Gary A. Glatzmaier Los Alamosin kansallisen laboratorion geofysiikan & planetaarisen fysiikan laitokselta on tehnyt laajaa työtä tällä alalla. Hän vastaa:

”Maan magneettikentän ajatellaan syntyvän nestemäisten liikkeiden seurauksena maan ytimen nestemäisessä, ulommassa osassa, joka koostuu pääasiassa raudasta. Nestemäiset liikkeet johtuvat kelluntavoimista, jotka kehittyvät ulomman ytimen pohjalla, kun Maa jäähtyy hitaasti ja rauta tiivistyy alla olevaan kiinteään, sisempään kiinteään ytimeen. Maan pyöriminen aiheuttaa sen, että kelluva neste nousee kaareviin liikeratoihin, jotka synnyttävät uuden magneettikentän kiertämällä ja leikkaamalla olemassa olevaa magneettikenttää. Yli 99 prosenttia maapallon magneettisesta energiasta pysyy kokonaan ytimen sisällä. Havaitsemme vain sen pienen osan magneettikentästä, joka ulottuu maan pinnalle ja sen ulkopuolelle, jossa sen perusrakenne on dipoli eli yksinkertainen pohjois-eteläsuuntainen kenttä, kuten yksinkertaisen barmagneetin kenttä. Maan kentässä on myös pienempiä, ei-dipolaarisia rakenteita; ne muuttuvat paikallisesti ja hyvin vähän vuosisadan aikaskaalassa.

”Kentän dipoliosa on yleensä melko tarkasti linjassa Maan pyörimisakselin kanssa; toisin sanoen magneettinavat ovat yleensä melko lähellä maantieteellisiä napoja, minkä vuoksi kompassi toimii. Toisinaan kentän dipoliosa kuitenkin kääntyy päinvastaiseksi, jolloin pohjois- ja etelänapojen sijainti vaihtuu. Tämä kääntöprosessi on nähtävissä paleomagneettisessa aineistossa, joka on lukittunut merenpohjan kiviin ja joihinkin lavaflowsseihin. Kääntymisprosessi ei ole kirjaimellisesti ”jaksottainen”, kuten auringossa, jonka magneettikenttä kääntyy 11 vuoden välein. Maapallolla magneettikäänteiden välinen aika on toisinaan vain 10 000 vuotta ja toisinaan jopa 25 miljoonaa vuotta; kääntymiseen kuluu vain noin 5 000 vuotta.

”Ensimmäisen dynaamisesti johdonmukaisen, kolmiulotteisen tietokonesimulaation geodynamiikasta (mekanismista, joka Maan nestemäisessä ulommassa ytimessä synnyttää ja ylläpitää geomagneettista kenttää) saimme valmiiksi ja julkaisimme Paul H. Roberts Kalifornian yliopistosta, Los Angelesista, ja minä vuonna 1995. Ohjelmoimme supertietokoneita ratkaisemaan suuren joukon epälineaarisia yhtälöitä, jotka kuvaavat nesteen liikkeiden ja magneettikentän synnyn fysiikkaa Maan ytimessä. Simuloidulla geomagneettikentällä, joka kattaa nyt yli 300 000 vuotta vastaavan ajanjakson, on voimakkuus, dipolivaltainen rakenne ja länsisuuntainen ajelehtiminen pinnalla, jotka kaikki ovat samanlaisia kuin maapallon todellinen kenttä. Mallimme ennusti, että kiinteän sisemmän ytimen, joka on magneettisesti kytkeytynyt sen yläpuolella olevaan itään suuntautuvaan nestevirtaukseen, pitäisi pyöriä hieman nopeammin kuin Maan pinta.Tämä ennuste sai hiljattain tukea tutkimuksista, jotka koskivat ytimen läpi kulkevia seismisiä aaltoja.

