Простейшая модель эволюции магнитной и кинетической энергии геодинамо

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Уравнения индукции и импульса упрощены до динамической системы для кинетической и магнитной энергий в ядре Земли. Устойчивые стационарные точки этой системы дают геомагнитное поле ~ 10 мТл и косеканс угла между вектором магнитного поля и вектором скорости течения в среднем около 500 при известной скорости ~ 1 мм/сек и общепринятой динамо-мощности ~ 1 ТВт. При общеизвестном характерном геомагнитном времени порядка тысячи лет, получены гармонические вековые вариации порядка нескольких десятилетий и быстрые экспоненциальные изменения – порядка нескольких месяцев, возможно, связанные с джерками. Все это хорошо согласуется с теорией динамо, палеомагнитными реконструкциями, численным моделированием и непосредственными наблюдениями. Геомагнитная энергия ~ 10 мДж/кг на четыре порядка больше кинетической энергии. В условиях подобного доминирования магнитной энергии получено аналитическое решение, которое со временем сходится к устойчивым стационарным точкам. Обсуждаются, по-видимому, маловероятные катастрофы с практически обнуленной магнитной энергией вблизи частично устойчивых стационарных точек.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

С. В. Старченко

Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: sstarchenko@mail.ru
Россия, Троицк

Список литературы

  1. Брагинский С.И., Магнитная гидродинамика земного ядра // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 4. № 5. С. 898−916. 1964.
  2. Водинчар Г.М. Использование собственных мод колебаний вязкой вращающейся жидкости в задаче крупномасштабного динамо // Вестн. КРАУНЦ. Физ.-мат. науки. Выпуск 2(7). С. 33–42. 2013. https://doi.org/
  3. Старченко С.В., Рузмайкин А.А. Кинематическое – турбулентное геодинамо средних полей // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 28. № 3. С. 475−490. 1988.
  4. Старченко С.В. Наблюдательная оценка магнитного поля и параметров геодинамо под поверхностью ядра Земли // Геомагнетизм и аэрономия. T. 55. № 5. С. 712−718. 2015. https://doi.org/10.7868/s0016794015050181
  5. Старченко С.В. Энергетические параметры геодинамо совместимые с аналитическими, численными, палеомагнитными моделями и наблюдениями // Физика Земли. № 5. С. 1−15. 2017. https://doi.org/10.7868/s0002333717050131
  6. Старченко С.В., Яковлева С.В. Двухвековая эволюция и статистика времен вариаций энергии потенциального геомагнитного поля // Геомагнетизм и аэрономия. T. 61. № 5. С. 661−671. 2021. https://doi.org/10.31857/s0016794021050138
  7. Старченко С.В., Смирнов А.Ю. Объемные токи современного магнитного диполя в ядре Земли // Физика Земли. № 4. С. 42-46. 2021. https://doi.org/10.31857/S0002333721040086
  8. Юшков Е.В., Соколов Д.Д. Инверсии геомагнитного поля и динамо-всплески в рамках простой модели геодинамо // Физика Земли. № 4. С. 121–126. 2018.
  9. Arneitz P., Leonhardt R., Egli R., Fabian K. Dipole and Nondipole Evolution of the Historical Geomagnetic Field From Instrumental, Archeomagnetic, and Volcanic Data // JGR Solid Earth. V. 126. issue 10 e2021JB022565. 2021. https://doi.org/10.1029/2021jb022565
  10. Aubert J. State and evolution of the geodynamo from numerical models reaching the physical conditions of Earth’s core // Geoph. J. Int. V. 235 (1). P. 468−487. 2023. https://doi.org/10.1093/gji/ggad229
  11. Aubert J., Finlay C.C. Geomagnetic jerks and rapid hydromagnetic waves focusing at Earth’s core surface // Nat. Geosci. V. 12. P. 393–398. 2019. https://doi.org/10.1038/s41561-019-0355-1
  12. Bouligand C., Gillet N., Jault D., Schaeffer N., Fournier A., Aubert J. Frequency spectrum of the geomagnetic field harmonic coefficients from dynamo simulations // Geoph. J. Int. V. 207. P. 1142–1157. 2016. https://doi.org/10.1093/gji/ggw326
  13. Braginsky S.I., Roberts P.H. Equations governing convection in the Earth’s core and the geodynamo // Geoph. Astroph. Fluid Dyn. V. 79. P. 1–97. 1995. https://doi.org/10.1080/03091929508228992
  14. Buffett B.A., Bloxham J. Energetics of numerical geodynamo models // Geoph. J. Int. V. 149. P. 211–224. 2002. https://doi.org/10.1046/j.1365-246x.2002.01644.x
  15. Christensen U., Aubert J., Hulot G. Conditions for Earth-like geodynamo models // Earth Planet. Sci. Lett. V. 296. P. 487–496. 2010. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2010.06.009
  16. Dumberry M., Mound J. Inner core–mantle gravitational locking and the super-rotation of the inner core // Geophys. J. Int. V. 181. P. 806–817. 2010. https://doi.org/10.1111/j.1365-246x.2010.04563.x
  17. Glatzmaier G.A., Roberts P.H. A three-dimensional convective dynamo solution with rotating and finitely conducting inner core and mantle // Phys. Earth Planet. Int. V. 91(1–3). P. 63–75. 1995.
  18. Gwirtz K., Morzfeld M., Fournier A., Hulot G. Can one use Earth’s magnetic axial dipole field intensity to predict reversals? // Geophys. J. Int. V. 225. P. 277–297. 2021. https://doi.org/10.1093/gji/ggaa542
  19. Jacobs J.A. The Earth’s core // Academic Press, London, New York, San Francisco. 1975.
  20. Krause F., Rädler K.-H. Mean-field magnetohydrodynamics and dynamo theory // Pergamon Press, Oxford. 1980.
  21. Lowes F.J. Possible evidence on core evolution from geomagnetic dynamo theories // Phys. Earth Planet. Int. V. 2. P. 382–385. 1970.
  22. Moffatt K.H., Dormy E. Self-exciting fluid dynamos // Cambridge texts in applied mathematics. Cambridge University Press, Cambridge. 2019. https://doi.org/10.1080/03091929.2019.1690203
  23. Shebalin J.V. Magnetohydrodynamic turbulence and the geodynamo // Phys. Earth Planet. Inter. V. 285. P. 59−75. 2018. https://doi.org/10.3390/fluids6030099
  24. Panovska S., Finlay C.C., Hirt A.M. Observed periodicities and the spectrum of field variations in Holocene magnetic records // Earth Planet. Sci. Lett. V. 379. P. 88–94. 2013. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2013.08.010
  25. Starchenko S.V. Analytic scaling laws in planetary dynamo models // Geoph. Astroph. Fluid Dyn. V. 113. № 1−2. P. 71−79. 2019. https://doi.org/10.1080/03091929.2018.1551531
  26. Starchenko S.V. Analytic base of geodynamo-like scaling laws in the planets, geomagnetic periodicities and inversions // Geomagnetism and Aeronomy. V. 54. № 6. P. 694–701. 2014. https://doi.org/10.1080/03091929.2018.1551531
  27. Starchenko S.V., Jones C.A. Typical velocities and magnetic field strengths in planetary interiors // Icarus. V. 157 (2). P. 426−435. 2002. https://doi.org/10.1006/icar.2002.6842
  28. Wicht J., Sanchez S. Advances in geodynamo modeling // Geoph. Astroph. Fluid Dyn., V. 113. № 1−2. P. 2−50. 2019. https://doi.org/10.1080/03091929.2019.1597074

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».