Varför flippar jordens magnetfält varje miljon år eller så? Oavsett anledning eller orsaker, hur flytande järn i jordens yttre kärna flyter - dess strömmar, dess struktur, dess långsiktiga cykler - är viktigt, antingen som orsak, effekt eller lite av båda.
Huvudkomponenten i jordens fält - som definierar magnetpolerna - är en dipol genererad genom konvektionen av smält nickeljärn i den yttre kärnan (den inre kärnan är solid, så dess roll är sekundär; kom ihåg att jordens kärna är väl över Curie-temperaturen, så att järnet inte är ferromagnetiskt).
Men hur är det med den fina strukturen? Har till exempel den yttre kärnan motsvarande jordens atmosfärens jetströmmar? Ny forskning från ett team av geofysiker i Japan belyser dessa frågor och antyder så vad som orsakar magnetiska polvippor.
Om bilden: Denna bild visar hur en imaginär partikel som är upphängd i den yttre kärnan av jorden tenderar att flöda i zoner även när förhållandena i geodynamot varierar. Färgerna representerar vorticiteten eller "rotationsmängden" som denna partikel upplever, där rött betyder positivt (öst-väst) flöde och blått betyder negativt (väst-öst) flöde. Vänster till höger visar hur flödet reagerar på ökande Rayleigh-antal, vilket är associerat med flöde drivet av flytkraft. Uppifrån och ned visar hur flöde reagerar på ökande vinkelhastigheter för hela geodynamosystemet.
Jetströmvindarna som cirklar runt världen och de i gasgiganternas atmosfär (Jupiter, Saturn, etc.) är exempel på zonflöden. ”En gemensam egenskap hos dessa zonflöden är att de spontant genereras i turbulenta system. Eftersom jordens yttre kärna tros befinna sig i ett turbulent tillstånd, är det möjligt att det finns zonalt flöde i det yttre kärnans flytande järn, ”säger Akira Kageyama vid Kobe University och kollegor, i deras senaste Nature-papper. Teamet hittade ett sekundärt flödesmönster när de modellerade geodynamot - som genererar jordens magnetfält - för att bygga en mer detaljerad bild av konvektion i jordens yttre kärna, ett sekundärt flödesmönster bestående av inre arkliknande radiella plummar, omgiven av västerut cylindriskt zonflöde.
Detta arbete utfördes med hjälp av Earth Simulator superdatorn, baserad i Japan, som erbjöd tillräcklig rumslig upplösning för att bestämma dessa sekundära effekter. Kageyama och hans team bekräftade också, med hjälp av en numerisk modell, att denna dubbelkonvektionsstruktur kan samexistera med den dominerande konvektionen som genererar norra och södra polerna; detta är en kritisk konsistenskontroll på deras modeller, "Vi bekräftar numeriskt att den dubbla konvektionsstrukturen med ett sådant zonflöde är stabilt under ett starkt, självgenererat dipolmagnetiskt fält," skriver de.
Denna typ av zonflöde i den yttre kärnan har inte setts i geodynamomodeller tidigare, till stor del på grund av brist på tillräcklig upplösning i tidigare modeller. Vilken roll dessa zonalströmmar spelar i vändningen av jordens magnetfält är ett forskningsområde som Kageyama och hans teams resultat som nu kommer att kunna eftersträvas.
Källor: Physics World, baserat på ett papper i naturutgåvan den 11 februari 2010. Earth Simulator hemsida
