لماذا "قلب" المجال المغناطيسي للأرض كل مليون سنة أو نحو ذلك؟ مهما كان السبب ، أو الأسباب ، فإن الطريقة التي يتدفق بها الحديد السائل من النواة الخارجية للأرض - تياراتها ، وهيكلها ، ودوراتها طويلة المدى - مهمة ، إما كسبب أو تأثير أو كليهما.
المكون الرئيسي لحقل الأرض - الذي يحدد القطبين المغناطيسيين - هو ثنائي القطب الناتج عن الحمل الحراري من الحديد والنيكل المنصهر في النواة الخارجية (النواة الداخلية صلبة ، لذا فإن دورها ثانوي ؛ تذكر أن قلب الأرض جيد فوق درجة حرارة كوري ، لذا فإن الحديد ليس مغناطيسيًا).
ولكن ماذا عن الهيكل الجيد؟ هل يحتوي اللب الخارجي على ما يعادل تيارات نفاثة الغلاف الجوي للأرض ، على سبيل المثال؟ يلقي البحث الأخير الذي أجراه فريق من علماء الجيوفيزياء في اليابان بعض الضوء على هذه الأسئلة ، وبالتالي يشير إلى أسباب تقلب القطب المغناطيسي.
عن الصورة: توضح هذه الصورة كيف يميل الجسيم الخيالي المعلق في القلب الخارجي للحديد السائل للأرض إلى التدفق في مناطق حتى عندما تتنوع الظروف في الجيودينامو. تمثل الألوان الدوامة أو "مقدار الدوران" الذي يختبره هذا الجسيم ، حيث يشير الأحمر إلى تدفق إيجابي (من الشرق إلى الغرب) بينما يشير الأزرق إلى تدفق سلبي (من الغرب إلى الشرق). يظهر من اليسار إلى اليمين كيف يستجيب التدفق لزيادة أعداد Rayleigh ، والتي ترتبط بالتدفق المدفوع بالطفو. من أعلى إلى أسفل يوضح كيف يستجيب التدفق لزيادة السرعات الزاوية لنظام الجيودينامو بأكمله.
تعتبر الرياح النفاثة التي تدور حول الكرة الأرضية وتلك الموجودة في أجواء عمالقة الغاز (المشتري وزحل وما إلى ذلك) أمثلة على تدفقات المناطق. "من السمات الشائعة لتدفقات المناطق هذه أنها تتولد تلقائيًا في أنظمة مضطربة. ويقول أكيرا كاجياما من جامعة كوبي وزملاؤه ، في بحثهم الأخير عن الطبيعة ، إنه نظرًا لأن اللب الخارجي للأرض يُعتقد أنه في حالة مضطربة ، فمن المحتمل أن يكون هناك تدفق في المنطقة في الحديد السائل للنواة الخارجية. وجد الفريق نمط تدفق ثانوي عندما قاموا بتصميم نموذج الجيودينامو - الذي يولد المجال المغناطيسي للأرض - لبناء صورة أكثر تفصيلاً للحمل الحراري في القلب الخارجي للأرض ، وهو نمط تدفق ثانوي يتكون من أعمدة شعاعية تشبه الورقة الداخلية ، محاطة غربًا تدفق منطقي أسطواني.
تم تنفيذ هذا العمل باستخدام الكمبيوتر العملاق Earth Simulator ، ومقره في اليابان ، والذي قدم دقة مكانية كافية لتحديد هذه الآثار الثانوية. كما أكد كاجياما وفريقه ، باستخدام نموذج رقمي ، أن هذا الهيكل الحراري المزدوج يمكن أن يتعايش مع الحمل الحراري السائد الذي يولد القطبين الشمالي والجنوبي. هذا هو فحص الاتساق الحرج في نماذجهم ، "نحن نؤكد عدديًا أن هيكل الحمل الحراري المزدوج مع مثل هذا التدفق في المنطقة ثابت في ظل مجال مغناطيسي ثنائي القطب قوي ذاتي المنشأ" ، يكتبون.
لم يلاحظ هذا النوع من تدفق المناطق في اللب الخارجي في نماذج الجيودينامو من قبل ، ويرجع ذلك إلى حد كبير إلى عدم وجود دقة كافية في النماذج السابقة. ما الدور الذي تلعبه هذه التدفقات في المنطقة في عكس المجال المغناطيسي للأرض هو أحد مجالات البحث التي يمكن أن يتابعها Kageyama وفريقه الآن.
المصادر: عالم الفيزياء ، استنادًا إلى ورقة في عدد 11 فبراير 2010 من مجلة Nature. الصفحة الرئيسية لمحاكي Earth
