JERKS IN THE SECULAR VARIATIONS OF THE MAIN GEOMAGNETIC FIELD OF THE EARTH WITH DURATION LESS THAN ONE HUNDRED YEARS

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Based on an expanded network of world magnetic observatory data, a comprehensive analysis of secular geomagnetic variations observed over a 100-year period has been carried out to determine the role of jerks in the formation of secular variations belonging to the high-frequency range of the spectrum of variations of the Earth's main magnetic field. Jerks – sharp changes in the direction of the linear trend characteristic of time series of values of secular variations of the magnetic field generated in the Earth's liquid core over decades – have been identified. Epochs of global jerks, manifesting on the scale of the entire Earth's surface with an interval of about ten years, have been identified and their spherical harmonic models have been constructed. Analysis of the morphology of the global jerk fields confirmed the idea that their source are processes occurring in the Earth's liquid core. Spectral analysis of series of secular variations, performed by the Fourier series decomposition method, made it possible to identify the main periods constituting the spectrum of secular variations with T < 102 years. Taking into account the jerk phenomena showed that all identified periods of secular variations can be interpreted within the framework of the concept of geomagnetic jerks, stochastic in the variability of manifestation both in regional and temporal aspects. Based on the analysis of the results of the conducted comprehensive research, a hypothesis is put forward that the dynamics of the Earth's main magnetic field, within centennial intervals, is formed due to the spatio-temporal superposition of global jerks caused by a sharp restructuring of the flow system on the surface of the Earth's liquid core.

About the authors

A. O. Simonyan

Institute of Geophysics and Engineering Seismology named after A.G. Nazarov of NAS RA (IGES NAS RA)

Email: anahit.tges@gmail.com
Pomri, Armenia

T. A. Metsoyan

Institute of Geophysics and Engineering Seismology named after A.G. Nazarov of NAS RA (IGES NAS RA)