”Lisäksi tietokonemalli on tuottanut kolme spontaania geomagneettisen kentän kääntöpistettä 300 000 vuotta kestäneen simuloinnin aikana. Nyt meillä on siis ensimmäistä kertaa kolmiulotteista, ajasta riippuvaa simuloitua tietoa siitä, miten magneettiset käänteet voivat tapahtua. Prosessi ei ole yksinkertainen edes tietokonemallissamme. Nestemäiset liikkeet pyrkivät kääntämään kentän muutamien tuhansien vuosien aikaskaalassa, mutta kiinteä, sisempi ydin pyrkii estämään kääntymisen, koska kenttä ei voi muuttua (diffundoitua) sisemmässä ytimessä läheskään yhtä nopeasti kuin nestemäisessä, ulommassa ytimessä. Vain harvoin termodynamiikka, nesteen liikkeet ja magneettikenttä kehittyvät kaikki yhteensopivalla tavalla, jolloin alkuperäinen kenttä voi diffundoitua kokonaan ulos sisäytimestä, jolloin uusi dipolipolariteetti voi diffundoitua sisään ja luoda käänteisen magneettikentän. Prosessin stokastinen (satunnainen) luonne selittää luultavasti sen, miksi käänteisten magneettikenttien välinen aika maapallolla vaihtelee niin paljon.”

Glatzmaier suosittelee geodynamon, simuloitujen magneettikäänteiden ja Maan sisemmän ytimen superrotaation yksityiskohtaisempia selityksiä varten seuraavia artikkeleita:

”A Three-Dimensional Self-Consistent Computer Simulation of a GeomagneticField Reversal” (Kolmiulotteinen itsekonsistentti tietokonesimulaatio geomagneettikentän käänteisestä käänteisestä magneettikentästä), kirjoittaneet Gary A. Glatzmaier ja Paul H. Roberts, julkaisussa ”Nature”, vol.377, sivut 203-209; 1995.

”Rotation and Magnetism of Earth’s Inner Core” (Maan sisäisen ytimen pyöriminen ja magneettisuus) kirjoittaneet Gary A. Glatzmaier ja PaulH. Roberts in Science, Vol. 274, sivut 1887-1891; 1996.

Edwin S.Robinson on geofysiikan professori Virginia Polytechnic Institute &State Universityssä Blacksburgissa, Virginiassa.

Hän lisää taustatietoa:

”Maapallon geomagneettisen pääkentän synnyttää sähköisesti varattujen hiukkasten virtaus maan ytimen nestemäisessä osassa. Tämänestevyöhyke ulottuu 2 900 kilometrin syvyydestä 5 100 kilometrin syvyyteen. Virtaavan nesteen virtaukset johtuvat tämän vyöhykkeen ylä- ja alapinnan välisestä lämpötilaerosta. Nämä virtaukset muistuttavat jotakuinkin veden liikettä kiehuvassa kattilassa. Maan pyöriminen akselinsa ympäri tekee nesteytimen virtauksista symmetrisiä. Siksi nesteytimessä on jokseenkin symmetrinen sähkövirta, joka on seurausta sähköisesti varattujen hiukkasten liikkeestä.

”Tiedämme sähkömagneettista induktiota koskevista fysiikan periaatteista, että sähkövirtaan liittyy aina magneettikenttä. Maan nestemäisessä ytimessä syntyy dynamo. Koska ytimen virta on jokseenkin symmetrinen pyörimisakselin ympäri, siihen liittyvä magneettikenttä on samankaltainen kuin sauvamagneetin magneettikenttä. Syistä, joita ei ymmärretä tarkkaan, maapallon pyörimisliikkeen vaikutuksen ja lämpötilan vaikutuksen välinen tasapaino ydindynamossa häiriintyy aika ajoin, jolloin ydinvirran kuvio häiriintyy. Tällaisen häiriön jälkeen on teoreettisesti mahdollista, että dynamo muodostuu uudelleen siten, että virran kulkusuunta on päinvastainen. Tällöin siihen liittyvä magneettikenttä on vastakkaisesti polarisoitunut.

”Koska emme pääse nestemäisen ytimen sisään tarkkailemaan, mitä todellisuudessa tapahtuu, meidän on tehtävä johtopäätöksiä maan pinnalla tai sen yläpuolella tehtyjen mittausten perusteella. Siksi tietomme ytimestä ovat varsin puutteelliset. Emme yksinkertaisesti tiedä ytimestä tarpeeksi, jotta voisimme ennustaa, milloin napojen kääntymiset tapahtuvat tulevaisuudessa tai kuinka kauan tällaiseen kääntymiseen menee aikaa tai mikä horjuttaa ytimen virtausta tuottavien tekijöiden herkkää tasapainoa. Meillä on kuitenkin vakuuttavia tietoja, jotka on saatu kivien magnetoituneista mineraalirakeista ja jotka kertovat, että geomagneettisia napakäänteitä on esiintynyt maapallon historiassa hyvin monta kertaa.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista.