Geodynamo a platňová tektonika

Transcript

1 Letná škola astronómie Hurbanovo Astronomické a geofyzikálne observatórium FMFI UK Modra Piesok Geodynamo a platňová tektonika S. Ševčík Katedra astronómie, fyziky Zeme a meteorológie FMFI UK Bratislava

2 Konvekcia v plášti a pohyb litosférických dosiek gigantický tepelný stroj pracujúci v plášti, ktorý je pružný v krátkych časových škálach (1s 1 deň - 1 rok 10 r.), ale v dlhých časových škálach ( mil.rokov) konvektuje a môžeme ho modelovať hydrodynamickými rovnicami pre extrémne viskóznu kvapalinu s rýchlosťami niekoľko centimetrov za rok dáva o sebe informácie priamo (tepelný tok na povrchu Zeme, nový materiál v stredooceánskych chrbtoch, rôzne typy magmatického materiálu môžeme chemicky analyzovať) aj nepriamo (seizmická tomografia, analýza tiažového potenciálu, ktorý vidí hustotné nehomogenity, vlastné kmity Zeme vybudené pri veľmi silných zemetraseniach,...) súčasne je tajomný, lebo niektoré povrchové štruktúry miznú v hlbinách Zeme pri tektonických pohyboch a stráca sa tak stav z dávnej geologickej minulosti

3 Konvekcia v kvapalnom jadre a generácia magnetického poľa Zeme (MPZ) gigantický tepelný stroj (geodynamo) s konvektujúcou vysoko elektricky vodivou kvapalinou hnanou tepelne a kompozične s pohybmi 0,1 mm/sek. pohyb elektricky vodivej kvapaliny v magnetickom poli zabezpečuje regeneračné mechanizmy MPZ proti rozpadu konvekcia a jej rýchlosť udržuje magnetické pole, ktoré spätne pôsobí na rýchlosť tečení je tu spätná väzba medzi oboma poliami (rýchlosť v a magnetické pole B) časová škála pravidelných zmien magnetického poľa je rokov systém umožňuje inverzie (prepólovanie) dipólovej časti systém dáva o sebe informácie meranie na magnetických observatóriach, paleomagnetické analýzy horninových vzoriek, archeomagnetizmus výsledky paleomagnetizmu informujú o tektonike v minulosti

4 Oba konvektívne systémy sú v kontakte kontaktnou fyzickou hranicou je rozhranie jadro-plášť (CMB core-mantle boundary) v hĺbke 2891 km (od stredu Zeme 3480 km) najdramatickejšia diskontinuita v Zemi tuhá fáza v plášti kvapalná fáza vo vonkajšom jadre ľahšie oxidy a silikáty v plášti ťažká železitá tavenina v jadre skok v hustote: 5570 kg/m kg/ m 3 skok v rýchlosti pozdĺžnych seizmických vĺn: 13,72 8,06 km/s skok v rýchlosti priečnych seizmických vĺn: 7,26 0 km/s rozhranie má topografické nerovnosti bumpy materiál jadra môže chemicky reagovať s materiálom plášťa odvod tepla z jadra je regulovaný konvekciou v plášti nad rozhraním je niekoľko 100 km hrubá najspodnejšia časť plášťa (tzv. D vrstva) - tepelná hraničná vrstva, ktorá môže byť nestabilná a korenia v nej stúpajúce toky horúceho materiálu plumy (plášťové hríby), prinášajú nám informácie

5 O čom budeme hovoriť 1. časť stavba Zeme základné radiálne vrstvy Zeme diskontinuity medzi vrstvami a ich charakter povrchová morfológia litosférickych dosiek tvar a veľkosť základné typy kontaktu medzi doskami a pohyb dosiek ako boli dosky rozmiestnené v geologickej minulosti fundamentálna otázka č.1 možné scenáre konvekcie v plášti a plumy seizmická tomografia a jej výsledky 2 modely z r prečo je diskontinuita v 660 km hĺbke taká zaujímavá a dôležitá geochemické argumenty a primordiálne (primitívne) oblasti plášťa fundamentálna otázka č.2 statické ukážky počítačových modelov konvekcie v plášti

6 Stavba Zeme radiálne vrstvy Kôra hrúbka 1-70 km, krehká, dopukaná Plášť peridotity (olivíny+pyroxény,...) Kvapalné jadro Fe+Si,S,O,.. Tuhé vnútorné jadro ε-fe Kôra oceánska (5-15 km, 60% plochy celej kôry, 20% objemu celej kôry) a kontinentálna (pevninská, km, zloženie granodiorit, živce, kremeň, má menšiu hustotu ako oceánska) Mohorovičičova diskontinuita Plášť-vrchný (hranice: kôra 660 km), jeho súčasťou je časť litosféry, astenosféra a prechodová zóna diskontinuita v 660 km Plášť spodný (hranice km), jeho súčasťou je dôležitá D vrstva úplne na spodu CMB rozhranie jadro-plášť Kvapalné (vonkajšie) jadro hranice km ICB inner core boundary Pevné (vnútorné) jadro hranice 5155 stred Zeme

