Gary A. Glatzmaier vid Institute of Geophysics & PlanetaryPhysics vid Los Alamos National Laboratory har gjort ett omfattande arbete på detta område. Han svarar:
”Jordens magnetfält tros genereras av vätskerörelser i den flytande, yttre delen av jordens kärna, som huvudsakligen består av järn. De flytande rörelserna drivs av flytkrafter som utvecklas vid basen av den yttre kärnan när jorden långsamt svalnar och järnet kondenserar på den fasta, inre fasta kärnan nedanför. Jordens rotation får flytvätska att stiga upp i böjda projektioner som genererar nya magnetfält genom att vrida och skära det befintliga magnetfältet. Över 99 procent av jordens magnetiska energi förblir helt och hållet begränsad i kärnan. Vi observerar bara den lilla del av magnetfältet som sträcker sig till ytan och bortom den, där dess grundläggande struktur är en dipol – det vill säga ett enkelt nord-sydligt fält som i en enkel barmagnet. Det finns också mindre, icke-dipolära strukturer i jordens fält; dessa förändras lokalt och mycket svagt på en hundraårig tidsskala.
”Dipoldelen av fältet är vanligen ganska nära inriktad på jordens rotationsaxel; med andra ord är de magnetiska polerna vanligen ganska nära de geografiska polerna, vilket är anledningen till att en kompass fungerar. Ibland vänder dock dipoldelen av fältet, vilket gör att de nordliga och sydliga magnetiska polerna byter plats. Denna omvändningsprocess kan ses i de paleomagnetiska uppgifterna, som är inlåsta i stenar på havsbotten och i vissa lavaflöden. Omvändningsprocessen är inte bokstavligen ”periodisk” som den är på solen, vars magnetfält vänder vart elfte år. Tiden mellan magnetiska omkastningar på jorden är ibland så kort som 10 000 år och ibland så lång som 25 miljoner år; den tid det tar att vända är bara cirka 5 000 år.
”Den första dynamiskt konsistenta, tredimensionella datorsimuleringen av geodynamo (den mekanism i jordens flytande yttre kärna som genererar och upprätthåller det geomagnetiska fältet) genomfördes och publicerades av Paul H. Roberts från University of California i Los Angeles och mig själv 1995. Vi programmerade superdatorer för att lösa den stora mängd icke-linjära ekvationer som beskriver fysiken bakom vätskerörelserna och genereringen av magnetfältet i jordens kärna. Det simulerade geomagnetiska fältet, som nu sträcker sig över motsvarande över 300 000 år, har en intensitet, en dipol-dominerad struktur och en västligdrift vid ytan som alla liknar jordens verkliga fält. Vår modell förutspådde att den fasta inre kärnan, som är magnetiskt kopplad till det östliga flödet ovanför den, skulle rotera något snabbare än jordens yta.Denna förutsägelse stöddes nyligen av studier av seismiska vågor som passerar genom kärnan.
”Dessutom har datormodellen producerat tre spontana omkastningar av det geomagnetiska fältet under den 300 000-åriga simuleringen. Så nu har vi för första gången tredimensionell, tidsberoende simulerad information om hur magnetiska omkastningar kan uppstå. Processen är inte enkel, inte ens i vår datormodell. Flytande rörelser försöker vända fältet på en tidsskala på några tusen år, men den fasta, inre kärnan försöker förhindra omkastningar eftersom fältet inte kan förändras (diffundera) i den inre kärnan lika snabbt som i den flytande, yttre kärnan. Endast i sällsynta fall utvecklas termodynamiken, rörelserna i vätskan och det magnetiska fältet på ett kompatibelt sätt som gör att det ursprungliga fältet kan diffundera helt ut ur den inre kärnan så att den nya dipolpolariteten kan diffundera in och skapa ett omvänt magnetfält. Processens stokastiska (slumpmässiga) karaktär förklarar förmodligen varför tiden mellan omkastningarna på jorden varierar så mycket.”
För mer detaljerade förklaringar av geodynamon, de simulerade magnetiska omkastningarna och superrotationen i jordens inre kärna rekommenderar Glatzmaier följande artiklar:
”A Three-Dimensional Self-Consistent Computer Simulation of a GeomagneticField Reversal” av Gary A. Glatzmaier och Paul H. Roberts i Nature, Vol.377, sidorna 203-209; 1995.
”Rotation and Magnetism of Earth’s Inner Core” av Gary A. Glatzmaier och PaulH. Roberts i Science, Vol. 274, pages 1887-1891; 1996.
Edwin S.Robinson är professor i geofysik vid Virginia Polytechnic Institute &State University i Blacksburg, Virginia.
Han lägger till ytterligare bakgrundsinformation:
”Jordens huvudsakliga geomagnetiska fält produceras av flödet av elektriskt laddade partiklar i den flytande delen av jordens kärna. Denna flytande zon sträcker sig från ett djup av 2 900 kilometer till ett djup av 5 100 kilometer. Strömmar av strömmande vätska orsakas av temperaturskillnaden mellan toppen och botten av denna zon. Dessa strömmar påminner om vattnets rörelser i en kokande vattenkokare. Jordens rotation på sin axel ger symmetri åt mönstret av strömmar i den flytande kärnan. Därför finns det en något symmetrisk elektrisk ström i den flytande kärnan som är resultatet av de elektriskt laddade partiklarnas rörelse.
”Vi vet från fysikens principer om elektromagnetisk induktion att en elektrisk ström alltid har ett tillhörande magnetfält. I jordens flytande kärna skapas en dynamo. Eftersom kärnströmmen är något asymmetrisk runt rotationsaxeln är det tillhörande magnetfältet liknande det hos en stavmagnet. Av skäl som inte är klart förstådda rubbas balansen mellan effekten av jordens rotation och temperaturens inverkan på kärndynamon från tid till annan, vilket leder till att mönstret i kärnströmmen störs. Efter en sådan störning är det teoretiskt möjligt för dynamon att återskapa sig själv med en motsatt strömriktning. Det associerade magnetfältet kommer då att ha en motsatt polarisering.
”Eftersom vi inte kan komma ner i den flytande kärnan för att observera vad som faktiskt händer, måste vi dra slutsatser utifrån mätningar som görs på eller ovanför jordytan. Därför är vår kunskap om kärnan ganska ofullständig. Vi vet helt enkelt inte tillräckligt om kärnan för att kunna förutsäga när polomvändningar kommer att ske i framtiden eller hur lång tid det tar att genomföra en sådan omvändning eller vad som rubbar den känsliga balansen mellan de faktorer som producerar kärnströmmen. Men vi har övertygande information från magnetiserade mineralkorn i stenar som säger oss att geomagnetiska polaritetsomkastningar har inträffat många gånger under jordens historia.