Email: tigranmetsoyan23@mail.ru
Pomri, Armenia

References

  1. Акасофу С.И., Чепман С. Солнечно-земная физика. Ч. 1. М.: Мир. 384 c. 1974.
  2. Базаржапов А.Д., Матвеев М.И., Мишин В.М. Геомагнитные вариации и бури. Новосибирск: Наука, 248 c. 1979.
  3. Брагинский С.И. Аналитическое описание вековых вариаций геомагнитного поля и скорости вращения Земли // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 22. № 1. С. 115–122. 1982.
  4. Брагинский С.И., Фишман В.М. Экранирование магнитного поля в мантии при электропроводности, сосредоточенной вблизи границы с ядром // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 17. № 5. С. 907–915. 1977а.
  5. Брагинский С.И., Фишман В.М. 60-летние вариации геомагнитного поля и электропроводность мантии // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 17. № 5. С. 916–926. 1977б.
  6. Бурлацкая С.П. Археомагнетизм. Изучение древнего геомагнитного поля. М.: ИФЗ, 246 c. 1987.
  7. Головков В.П. Связь вековых вариаций геомагнитного поля с суточным вращением Земли // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 17. № 4. С. 735–741. 1977а.
  8. Головков В.П. Об электропроводности ядра Земли // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 17. № 5. С. 962–963. 1977б.
  9. Головков В.П., Коломийцева Г.И. Разделение векового хода геомагнитного поля по временному принципу // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 10. № 5. С. 868–872. 1970.
  10. Головков В.П., Коломийцева Г.И. Морфология 60-летних вариаций геомагнитного поля в Европе // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 11. № 4.С. 674–678. 1971.
  11. Головков В.П., Ривин Ю.Р. Двадцатилетние вариации магнитного поля Земли // Геомагнетизм и аэрономия. Т.16. № 4. С. 746–748. 1976.
  12. Головков В.П., Симонян А.О. О резких изменениях вековых вариаций геомагнитного поля в конце 1970-х годов // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 31. № 1. С. 165–169. 1991.
  13. Головков В.П., Кожоева Г.М., Симонян А.О. О природе резких изменений векового хода в конце 70-х годов // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 32. № 6. С. 147–151. 1992.
  14. Головков В.П., Симонян А.О., Яковлева С.В. Расчет поля скоростей на поверхности ядра Земли по данным о геомагнитных джерках // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 36. № 1. С. 114–126. 1992.
  15. Калинин Ю.Д., Киселов В.М. Солнечная обусловленность изменений длины суток, сейсмичности Земли и геомагнитного момента // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 16. № 5. С. 858–861. 1976.
  16. Калинин Ю.Д., Киселов В.М. Спектральный анализ вариаций длительности земных суток, характеристик солнечной активности и атмосферной циркуляции // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 18. № 5. С. 818–826. 1978.
  17. Орлов В.П. Вековой ход геомагнитного поля и его необычно резкие изменения / Тр. ИЗМИРАН СССР, вып. 18(28). C. 77–87. 1961
  18. Ривин Ю.Р. Сферические гармонические анализы 10-летних вариаций геомагнитного поля // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 19. № 1. С. 120–125. 1979.
  19. Папиташвили Н.Е., Ротанова Н.М. Метод максимальной энтропии и его применение к анализу временных рядов геомагнитного поля // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 19. № 3. С. 543–550. 1979.
  20. Ротанова Н.М., Папиташвили Н.Е., Пушков А.Н. О спектральном анализе временных рядов геомагнитного поля методом максимальной энтропии // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 19. № 6. С. 1091–1096. 1979.
  21. Ротанова Н.М., Папиташвили Н.Е., Филиппов С.В., Чернова Т.А. Выделение и анализ 60-летних вариаций геомагнитного поля по данным временных рядов сферических гармонических коэффициентов // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 23. № 5. С. 829–836. 1983.
  22. Ротанова Н.М., Филиппов С.В. Выделение и анализ джерка 1969 г. в геомагнитных вековых вариациях // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 27. № 6. С. 1001–1005. 1987.
  23. Симонян А.О., Головков В.П. Пространственные особенности проявления западного дрейфа геомагнитного поля // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 49. № 6. С. 843–850. 2009. https://doi.org/10.1134/S0016793209060140
