Генерация геомагнитного поля

где кинематическая вязкость жидкости определяется выражением n=h/r, а линейная скорость – u = wk. Из гидродинамики известно, что при Rе<2500 образуется ламинарный поток, а при Rе > 2500 – турбулентный. При определенных условиях ламинарное течение может образоваться и при более высоких значениях Rе, однако структура такого потока не будет устойчивой.

Для жидкого ядра получены следующие приблизительные оценки параметров (Мельхиор, 1975): n = 106 см2/c, R = 3,47×108 см, w = = 7×10‑5 рад/с, R0 = 1,210×108 см, u = 10-1 см/с, r = 10 г/см3. Подставив эти значения в формулу (VI.1), получим Rе = 22,16, т. е. течение в жидком ядре устойчиво ламинарное, если только v не имеет величину значительно меньшую, чем 106 см2/c. Физически ламинарность течения жидкости внешнего ядра обусловлена прежде всего малой угловой скоростью проворачивания внешней сферы относительно внутреннего ядра и большой вязкостью жидкости. Эта скорость соизмерима со скоростью западного дрейфа недипольной составляющей геомагнитного поля. Однако чисто ламинарное движение жидкости приводит к осесимметричному распределению скоростей с формой движения в виде цилиндрических вихрей, оси которых параллельны оси вращения Земли (рис. 32). Уравнение такого движения имеет вид (Мельхиор, 1975):

, (VI.2)

где 2wu – сила Кориолиса, ÑР – градиент давления; g – сила, действующая на фракционное разделение жидкости;

. (VI.3)

Осесимметричное движение проводящей жидкости не может создавать и поддерживать магнитное поле. Поэтому для обеспечения механизма генерации Малкус указал на прецессию оси вращения Земли как на возможный механизм несимметричной конвекции во внешнем ядре и, следовательно, движущую силу магнитного динамо (Долгинов, 1974). Прецессия земной оси вызвана действием гравитационных полей Луны и Солнца, полный ее размах составляет большую величину – 23°27’ и скорость l = 7,7·10-12 с-1. Эта скорость, дающая дополнительную силу инерции F, называемую силой Пуанкаре, вызывает различные крутящие моменты в ядре и мантии, что и способствует возникновению несимметричной конвекции в жидком ядре. Период прецессии равен 25800 лет. Этого оказывается достаточно для генерации магнитного поля и подтверждается сравнительным феноменологическим анализом магнетизма других планет Солнечной системы. Как показал Альвен, магнитные линии в проводящей жидкости как бы «вморожены» в эту жидкость и перемещаются вместе с ней. Но согласно закону индукции Фарадея, ЭДС по любому замкнутому контуру пропорциональна скорости изменения магнитного потока, пронизывающего этот контур. Следовательно, величина индуцируемого магнитного поля будет связана со скоростью вращения оболочки относительно ядра и соответственно вязкого движения между ними. В качестве магнитного поля, необходимого для запуска гидромагнитного динамо, предполагается межпланетное магнитное поле (Hп). В соответствии с этим в уравнение движения жидкости (VI.2) необходимо добавить электромагнитные силы – силу тока i и напряженность магнитного поля В, а также внешнюю силу Пуанкаре F плюс другие неизвестные нам силы:

Полезные статьи

Промышленные центры
Петрозаводск. Город является административным, научным, культурным, туристическим, образовательным центром Карелии. Протяженность города вдоль губы ...

Состав экономического района.
Северо-Западный экономический район включает в себя следующие субъекты: - г. Санкт-Петербург - Ленинградская область - Новгородская область - Пск ...

Сравнительная характеристика современного состояния тяжелого машиностроения и приборостроения.
Оценивая ситуацию в отраслях машиностроения по итогам 1995г., можно констатировать, что одной из главных ее особенностей остается глобальная деформа ...