仿真显示,磁场变化的速度比之前想象的快10倍

- 编辑:大众自然网 -

仿真显示,磁场变化的速度比之前想象的快10倍

利兹大学和加州大学圣地亚哥分校的一项新研究显示,地球磁场方向的变化可能比之前认为的快10倍。

他们的研究为深入了解地球表面下2800公里处的铁质漩涡流,以及铁质如何在过去的十万年间影响磁场的运动提供了新的视角。

我们的磁场是由形成地球外核的熔融金属对流产生和维持的。液态铁的运动产生了电流,为磁场提供能量,这不仅有助于引导导航系统,还有助于保护我们免受有害的外星辐射,保持我们的大气层稳定。

磁场是不断变化的。现在卫星提供了新的方法来测量和跟踪它的电流变化,但是这个领域在人造记录设备发明之前就存在了很久。为了捕捉地质年代磁场的演变,科学家们分析了沉积物、熔岩流和人工制品所记录的磁场。准确地跟踪来自地球核心场的信号是极具挑战性的,因此,由这些类型的分析估计的场变化率仍然存在争议。

现在,利兹大学副教授克里斯·戴维斯博士和加州大学圣地亚哥分校斯克里普斯海洋学研究所的凯瑟琳·康斯特布尔教授采用了一种不同的方法。他们结合了磁场产生过程的计算机模拟和最近发表的地球磁场跨越10万年时间变化的重建

他们发表在《自然通讯》上的研究表明,地球磁场方向变化的速度比目前报道的每年一度的最快变化快10倍。

他们证明这些快速的变化与磁场的局部减弱有关。这意味着这些变化通常发生在磁场磁极颠倒的时候,或者在磁偶极轴(与从一个磁极出现并在另一个磁极汇合的磁力线相对应)远离南北地极位置时发生。

在他们的研究中,最明显的例子就是3.9万年前地球磁场方向的急剧变化,大约每年2.5度。这种迁移与在中美洲西海岸附近的一个有限空间区域内的局部磁场强度较弱有关,并且与全球“拉尚”(Laschamp)之旅有关。“拉尚”是大约41000年前地球磁场的短暂逆转。

类似的事件在场的计算机模拟中被识别出来,这比有限的古地磁重建可以揭示更多关于它们物理起源的细节。

他们详细的分析表明,最快的方向变化与在液体核表面的反向通量斑块的运动有关。这些斑块在低纬度地区更为普遍,这表明未来对方向快速变化的研究应该集中在这些地区。

来自地球与环境学院的戴维斯博士说:“在400年前,我们对地球磁场的了解非常不全面。由于这些快速的变化代表了液态核的一些更极端的行为,它们可以提供关于地球深层内部行为的重要信息。”

康斯特布尔教授说:“计算机模拟磁场是否能准确地反映从地质记录中推断出的地球磁场的物理行为,这是非常具有挑战性的。

“但在这个案例中,通过一系列计算机模拟,我们已经能够在最极端事件的变化速率和大致位置上显示出极好的一致性。”在这些模拟中对演化动力学的进一步研究,提供了一个有用的策略,来记录这种快速变化是如何发生的,以及它们是否也会在像我们今天所经历的稳定磁极时期被发现。”