Генерация геомагнитного поля

. (VI.4)

Это основное уравнение магнитной гидродинамики характеризует образование магнитного поля Земли во внешнем ядре. Решение его представляет значительные математические трудности и возможно лишь при определенных упрощениях. В целом оно выражает равновесие между силами Кориолиса 2r(wu), градиентом давления (gradP), полем силы тяжести (g), электромагнитными силами (i+B) и внешними силами (F), поддерживающими непрерывное возбуждение магнитного поля.

В случае стационарного процесса, т. е. при отсутствии внешних источников и u = 0, по данным Эльзассера, магнитное поле распадается в течение примерно 15·103 лет, так как уравнение (VI.4) обращается в обычное уравнение диффузии (t = msL2, для земного ядра L = 106 м, s = 3×105 (ом×м)-1, m = 4p×10-7 г/м, т.е. t » 104 лет. Вследствие вращения вытянутые вдоль меридиана магнитные силовые линии будут вытягиваться и накручиваться в широтном направлении. Таким образом, из полоидального поля Нп образуется тороидальное поле Нт (рис. 32). Полоидальное поле создает дипольную составляющую геомагнитного поля. Непрерывная закрутка тороидального поля ведет к уплотнению магнитных силовых линий и, следовательно, усилению дипольного поля. В дальнейшем поднимающийся конвекционный вихрь распадается. Распад происходит в приполярных областях ядра (рис. 32).

Такова в общем основа идеи гидромагнитного динамо Земли, являющегося, судя по намагниченности докембрийских пород, в среднем стационарным процессом. В зависимости от величины поля и скорости углового вращения Земли модель динамо может осуществлять колебания со случайными обращениями знака поля.

Из вышесказанного можно заключить, что механизм гидромагнитного динамо возможен в условиях Земли лишь при наличии конвекции в ядре. Следовательно, в ходе эволюции Земли был период продолжительностью 5×108 – 1×109 лет, когда первой реакционной зоны не существовало, а значит, не было и магнитного поля. Это соответствует протопланетной стадии развития Земли, имевшей место примерно 4 млрд. лет назад.

Рост толщины зоны внешнего ядра, несомненно, сопровождался усилением конвекции и размеров ее ячей, что должно было увеличивать напряженность дипольного поля. В дальнейшем с увеличением массы твердого субъядра и расходованием материала протовещества оболочки толщина реакционной зоны станет уменьшаться и соответственно будут уменьшаться конвекция, а с ней и напряженность геомагнитного поля.

Идея гидромагнитного динамо находит подтверждение при исследованиях магнитных полей Меркурия, Марса, Венеры и Луны. По данным космических исследований, размеры магнитоактивных зон у Меркурия и Марса в настоящее время не превышают 200 – 500 км, у Юпитера в 1600 раз превосходят объем жидкого ядра Земли (для сравнения: у Земли – порядка 2000 км). Луна не имеет жидкого ядра и собственного поля (Долгинов, 1974).

Современная полярность магнитных полей Марса и Юпитера обратна полярности магнитного поля Земли и Меркурия, хотя все эти планеты имеют прямое вращение. Эти факты, и особенно последний, служат доказательством того, что знак поля не связан с направлением вращения, а обусловлен неустойчивостью самого механизма динамо.

Полезные статьи

Место страны в мировой экономике, динамика экономического развития
Мадагаскар Экономика страны до 1972 - 1975 гг. в значительной мере находилась под контролем Франции: половина экспортных и импортных операций Мадаг ...

Карымские источники ( группа VIII).
Рис. 3 Подводное извержение в озере и землетрясение привели к катастрофическим последствиям не только в кальдере Академии Наук, но и в ...

Природные условия и ресурсы
Поволжье имеет благоприятные природные условия для проживания населения и ведения хозяйства. Район богат земельными (пахотные земли составляют прим ...