Waarom 'klapt' het magnetische veld van de aarde om de miljoen jaar of zo? Wat de reden of redenen ook zijn, de manier waarop het vloeibare ijzer van de buitenste kern van de aarde stroomt - de stromen, de structuur, de langetermijncycli - is belangrijk, hetzij als oorzaak, gevolg, of een beetje van beide.
Het belangrijkste onderdeel van het aardveld - dat de magnetische polen definieert - is een dipool die wordt gegenereerd door de convectie van gesmolten nikkel-ijzer in de buitenkern (de binnenkern is stevig, dus zijn rol is secundair; onthoud dat de aardkern goed is) boven de Curie-temperatuur, dus het strijkijzer is niet ferromagnetisch).
Maar hoe zit het met de fijne structuur? Heeft de buitenste kern bijvoorbeeld het equivalent van de jetstromen van de aardatmosfeer? Recent onderzoek door een team van geofysici in Japan werpt enig licht op deze vragen, en duidt dus op wat de oorzaak is van magnetische poolflips.
Over de afbeelding: Deze afbeelding laat zien hoe een denkbeeldig deeltje dat in de vloeibare ijzeren buitenkern van de aarde hangt, de neiging heeft om in zones te stromen, zelfs wanneer de omstandigheden in de geodynamo variëren. De kleuren vertegenwoordigen de werveling of "hoeveelheid rotatie" die dit deeltje ervaart, waarbij rood staat voor positieve (oost-west) stroming en blauw voor negatieve (west-oost) stroming. Links naar rechts laat zien hoe de stroming reageert op stijgende Rayleigh-getallen, die wordt geassocieerd met stroming aangedreven door drijfvermogen. Van boven naar beneden laat zien hoe stroming reageert op toenemende hoeksnelheden van het hele geodynamosysteem.
De straalwinden die de aardbol omcirkelen en die in de atmosfeer van de gasreuzen (Jupiter, Saturnus, enz.) Zijn voorbeelden van zonale stromen. “Een gemeenschappelijk kenmerk van deze zonale stromen is dat ze spontaan worden opgewekt in turbulente systemen. Omdat wordt aangenomen dat de buitenste kern van de aarde in een turbulente toestand verkeert, is het mogelijk dat er een zonale stroming is in het vloeibare ijzer van de buitenste kern, ”zeggen Akira Kageyama van Kobe University en collega's in hun recente Nature-paper. Het team vond een secundair stromingspatroon bij het modelleren van de geodynamo - die het magnetische veld van de aarde genereert - om een gedetailleerder beeld te krijgen van convectie in de buitenste kern van de aarde, een secundair stromingspatroon dat bestaat uit binnenste bladachtige radiale pluimen, omgeven door westwaarts cilindrische zonale stroom.
Dit werk werd uitgevoerd met de Earth Simulator-supercomputer, gevestigd in Japan, die voldoende ruimtelijke resolutie bood om deze secundaire effecten te bepalen. Kageyama en zijn team bevestigden ook, met behulp van een numeriek model, dat deze structuur met dubbele convectie naast de dominante convectie die de noord- en zuidpool genereert, kan bestaan; dit is een kritische consistentiecontrole op hun modellen. "We bevestigen numeriek dat de structuur met dubbele convectie met een dergelijke zonale stroom stabiel is onder een sterk, zelf gegenereerd dipool magnetisch veld", schrijven ze.
Dit soort zonale stroming in de buitenste kern is niet eerder gezien in geodynamo-modellen, grotendeels als gevolg van een gebrek aan voldoende resolutie in eerdere modellen. Welke rol deze zonale stromen spelen in de omkering van het magnetische veld van de aarde is een onderzoeksgebied dat Kageyama en de resultaten van zijn team nu kunnen nastreven.
Bronnen: Physics World, gebaseerd op een paper in het nummer van 11 februari 2010 van Nature. Earth Simulator-startpagina
