Западный дрейф

Cтраница 2

Создание азимутального поля Вф из силовых линий дипольиого поля следствие неоднородного вращения жидкого ядра. Силовые линии суммарного ( азимутального и меридионального поля изображены так, как будто неоднородное вращение ( при котором угловая скорость ядра падает с расстоянием от оси было включено всего несколько сотен лет назад, так что силовые линии первоначально чисто меридионального поля закручены в ядре лишь немногим больше, чем на половину оборота. Обратите внимание, что получающееся азимутальное поле направлено на восток в северном полушарии и на запад в южном. [16]

Характерное время омического затухания азимутального поля имеет порядок не менее 104 лет. За это время жидкость ядра успевает в ходе своего западного дрейфа сделать не меньше пяти оборотов. Поэтому азимутальное поле В в ядре во много раз превышает дипольное поле. Более того, поле Вф должно быть достаточно сильным, чтобы тормозить неоднородное вращение. Буллард 124, 25 ] предположил, что азимутальное поле Эльзассера растет до Тех пор, пока сила Лоренца BtiBp / 4irRc ( Bp - меридиональное поле - апРя енностью примерно в 5 Гс) не уравновесит силы Кориолиса, ызванные конвективными движениями, т.е. В. [17]

Простейший начальный подход к проблеме генерации главного поля заключается в построении кинематических моделей земного динамо. Выбор скорости частично определяется данными наблюдений, частично - соображениями симметрии и самой формой уравнений генерации. Например, наличие западного дрейфа указывает на существование азимутальной скорости и дает порядок ее величины. Уже первые кинематические модели показали, что кроме меридионального ( полойдальнего) поля, которое проникает наружу и наблюдается на поверхности Земли, в земном ядре имеется также гораздо большее азимутальное ( тороидальное) поле с замкнутыми силовыми линиями, которое не выходит из ядра наружу. Относительная скорость ядра и мантии возникает за счет значительного магнитного взаимодействия мантии с ядром. [18]

Простейший начальный подход к проблеме генерации главного поля заключается в построении кинематических моделей земного динамо. Выбор скорости частично определяется данными наблюдений, частично - соображениями симметрии и самой формой уравнений генерации. Например, наличие западного дрейфа указывает на существование азимутальной скорости и дает порядок ее величины. Уже первые кинематические модели показали, что кроме меридионального ( полой дальнего) поля, которое проникает наружу и наблюдается на поверхности Земли, в земном ядре имеется также гораздо большее азимутальное ( тороидальное) поле с замкнутыми силовыми линиями, которое не выходит из ядра наружу. Относительная скорость ядра и мантии возникает за счет значительного магнитного взаимодействия мантии с ядром. [19]

Фактически дело сводится к выяснению, обладают ли найденные волны свойством гиротропности или нет. Эти волны представляют то отклонение от осевой симметрии, которое, но теории Брагинского, приводит к динамо, обеспечивающему поддержание магнитного поля Земли. Оно также проливает свет на природу западного дрейфа поля и объясняет отклонение магнитной оси Земли от географической. [20]

Характерную особенность имеет недипольная часть главного поля: она дрейфует с течением времени на запад. Явление западного дрейфа было замечено еще в XVII в. Разные элементы геомагнитного поля дрейфуют с несколько различными скоростями, в среднем скорость западного дрейфа равна - 0 2 в год. Это означает, что полный оборот недипольно-го поля вокруг оси вращения Земли может произойти за 1800 лет. Предполагается, что физическим механизмом западного дрейфа является более высокая угловая скорость вращения мантии Земли по сравнению с внешним ядром. [21]

Для всех типов вековых магнитных вариаций магн, число Рейнольдса Rm - vL / D - l, где v - характерная скорость движения вещества в жидком ядре Земли, приводящего к данному типу ВВ. Конвективная природа генерирующих МПЗ движений подтверждается наличием западного дрейфа, к-рып проявляется в наблюдаемом на поверхности Земли движении к западу структурных особенностей МПЗ в приэкваториальных широтах. На рис. 2 представлено распределение вертикальной составляющей геомагн. Данные свидетельствуют, что особенности МПЗ в экваториальной области дрейфуют к западу со скоростью - 0 2 в год. Западный дрейф свидетельствует о перераспределении момента вращения при радиальном конвективном перемещении вещества в ядре. [22]

Начиная описывать полную картину генерации поля Земли, напомним еще раз, что вековые вариации десятка крупномасштабных неоднородностей геомагнитного поля, обнаруживаемых на поверхности Земли, указывают на конвекцию в ядре. Как уже отмечалось западный дрейф проще всего объясняется как непосредственное проявление неоднородности вращения ( см. выше § 20.2.1) [58, 59, 60, 61, 62, 21, 81], вызываемой действием сил Кориолиса на радиальные конвективные движения. В этой картине, предложенной Брагинским, циклоническая конвекция, ответственная за существование динамо-коэффициента, может принять вид альвеновских волн. Но остается неясным, каков вклад каждого из этих явлений в наблюдаемый западный дрейф. Например, западный дрейф в 0 18 в год соответствует скорости 3 10 2 см / с, в то время как альвенов-ская скорость в жидком металле ( р 11 г / см3) в три раза больше этого значения уже в поле напряженностью в 1 Гс. Но поле может достигать 30 - 100 Гс, и тогда альвеновская скорость намного превышает наблюдаемый дрейф. В следующем параграфе эта проблема магнитострофического баланса возникает вновь при теоретических оценках величины динамо-числа. [23]

Однако имеются снования предполагать, что скорость вращения основной части ядра все же немно го отличается от скорости мантии. Тогда внешние слои ядра должны вращаться неоднородно. В ряде работ предполагается, что диполь-ная часть поля участвует во вращении внутреннего ядра относительно мантии и что западный дрейф непосредственно указывает на это вращение. [24]

Ход вековых изменений геомагнитного поля известен хорошо. Коротко говоря, в настоящее время дипольный момент уменьшается за один год на 1 / 2000 часть своей величины. Ось диполя прецессирует сейчас в западном направлении со скоростью примерно 0 04 / год, соответствующий период прецессии равен 9 - Ю3 лет. Локальные неоднородности дрейфуют к западу со скоростью 0 18 / год, делая один оборот примерно за 2 - 103 лет. Это соответствует западному дрейфу со скоростью на поверхности ядра, равной 0 3 мм / с. Величина отдельных локальных неоднородностей растет и падает с характерными временами порядка 103 лет. [26]

Страницы: 1 2