  24. Симонян А.О., Оганян М.В. Уточненная пространственно-временная модель поля ускорений главного магнитного поля на поверхности Земли и геомагнитные джерки // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 63. № 3. С. 366–390. 2023. doi: 10.31857/S0016794022600624
  25. Симонян А.О., Шахпаронян С.Р., Оганесян А.С. Моделирование земного магнитного поля с учетом существования геомагнитных джерков // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 44. № 6. С. 849–856. 2004.
  26. Achache J., Courtillot V., Ducruix J., Le Mouel J.L. The late 1960’s impulse: further constraints on deep mantle conductivity // Phys. Earth Planet. Inter. V. 23. P. 72–75. 1980.
  27. Achache J., Le Mouel J.L., Courtillot V. Long-period geomagnetic variations and mantle conductivity: an inversion using Bailey’s method // Geophys. J. R. Astr. Soc. V. 65. P. 579–601. 1981.
  28. Alexandrescu M., Gibert D., Hulot G., Le Mouel J.-L., Saracco G. Worldwide wavelet analysis of geomagnetic jerks // J. Geophys. Res. V. 101. P. 21975–21994. 1996.
  29. Alldredge L. R. Effects of solar activity on annual means of geomagnetic components // J. Geophys. Res. V 81. P. 2990–2996. 1976.
  30. Alldredge L.R. Geomagnetic variations with periods from 13 to 30 years // J. Geomagn. Geoelectr. V. 29. P. 123–135. 1977.
  31. Alldredge L.R. More on the alleged 1970 geomagnetic jerk // Phys. Earth Planet. Inter. V. 39. P. 255–264. 1985.
  32. Backus G.E. Application of mantle filter theory to the geomagnetic jerk of 1969 // Geophys. J. R. Astr. Soc. V. 74. P. 713–746. 1983.
  33. Backus G.E., Hough S. Some models of the geomagnetic field in Western Europe from 1960 to 1980 // Phys. Earth Planet. Inter. V. 39. P. 243–254. 1985.
  34. Braginsky S.I. Short-period geomagnetic secular variations // Geophys. Astrophys. Fluid Dyn. V. 30. P. 1–78. 1984.
  35. Brown W.J., Mound J.E., Livermore P.W. Jerks abound: An analysis of geomagnetic observatory data from 1957 to 2008 // Phys. Earth Planet. Int. V. 223. P. 62–76. 2013.
  36. Chulliat A., Maus S. Geomagnetic secular acceleration, jerks, and a localized standing wave at the core surface from 2000 to 2010 // J. Geophys. Res. V. 119. P. 1531–1543. 2014. https://doi.org/10.1002/2013JBO10604
  37. Chulliat A., Thébault E., Hulot G. Core field acceleration pulse as a common cause of the 2003 and 2007 geomagnetic jerks // Gephys. Res. Lett. V. 37. ID L07301. 2010. https://doi.org/10.1029/2009GL042019
  38. Courtillot V., Le Mouel J.L. On the long-period variations of the Earth’s magnetic field from 2 months to 20 years // J. Geophys. Res. V. 81. № 17. P. 2941–2950. 1976. https://doi.org/10.1029/JB081i017p02941
  39. Courtillot V., Le Mouel J.L., Ducruix J. On Backus’ mantle filter theory and the 1969 geomagnetic impulse // Geophys. J. R. Astr. Soc. V. 78. P. 619–625. 1984.
  40. Currie R.G. Geomagnetic line spectra – 2 to 70 years // Astrophys. Space Sci. V. 21. P. 180–182. 1973.
  41. Ducruix J., Courtillot V., Le Mouel J.L. The late 1960’s secular variation impulse, the eleven year magnetic variation and the electrical conductivity of the deep mantle // Geophys. J. R. Astr. Soc. V. 61. P. 73–94. 1980.
  42. Gibert D., Holschneider M., Le Mouel J.L. Wavelet analysis of the Chandler wobble // J. Geophys. Res. V. 103. P. 27069–27089. 1998.
  43. Golovkov V.P. Dynamics of the geomagnetic field and the internal structure of the Earth / Magnetic Field and Processes in the Earth’s Interior. Ed. V. Bucha, Prague. P. 395–501. 1983.
  44. Golovkov V.P., Zvereva T.I., Simonyan A.O. Common Features and Differences between the “Jerks” of 1947, 1957 and 1969 // Geophys. Astrophys. Fluid Dyn. V. 49. P. 81–96.1989.
  45. Gavoret J., Gibert D., Menville M., Le Mouel J.-L. Longterm variation of the external and internal components of the Earth’s magnetic field // J. Geophys. Res. V. 91. P. 4787–4796. 1986.
  46. Harwood J.M., Malin S.R.C. Sunspot cycle influence on the geomagnetic field // Geophys. J. R. Astr. Soc. V. 50. P. 605–619. 1977.
  47. Holme R., de Viron O. Geomagnetic jerks and highresolution length-of-day profile for core studies // Geophys. J. Int. V. 160. P. 435–439. 2005.
  48. Jin R.S., Thomas D.M. Spectral line similarity in the geomagnetic dipole field variations and length of day fluctuations // J. Geophys. Res. V. 82. P. 828–834. 1977.
  49. Kerridge D.J., Barraclough D.R. Evidence for geomagnetic jerks from 1931 to 1971 // Phys. Earth Planet. Inter. V. 39. P. 228–236. 1985.
