Решена 40-летняя загадка магнитного поля Земли

Первоначально описанные в 1978 году геомагнитные рывки представляют собой непредсказуемые события, которые резко ускоряют эволюцию магнитного поля Земли и искажают прогнозы его поведения в многолетнем масштабе. Геомагнитное поле влияет на многочисленные виды деятельности человека, начиная от определения геолокации в смартфонах и заканчивая полетом спутников на малых высотах, поэтому так важно точно отслеживать его изменения. Тем не менее, геомагнитные рывки представляют проблему для геофизиков на протяжении более сорока лет. И вот теперь, исследование, опубликованное в журнале Nature Geoscience, ставит точку в этом вопросе.

Магнитное поле Земли создается благодаря циркуляции вещества в ее металлическом ядре за счет энергии, выделяемой при его охлаждении. Исследователям известны два типа движений, вызывающих изменения в магнитном поле: те, что возникают в результате медленного конвекционного движения, которое можно измерить в масштабе столетия, и те, что происходят в результате «быстрых» гидромагнитных волн, которые можно обнаружить в масштабе нескольких лет. Ученые подозревали, что последние играют роль в геомагнитных рывках, но взаимодействие этих волн с медленной конвекцией, наряду с их механизмом распространения и усиления, еще не было установлено.

Чтобы разгадать эту загадку, Жюльен Обер из Парижского института физики Земли (Франция) совместно с его коллегой из Технического университета Дании разработал компьютерную симуляцию очень близкую к физическим условия ядра нашей планеты. Моделирование оказалось эквивалентным 4 миллионам часов вычислений и было выполнено лишь благодаря суперкомпьютерам GENCI.

Исследователи воспроизвели последовательность событий, приводящих к геомагнитным рывкам, которые возникали в моделировании от гидромагнитных волн, излучаемых во внутреннем ядре. Эти волны фокусируются и усиливаются по мере приближения к поверхности ядра, вызывая магнитные возмущения, сопоставимые во всех отношениях с наблюдаемыми рывками.

Таким образом, цифровое воспроизведение и понимание геомагнитных рывков прокладывает путь к лучшему прогнозированию поведения магнитного поля Земли. Кроме этого, выявление причины изменений в магнитосфере также помогает геофизикам изучать физические свойства ядра и внутренней мантии нашей планеты.