Генерація геомагнітного поля
В. В. Орлятко, доктор геолого-мінералогічних
наук
Сучасні погляди на природу геомагнітного поля
базуються на гіпотезі Лармора, згідно з якою процес генерації
геомагнітного поля аналогічний дії гідромагнітного динамо.
Розглянемо істота цієї гіпотези.
Якби магнітне поле Землі було постійним,
наприклад, викликано намагніченістю земної кори або верхньої мантії, то
внаслідок процесів розмагнічування з часом варто було б очікувати
істотного зменшення величини магнітного моменту, а разом з ним і
напруженості геомагнітного поля. Однак вивчення природної залишкової
намагніченості гірських порід показало, що починаючи з силуру (близько 400 млн. років
тому) дипольний момент не зменшується, а безперервно зростав. Отже, для
підтримки напруженості геомагнітного поля в надрах Землі повинен діяти
механізм постійної генерації поля. Переважання дипольного поля і його осьової
характер, а також західний дрейф з винятково великий для геологічних
процесів швидкістю (0,2 °, або 20 км/год) свідчать про зв'язок геомагнітного
поля з обертанням Землі. Дані Рікітакі про періоди і величиною вікових варіацій,
а також розрахункові глибини джерел дипольний і недіпольной складових
вказують на те, що механізм створення розташовується в зовнішньому «рідкому» ядрі.
Як було показано вище, відсутність жорсткого зв'язку між твердим суб'ядром і
нижньою мантією при обертанні повинно приводити до «провертання» твердої
оболонки щодо суб'ядра. Це в свою чергу повинно знайти віддзеркалення в
зміні тривалості доби. Безпосередні вимірювання підтвердили таке
зміна в тривалості доби, яка має порядок 1 мкс за 10 років. Пряма
залежність напруженості поля від швидкості обертання Землі - доказ
взаємозв'язку цих явищ. Отже, зовнішні оболонки в даний
час обертаються повільніше внутрішнього ядра, швидкість якого оцінюється в 10
- 4 м/с. Зазначена флуктуація річний швидкості обертання не пов'язана з приливно
тертям, прогресивно що збільшує тривалість доби на 2 з протягом кожних
105 років (Мельхіор, 1975), а накладається обертонами на цей загальний процес.
Наслідком фізико-хімічних перетворень
протопланетної речовини в першій реакційної зоні є фракційне
розділення продуктів реакції (підйом домішкових легкого кремнію і дегазація
гелію і водню з опусканням важкого FеNiS) з утворенням
термогравітаціонной конвекції, посиленою коріолісовимі силами (2wu) обертання Землі. В результаті виникає в'язке
протягом рідини між двома сферами, що обертаються навколо спільної осі.
Передбачається, що внаслідок малої в'язкості «рідина» зовнішнього ядра
нестискувана, а оболонка обертається з меншою кутовий швидкістю по відношенню до
твердому суб'ядру.
Характер течії в'язкої рідини між кордонами
захоплювали її сфер буде залежати від товщини шару R - R0 = DR, щільності рідини r, кінематичного коефіцієнта в'язкості n і середньої лінійної швидкості потоку u, що визначається безрозмірною комбінацією Rе,
званої числом Рейнольдса:
, (VI.1)
де кінематична в'язкість рідини визначається
виразом n = h/r, а лінійна швидкість - u = wk. З гідродинаміки відомо, що при Rе <2500
утворюється ламінарний потік, а при Rе> 2500 - турбулентний. При
певних умов Ламінарна течія може утворитися і при більш високих
значеннях Rе, однак структура такого потоку не буде стійкою.
Для рідкого ядра отримані такі приблизні
оцінки параметрів (Мельхіор, 1975): n = 106 см2/c, R = 3,47
