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[组图]地球磁场即将反转?(图)         
地球磁场即将反转?(图)
作者:思议 文章来源:不可思议网 点击数: 更新时间:2005-9-10 12:01:57
此外,密度较低的化合物(如硫化铁和氧化铁)被内核的结晶体排出并穿过外核上升,也会加强对流。
    
    行星要产生自维持的磁场,还需要第三个条件:旋转。地球的自转通过科里奥效应(Coriolis effect)使地心内上升的流体偏转,就像我们在气象卫星影像上看到的洋流和热带风暴被科里奥效应扭曲成熟悉的漩涡状一样。在地心中,科里奥力(Coriolis forces)使上涌的流体偏转,沿着螺旋形的轨迹上升,仿佛沿着松弛弹簧的螺旋状金属线运动。
    
    地球有着一个富含铁的液态地心能够导电、有足够的能量驱动对流、有科里奥力使对流的流体偏转,这些是地球发电机能够维持它本身数十亿年的主要原因。但科学家需要更多证据来回答磁场的形成和为什么随着时间的推移会改变极性等令人迷惑的问题


    根据卫星测量数据外推至地心-地幔边界的地球磁场的等高线图显示大部分磁通量是在南半球穿出地心,在北半球进入地心。但是在少数特殊区域,确实出现了相反的情况。这些反向通量带在1980年和2000年之间增长和扩张;如果它们覆盖了两极,接着就会发生极性反转。


    超级计算机模拟
    
    为了进一步研究反向通量带是怎样发展的,以及它们是如何导致下次极性反转开始的,研究人员在超级计算机上和实验室里模拟了地球发电机。计算机用于地球发电机模拟的新时代开始于1995年,有三个研究组独立发展了能够产生类似地球表面磁场的数值模拟方法,他们分别是:日本东京大学的Akira Kageyama和他的合作者、美国加州大学洛杉矶分校的Paul h. Roberts和本文作者之一(Glatzmaier)和英国埃克塞特大学的Christopher A. Jones及其同事。其后,针对数十万年的模拟已经证明对流确实可以在地心-地幔边界上产生反向通量带,模拟结果和在人造卫星图像上发现的反向通量带类似。这些反向通量带往往在自然磁极反转前出现,这在一些模拟中能够再现。
    
    计算机产生的极性反转结果给研究者提供了这种变化可能如何开始和进行的基本轮廓[参见下页图文]。一个三维模拟结果可以解释当偶极场的强度减弱的时候,反转就开始了,得到这一结果要在一年多的时间里每天运行12小时模拟程序来模拟自然界的30万年时间。现在地心-地幔边界上形成的几个磁场通量反转带随之出现了。但是原来的磁场不是完全消失,反转通量带是在转换中形成了一个较弱的复杂混合极性磁场。
    
    通过观察地球模型,当反转通量带在地心-地幔边界上和原来的极性相比开始占据优势的时候,极性反转就发生了。总体上,贯穿地心的原来极性消失和新极性形成将持续大约9000年。
    
    遗漏了什么
    
    部分由于这些成功,计算机发电机模型被迅速采用了。据上次的统计,世界范围内有超过12个研究团队正在使用这些模型来帮助研究太阳系以内及以外的天体内产生的磁场。但是这些模型和地球实际发电机的符合程度怎样?事实是没有人确切知道。
    
    还没有计算机发电机模型能够模拟存在于行星内部的较宽频谱的紊流,这主要是因为目前的大型并行超级计算机还不能胜任三维环境下采用现实物理参数来精确模拟磁场紊流的任务。在地心中扭曲磁场的最小紊流漩涡发生的尺度或许是数米到数十米,远小于在目前的超级计算机上现有的全球地球发电机模型能够处理的尺度。这意味着所有的地球发电机三维计算机模型迄今为止只能模拟简化的、大尺度的层状对流流体,类似于灼热的矿物油在油灯内的上升情况。
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