Warum „kippt“ das Erdmagnetfeld etwa alle Millionen Jahre? Was auch immer der Grund oder die Gründe sein mögen, die Art und Weise, wie das flüssige Eisen des äußeren Erdkerns fließt - seine Ströme, seine Struktur, seine Langzeitzyklen - ist wichtig, entweder als Ursache, Wirkung oder ein bisschen von beidem.
Die Hauptkomponente des Erdfeldes - das die Magnetpole definiert - ist ein Dipol, der durch die Konvektion von geschmolzenem Nickel-Eisen im äußeren Kern erzeugt wird (der innere Kern ist fest, seine Rolle ist also zweitrangig; denken Sie daran, dass der Erdkern gut ist über der Curie-Temperatur, damit das Eisen nicht ferromagnetisch ist).
Aber was ist mit der feinen Struktur? Hat der äußere Kern zum Beispiel das Äquivalent der Strahlströme der Erdatmosphäre? Jüngste Forschungen eines Teams von Geophysikern in Japan werfen ein Licht auf diese Fragen und geben Hinweise darauf, was Magnetpolflips verursacht.
Über das Bild: Dieses Bild zeigt, wie ein imaginäres Teilchen, das im äußeren Kern des flüssigen Eisens der Erde suspendiert ist, dazu neigt, in Zonen zu fließen, selbst wenn die Bedingungen im Geodynamo variieren. Die Farben repräsentieren die Verwirbelung oder „Rotationsmenge“, die dieses Partikel erfährt, wobei Rot einen positiven (Ost-West) Fluss und Blau einen negativen (West-Ost) Fluss bedeutet. Von links nach rechts zeigt, wie der Fluss auf steigende Rayleigh-Zahlen reagiert, was mit dem durch Auftrieb angetriebenen Fluss verbunden ist. Von oben nach unten zeigt, wie die Strömung auf zunehmende Winkelgeschwindigkeiten des gesamten Geodynamosystems reagiert.
Die Jetstream-Winde, die den Globus umkreisen, und die Winde in der Atmosphäre der Gasriesen (Jupiter, Saturn usw.) sind Beispiele für zonale Strömungen. „Ein gemeinsames Merkmal dieser zonalen Strömungen ist, dass sie in turbulenten Systemen spontan erzeugt werden. Da angenommen wird, dass sich der äußere Kern der Erde in einem turbulenten Zustand befindet, ist es möglich, dass das flüssige Eisen des äußeren Kerns eine zonale Strömung aufweist “, sagen Akira Kageyama von der Kobe University und Kollegen in ihrem kürzlich erschienenen Nature-Artikel. Das Team fand ein sekundäres Strömungsmuster, als es den Geodynamo modellierte, der das Erdmagnetfeld erzeugt, um ein detaillierteres Bild der Konvektion im äußeren Erdkern zu erstellen, einem sekundären Strömungsmuster, das aus inneren schichtartigen radialen Federn besteht, die von Westen umgeben sind zylindrische zonale Strömung.
Diese Arbeit wurde mit dem in Japan ansässigen Supercomputer Earth Simulator durchgeführt, der eine ausreichende räumliche Auflösung bot, um diese Sekundäreffekte zu bestimmen. Kageyama und sein Team bestätigten auch anhand eines numerischen Modells, dass diese Doppelkonvektionsstruktur mit der dominanten Konvektion, die den Nord- und Südpol erzeugt, koexistieren kann. Dies ist eine kritische Konsistenzprüfung für ihre Modelle. „Wir bestätigen numerisch, dass die Doppelkonvektionsstruktur mit einem solchen zonalen Fluss unter einem starken, selbst erzeugten Dipolmagnetfeld stabil ist“, schreiben sie.
Diese Art der zonalen Strömung im äußeren Kern wurde bisher in Geodynamomodellen nicht beobachtet, da in früheren Modellen keine ausreichende Auflösung vorhanden war. Welche Rolle diese zonalen Strömungen bei der Umkehrung des Erdmagnetfelds spielen, ist ein Forschungsbereich, den Kageyama und die Ergebnisse seines Teams nun verfolgen können.
Quellen: Physics World, basierend auf einem Artikel in der Nature-Ausgabe vom 11. Februar 2010. Earth Simulator Homepage
