Warum ist das Magnetfeld der Erde so stabil?

Diese Antwort erklärt, warum die Erde ein Magnetfeld hat, diese Antwort erklärt, warum das Magnetfeld der Erde umkehrt. Beide scheinen jedoch die Frage nicht zu beantworten, warum das Magnetfeld der Erde erst nach sehr langen Zeiträumen umschlägt oder warum es nicht einfach die Richtung ändert, anstatt umzukehren. Die zweite Antwort scheint nach meinem Verständnis zu implizieren, dass die Ströme ein chaotisches System schaffen und selbst eine kleine Änderung die Polarität umkehren kann. Wenn das stimmt, warum passiert es nicht viel häufiger? Warum ändert die Polarität nicht einfach die Richtung, anstatt umzukehren? Warum ist die Intensität (soweit ich weiß) auch stabil?

(PS Ich verstehe, dass es Unterschiede in der Intensität und auch in der Position der Pole gibt, die derzeit etwa 64 km pro Jahr zurücklegen, aber das scheint klein und auch ziemlich regelmäßig zu sein, nicht das, was Sie als Ergebnis eines chaotischen Systems erwarten würden) .

Ich weiß nichts über die Magnetohydrodynamik des Problems, aber man sollte definitiv einen Zusammenhang mit der Erdrotation erwarten (wegen der Coriolis-Kräfte auf die Konvektionsströme).
@Pieter Ich stimme zu. Meine Vermutung ist, dass es einen Raum gibt, in dem lokale Minima durch die Erdrotation erzeugt werden. Das chaotische System bleibt in einem lokalen Minima stecken, bis es für einige Zeit entkommt, aber schließlich in einem anderen lokalen Minima landet (wiederum sind die Pole ungefähr auf die Rotationsachse ausgerichtet, aber umgedreht). In diesem Fall können die Pole jedoch nach einer Periode, in der sich die Magnetpole überall hin bewegen, zu der gleichen Konfiguration zurückkehren und nicht notwendigerweise umkehren. Nur eine wilde Vermutung, ich möchte, dass ein Experte mir seine / ihre Antwort gibt.

Antworten (1)

Kurze Antwort : Die Planetenrotation legt eine magnetische Vorzugsachse fest, und das Feld zeigt seine Instabilität in geologischen Zeitskalen, so dass es nur stabil erscheint .

Chaos

Eine gute Beschreibung? Wahrscheinlich ja.

Es gibt eine Vielzahl (siehe diese und diese Rezensionen) von magnetohydrodynamischen Modellen (mit unterschiedlichen Annahmen, Parameterbereichen, Randbedingungen usw.), die die Hauptmerkmale der Magnetfelddynamik der Erde erfolgreich beschreiben. Diese Tatsache legt nahe, dass nur eine kleine Anzahl grundlegender Zutaten benötigt wird, um diese Dynamik zu beschreiben, was sie in die Reichweite von niedrigdimensionalen Modellen rückt. Und da die Polaritätsumkehrungen stark nicht periodisch sind und die Strömungen voraussichtlich turbulent sind, müssen diese Modelle wahrscheinlich chaotisch sein.

Doch selbst wenn diese Modelle grundlegende Aspekte der relevanten Dynamik erfassen (sie passen zu den verfügbaren Messungen), können sie die komplexe Strömung unter der Erdkruste nicht vollständig abbilden − Daher können sie verwendet werden, um Hauptmerkmale der Dynamik zu untersuchen, aber wahrscheinlich keine feineren Details.

warum das Magnetfeld der Erde erst nach sehr langer Zeit umschlägt

Angenommen, wir haben eine Situation ohne Flips, in der beide Polaritäten möglich, aber (vollständig) stabil sind, dh es gibt keine Flips. Im Jargon der Chaostheorie wird dies als ein System mit zwei Attraktoren beschrieben, die wir uns als zwei separate Blobs im Phasenraum vorstellen können.

Bedenken Sie nun, dass diese beiden Attraktoren, wenn ein Parameter verschoben wird, irgendwie, aber nur geringfügig, durch eine schmale Brücke verschmelzen können: Eine Flugbahn bewegt sich von einem Blob zum anderen mit einer Frequenz, die proportional zur effektiven Breite dieser Brücke ist. So kann es zu langen Wartezeiten zwischen den Flips kommen.

Genau das schlägt z. B. Gissinger in A new deterministic model for chaotic reversals ( arxiv ) vor:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Derzeit reisen wir etwa 64 km pro Jahr, aber das scheint wenig und auch ziemlich regelmäßig zu sein, nicht das, was Sie als Ergebnis eines chaotischen Systems erwarten würden

Wie das obige Bild andeutet, ist die Gesamtbewegung, auch wenn die Zeiten, in denen sich die Kurve (Trajektorie) von einer Rolle zur anderen ändert, unvorhersehbar sind, insbesondere zwischen den Änderungen, sehr glatt und ungefähr regelmäßig. Es ist eine ähnliche Situation wie im Sonnensystem, das chaotisch ist, aber dessen Kurzzeitverhalten meist ziemlich vorhersehbar ist.

Geophysik

warum es nicht einfach die Richtung ändert, anstatt umzudrehen

Großräumige Strömungen auf dem Planeten sind durch den Coriolis-Effekt mit seiner Rotation gekoppelt, der „dazu neigt, die Strömung in Rollen zu organisieren, die entlang der Nord-Süd-Polachse ausgerichtet sind“ (Wikipedia ) . Auch wenn die Strömung chaotisch ist, dürfte der Coriolis-Effekt ein relevanter Einfluss bleiben.

Warum ist die Intensität (soweit ich weiß) auch stabil?

Tatsächlich "nimmt die Intensität des Magnetfelds während Umkehrungen drastisch ab" ( Earth's Core and Lower Mantle , Jones et al, Kapitel 4, Geomagnetische Umkehrungen , C. Constable).

Tatsächlich "nimmt die Intensität des Magnetfelds während der Umkehrung drastisch ab" - Ja, während der Umkehrung, aber ansonsten ist es relativ stabil. Aber wenn das System chaotisch ist, ist es die ganze Zeit so, nicht nur während der Umkehrperiode.
@user, In diesem System ist das Timing der Umkehrungen chaotisch. Chaotisch zu sein bedeutet nicht, dass alle Variablen die ganze Zeit verrückt herumspringen.
Das ist nicht die mathematische Definition eines chaotischen Systems
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