses mezeje mögött
Anonim

WASHINGTON, DC – Mélyen a Föld belsejében van egy dinamó, amely létrehozza a bolygó mágneses terét – egyfajta generátor, amelyet nem a forgó turbinák, hanem a folyékony vas kavargó áramlása hajt. Ennek a dinamónak a működése nem figyelhető meg, de a tudósok számítógépes szimulációkat használtak, hogy erőteljes új betekintést nyerjenek a „geodinamó” működésébe és a Föld magjának viselkedésébe.

A geodinamó első önkonzisztens, háromdimenziós számítógépes szimulációját Gary Glatzmaier, ma a Santa Cruz-i Kaliforniai Egyetem földtudományi professzora és Paul Roberts, a matematika professzora végezte el 1995-ben. UCLA.Glatzmaier, Roberts és munkatársaik azóta finomították és kiterjesztették szimulációikat, új megvilágításba helyezve a bolygó belső működését.

Glatzmaier bemutatta a csoport legújabb eredményeit február 20-án, vasárnap az Amerikai Tudományfejlesztési Szövetség éves találkozóján Washingtonban.

A geodinamó Glatzmaier-Roberts modellje lényegében a Föld magjának fizikáját leíró összetett egyenletkészlet. A tudósok régóta feltételezték, hogy a geomágneses mező mögötti mechanizmus a Föld folyékony külső magjának mozgását foglalja magában, amely egy szilárd belső magot vesz körül. Mindkettő főként vasból áll. A szilárd belső mag körülbelül akkora, mint a hold, és olyan forró, mint a nap felszíne.

A magból kiáramló hő végső soron hajtja a geodinamót. "Alapvetően az egész működik, mert a Föld lehűl" - mondta Glatzmaier. A hűtési folyamat folyadékmozgásokat eredményez a külső magban, ami elektromos áramot hoz létre, amely, mint minden elektromos áram, mágneses teret hoz létre.

A geodinamó Glatzmaier-Roberts modelljének egyik kezdeti eredménye a Föld mágneses mezejének megfordulásának szimulációja volt, amikor az északi és déli mágneses pólusok felcserélik egymást. Ez a jelenség sokszor előfordult a bolygó történetében, a kőzetekben őrzött paleomágneses feljegyzések szerint, amelyek a Föld mágnesességének irányát és erősségét mutatják a kőzetek kialakulásakor.

"A modell által generált mágneses mezőt sikerült elérni, amely nagyon hasonlít a Földéhez, és megforduláson megy keresztül" - mondta Glatzmaier.

A modell azt is megjósolta, hogy a szilárd belső mag valamivel gyorsabban forog, mint a Föld felszíne. Ezt az előrejelzést később más kutatók is alátámasztották a magon áthaladó szeizmikus hullámok bizonyítékai alapján.

Az elmúlt öt évben Glatzmaier és munkatársai javították modelljük pontosságát és felbontását, kihasználva a számítógép kapacitásának fejlődését.Mára már 300 000 éven át tartó szimulációkat futtattak, és a mágneses tér megfordulásának mintázatát mutatják, amely nagyon hasonló a paleomágneses rekordban láthatóhoz.

"Futtathatjuk a szimulációt 200 000 évig, és a mágneses tér nagyon hosszú ideig stabil lesz – több millió időlépésre, amire ezeket az egyenleteket megoldjuk. Majd ezer éven belül megfordítja a polaritást, és majd ismét stabil marad még egy hosszú ideig. Nagyon örültünk ennek, mert ezt látjuk a Föld rekordjában is” – mondta Glatzmaier.

Megjegyezte, hogy a megfordításokat nem a geodinamóra gyakorolt ​​külső hatás váltja ki. "Ez egyszerűen a dinamórendszer nagyon nemlineáris, kaotikus természetének köszönhető" - mondta.

A csoport legutóbbi erőfeszítései a köpenynek a geomágneses irányváltások gyakoriságának szabályozásában betöltött szerepére összpontosultak. A köpenyben a hőmérséklet-ingadozások, amelyek a külső magból a köpenybe történő hőáramlás egyenetlen mintázatát okozzák, befolyásolhatják a külső mag folyadékdinamikáját.Tehát Glatzmaier csoportja lefuttatta szimulációját nyolc különböző hőáramlási mintával a mag-köpeny határán.

A Nature folyóirat 1999. október 28-i számában közzétett eredmények azt mutatták, hogy a köpeny által meghatározott hőáramlási mintázat igenis nagy hatással van a geodinamó viselkedésére. A mágneses tér megfordításának leginkább Földhöz hasonló mintája viszonylag egyenletes hőáramlási mintával fordult elő. Ez arra utal, hogy a tudósok túlbecsülték a köpeny hőingadozásának mértékét, vagy hogy a köpeny összetételének változásai kompenzálhatják a hőingadozásokat.

"Még mindig nem vagyunk elégedettek azzal, hogy mindenre megvan a válasz" - mondta Glatzmaier. "A modell egy módja az ismeretlen felfedezésének, és nagyon ígéretesnek tűnik, mert az eredmények nagyon hasonlítanak a valódi mágneses térre. De kevésbé bízunk a részletekben, és ezen a nagyobb teljesítményű számítógépek segítenek."

További információk a geodinamóról, beleértve a számítógépes szimulációkból származó színes képeket, megtalálhatók a weben:

Népszerű téma

Érdekes cikkek
Az őskémiai érzékelő fejlődése, a nocicepció, kiszagolva
Olvass tovább

Az őskémiai érzékelő fejlődése, a nocicepció, kiszagolva

Amikor megfullad a csípős cigarettafüsttől, úgy érzi, mintha felégne egy falat wasabi-csipkés sushitól, vagy sírna, miközben nyers hagymát és fokhagymát vág, válaszát egy eredeti kémiai érzékelő váltja ki mintegy 500 millió éves állatfejlődés – számoltak be a Brandeis Egyetem tudósai a Nature március 18-i tanulmányában.

A gombák gyorsan változhatnak, továbbadhatják a fertőző képességet
Olvass tovább

A gombák gyorsan változhatnak, továbbadhatják a fertőző képességet

A gombák jelentős potenciállal rendelkeznek a „horizontális” génátvitelben, egy új tanulmány kimutatta, hasonlóan azokhoz a mechanizmusokhoz, amelyek lehetővé teszik a baktériumok ilyen gyors fejlődését, rezisztenssé válnak az antibiotikumokkal szemben, és más súlyos problémákat okoznak.

Marine Mr. Mom: A hím csőhalak szülnek, de némelyik döglött apa, a tanulmány szerint
Olvass tovább

Marine Mr. Mom: A hím csőhalak szülnek, de némelyik döglött apa, a tanulmány szerint

A hím csőhalak és csikóhal-unokatestvéreik az egyetlen hím, amely ténylegesen vemhes lesz és megszül, de a pipahalak valószínűleg soha nem nyerik el az Év Atyja díjat – az utódokhoz való hozzáállásuk a teljes szeretettől a teljes elhanyagolásig terjedhet, a Texas A&M Egyetem kutatóinak új eredményei szerint.