7 Litosféra = kôra + najvrchnejšia časť vrchného plášťa, charakteristická hrúbka 100 km, je rozdelená na 12 väčších dosiek, ktoré sa ešte môžu deliť na menšie mechanicky je krehká, rigidná-pevná, nová litosféra vzniká v stredooceánskych chrbtoch, kde je vytláčaný natavený materiál vrchného plášťa z astenosféry, ktorý postupne chladne a zmršťuje sa, rastie jeho hustota s vekom a na niektorých miestach sa môže podsúvať pod inú dosku a klesať do plášťa (je to miešačka ) dosky sa pohybujú rýchlosťou cm/rok, je to podobné ako pohyb ľadových krýh na vode, pohyb každej dosky je limitovaný pohybom iných, dosky tvoria jeden systém dosky sa dotýkajú v troch typoch hraníc (intenzívna seizmická aktivita): konvergentné so subdukciou (podsúvanie) transformné - (horizontálne sa kĺžu jedna voči druhej) divergentné stredooceánske chrbty

8 Astenosféra pod litosférou v hĺbke km, čiastočne natavená, geoterma (priebeh teploty s hĺbkou) je blízko teplote tavenia niektorých minerálov nižšia viskozita, plastický stav zóna znížených seizm. rýchlostí litosférické dosky plávajú a kĺžu sa na astenosférickom substráte Prechodová zóna súčasť vrchného plášťa v hĺbkach (1000) km plášťové minerály podliehajú fázovým prechodom, keď z jednej kryštalografickej sústavy prechádzajú na inú tesnejšie usporiadanú (hlavne olivíny tým spôsobia hustotné diskontinuity seizmicky detekovateľné: 410, 520, 660 km) hranica km je rozhranie medzi vrchným a spodným plášťom 2 modely konvekcie v plášti (celoplášťová a dvojvrstvová)

9 Súčasné rozmiestnenie a ohraničenie litosférických dosiek

10

11 Základné pohybové trendy dosiek a 3 typy kontaktu-hraníc

12 Mapa povrchovej geomorfológie kontinentov a podmorských stredooceánskych chrbtov celkom asi km pohorí

13 Atacama zlom, Chile satelitný snímok Niekoľko 100 km paralelne s pobrežím. Zlom je aktívny, má transformné pohyby a taktiež kolmo na zlom Zlom San Andreas San Francisco, USA, obrovské množstvo geofyzikálnych meraní a monitorovaní

14 Hranice dosiek koincidujú s epicentrami zemetrasení, vulkánov a zvýšeného tepelného toku

15 Mapa epicentier zemetrasení za obdobie

16 Otázka: aký typ hranice je v seizmoaktívnej zóne, kde bolo posledné silné zemetrasenie, ktoré spôsobilo vlny tsunami a ktoré dosky spôsobili svojou kolíziou toto zemetrasenie?

17 Rozmiestnenie kontinentov v geologickej minulosti spred 180 mil. rokov. Rekonštrukcia je navrhnutá aj do hlbšej minulosti. Prakontinent Pangea sa rozdelil na dve časti: Lauráziu a Gondwanu. Jej súčasťou bola aj dnešná India, ktorá na snímke spred 135 mil. rokov putuje na sever a pred asi 45 mil. rokov narazí na Lauráziu a vyvrásnia sa postupne Himaláje.

18

19

20 A v budúcnosti nás čaká stav, keď do Ameriky pôjdeme autom cez Afriku

21 Pohyby kontinentov v geologickej minulosti dramaticky menili klimatické pomery a chod teplých a studených prúdov vo svetových oceánoch. Identifikované boli 4 najväčšie periódy zaľadnenia: najsilnejšia bola pred mil. rokov, keď Zem bola ako snehová guľa a ľad ju pokrýval úplne menšie zaľadnenia boli v období mil. rokov a pred mil. rokov v Pleistocéne ľadové doby boli viac či menej intenzívne s periódami a rokov posledná ľadová doba skončila pred r.

22 MORB MORB OIB V stredooceánskych chrbtoch (spreading zones) vychádza na povrch z astenosféry materiál MORB (mid-ocean ridge basalts). Chemické zloženie je temer rovnaké po celej dĺžke týchto divergentných zón ( km) Iným typom konvekcie sú plumy, ktoré tvoria stúpajúci teplý materiál z rozhrania CMB a ich hlava sa môže dostať až na povrch. Plumy súvisia s tzv. horúcimi bodmi, ktoré nemajú nič spoločné s hranicami platní a môžu byť aj v strede dosiek, napr. Havajské ostrovy. Materiál, ktorý prinášajú, je odlišný od MORB-ov a volá sa OIB (ocean island basalts). Jednotlivé OIB sa však chemicky líšia, teda musí existovať niekoľko rezervoárov pre OIB.