  50. Le Mouel J.L., Ducruix J., Duyen C.H. The worldwide character of the 1969–1970 impulse of the secular acceleration rate // Phys. Earth Planet. Inter. V. 28. P. 337–350. 1982.
  51. Lesur V., Gillet N., Hammer M.D., Mandea M. Rapid variations of the Earth’s core magnetic field // Surveys in Geophysics. V. 43. P. 41–69. 2022. https://doi.org/10.1007/s10712-021-09662-4
  52. Lowes F.J. Mean-square values on sphere of spherical harmonic vector fields // J. Geophys. Res. V. 71. P. 2179–2179. 1966.
  53. Madden T., Le Mouel J.L. The recent secular variation and the motions at the core surface // Phil. Trans. R. Soc. Lond. V. ID A306. P. 271–280. 1982.
  54. Malin S.R.C., Hodder B.M. Was the 1970 jerk of internal or external origin? // Nature. V. 296. P. 726–728. 1982.
  55. Mandea M., Holme R., Pais A., Pinheiro K., Jackson A., Verbanac G. Geomagnetic jerks: Rapid core field variations and core dynamics // Space Sci. Rev. V. 155. P. 147–175. 2010. https://doi.org/10.1007/s11214-010-9663-x
  56. McDonald K.L. Penetration of the geomagnetic field through a mantle with variable conductivity // J. Geophys. Res. V. 62. P. 117–141. 1957.
  57. McLeod M.G. Signals and noise in magnetic observatory annual means: Mantle conductivity and jerks // J. Geophys. Res. V. 97. P. 17261–17290. 1992.
  58. Nevanlinna H. On external and internal parts of the geomagnetic jerk of 1970 // Phys. Earth Planet. Inter. V. 39. P. 265–269. 1985.
  59. Olsen N., Mandea M. Investigation of secular variation impulse using satellite data: The 2003 geomagnetic jerk // Earth Planet Sci. Lett. V. 255. P. 94–105. 2007.
  60. Pavón-Carrasco F.J., Marsal S., Campuzano S.A., Torta J.M. Signs of a new geomagnetic jerk between 2010 and 2020 from Swarm and observatory data // Earth, Planets and Space. V. 73. 175. 2021. https://doi.org/10.1186/s40623-021-01504-2
  61. Petrova G.N., Burlatskaya S.P. Secular variations and reversal processes / Magnetic Field and Processes in the Earth’s Interior. Ed. V. Bucha. Prague. P. 13–200. 1983.
  62. Pinheiro K., Jackson A., Finlay C.C. Measurements and uncertainties of the occurrence time of the 1969, 1978, 1991 and 1999 geomagnetic jerks // Geochem. Geophys. Geosyst. V. 12. ID Q10015. 2011. https://doi.org/10.1029/2011GC003706
  63. Qamili E., De Santis A., Isak A., Mandea M., Duka B., Simonyan A. Geomagnetic jerks as chaotic fluctuations of the Earth’s magnetic field // Geochem. Geophys. Geosyst. V. 14. № 4. P. 839–850. 2013. https://doi.org/10.1029/2012GC004398
  64. Runcorn S.K. The electrical conductivity of the Earth’s mantle // Eos. Trans. AGU. V. 36. P. 191–198. 1955.
  65. Shankland T.I., Peyronneau J., Poirler J.-P. Electrical conductivity of the Earth’s lower mantle // Nature. V. 366. P. 453–455. 1993.
  66. Slaucitajs L., Winch D.E. Some morphological aspects of geomagnetic secular variation // Planet. Space Sci. V. 13. P. 1097–1110. 1965.
  67. Stewart D.N., Whaler K.A. Optimal piecewise regression analysis and its application to geomagnetic time series // Geophys. J. Int. V. 121. P. 710–724. 1995.
  68. Torta J.M., Pavón-Carrasco F.J., Marsal S., Finlay C.C. Evidence for a new geomagnetic jerk in 2014 // Geophys. Res. Lett. V. 42. P. 7933–7940. 2015. https://doi.org/10.1002/2015GL065501
  69. Vestine E.H. On variations of the geomagnetic field, fluid motions and the rate of the Earth’s rotation // J. Geophys. Res. V. 58. P. 127–145. 1953.
  70. Vestine E.H., Kahle A.B. The westward drift and geomagnetic secular change // Geophys. J. R. Astron. Soc. V. 15. P. 29–37. 1968.
  71. Whaler K.A. A ne- method for analysing geomagnetic impulses // Phys. Earth Planet. Inter. V. 48. P. 221–240. 1987.
  72. Whaler K.A., Jlsen N., Finlay C.C. Decadal variability in core surface flow deduced from geom-gnetic observatory monthly means // Geophys. J. Int. V. 207. P. 228–243. 2016.
  73. Yukutake T. Attenuation of geomagnetic secular variation through the conducting mantle of the Earth // Bull. Earthquake Res. Inst. Tokyo Univ. V. 37. P. 13–32. 1959.
  74. Yukutake T. The solar cycle contribution to the secular change in the geomagnetic field // J. Geomagn. Geoelectr. V. 17. P. 287–309. 1965.
  75. Yukutake T., Cain J. C. Solar cycle variations of the geomagnetic field // J. Geomagn. Geoelectr. V. 31. P. 509–544. 1979.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).