23 Havajské ostrovy sú príkladom, keď v centre Pacifickej dosky vystupuje teplý materiál (plume plášťový hríb), ktorý prepaľuje dosku a vzniká reťazec ostrovov. Materiál, ktorý plume prináša, sa nazýva ocean island basalts OIB. Chemickou a rádioizotopovou analýzou sa ukázalo, že OIB majú rôzne zloženie. Podstatné sú stopové prvky. Ak sú chemicky rôzne, musia mať rôzne zdroje rezervoáre. Rádiometrické datovanie ukázalo, že majú vek 1-2 mld. rokov, čo je menej ako vek Zeme, a teda nie sú primitívne.

24 Seizmické diskontinuity v prechodovej vrstve plášťa spôsobujú fázové prechody olivínu (tuhý roztok forsteritu a fayalitu). Fázové prechody (zmena kryštalografickej sústavy do tesnejších štruktúr) prebiehajú v hĺbkach 410, 520 km, kde fázový prechod má charakter polymorfného fázového prechodu, t.j. stále je to chemicky ten istý minerál, len sa mení usporiadanie atómov v mriežke. Clapeyronov sklon je kladný. V hĺbke 660 km sa γ-fáza mení na Mw a Pv a Clapeyronov sklon je záporný, čo vedie k výsledku, že rozhranie v 660 km môže byť zádržou pre stúpajúce a klesajúce hmoty. Preto rozhranie v 660 km je pri veľkom záp. Clapeyronovom sklone prekážkou konvekcii.

25 Fundamentálna otázka č. 1: Prečo vlastne v rámci litosféry dosky vznikli a akými mechanizmami sa litosféra rozdelila na jednotlivé časti? ak roztavená guľa chladne, tak na jej povrchu vzniká pevné súvislé veko (v prípade Zeme to je litosféra) a pod ním môže tavenina konvektovať prečo v prípade Zeme v určitých oblastiach tuhej pokrývky vznikli slabé oblasti, ktoré viedli k vzniku hraníc litosférických dosiek, súvislé veko sa rozlámalo a tým mohla nastúpiť tektonika platní je to reologický problém na iných terestriálnych planétach (Mars, Venuša) nie je tektonika, resp. bola len epizodická Fundamentálna otázka č. 2: Aký charakter má konvekcia v plášti? Je celoplášťová a teda materiál zo spodného plášťa má šancu dostať sa niekedy na povrch, alebo je v dvoch vrstvách, t.j. v hornom plášti cez stredooceánske chrbty (mid-ocean ridge basalts MORB) vystupuje asténosférický materiál a v spodnom plášti môže byť primordiálny materiál, ktorý sa cez plumy môže tiež dostať na povrch, ale len v oblastiach horúcich škvŕn (hot spots).

26 v raných štádiach vývoja Zeme, keď sa tzv. akréciou Zem vytvorila, bola intenzívne bombardovaná veľkými telesami a musela sa roztaviť tažký materiál (Fe, Ni) klesol nadol a vzniklo kvapalné jadro prebehla prvá etapa diferenciácie materiálu pred tým ako prebehla druhá etapa diferenciácie, t.j. oddelenie ľahkého materiálu a jeho vyplavenie na povrch a vznikla tak kôra a protoplášť ostal pod ňou, mal plášť tzv. primordiálne (primitívne) zloženie, ktoré je veľmi podobné chondritickým meteorom, v ktorých takáto diferenciácia vzhľadom na ich malé rozmery nemohla prebehnúť chemické zloženie týchto meteorov sú pre geofyzikov referenčným etalónom pre posúdenie primordiálnosti zloženia materiálu, ktorý na povrch prinášajú rôzne magmatické výlevy pri zohriatí hornín sa preferenčne do magiem dostávajú tzv. nekompatibilné prvky (Rb, Ba, Th, Nb, U, La, Ce, Pb, Nd,...) a materiál, ktorý zostane je ochudobnený o tieto prvky; to je prípad materiálu astenosféry, je ochudobnená (depleted) a nekompatibilné prvky (napr. rádioaktívne) sú silno zastúpené hlavne v kontinentálnej kôre MORB-y sú ochudobnené, OIB nie v takej miere a majú vysoký obsah niektorých prvkov, ktoré naznačujú primitívny pôvod, a teda favorizujú vrstvovú konvekciu; toto je argument geochemikov pre model vrstvovej konvekcie

27 Výsledky seizmickej tomografie odchýľky od strednej hodnoty rýchlosti pozdĺžnych (P-wave) a priečnych (S-wave) objemových vĺn v rôznych hĺbkach modrá farba oblasti väčších rýchlostí ako stredná hodnota (asi studený materiál litosférické dosky) červená farba oblasti menších rýchlostí ako stredná hodnota (asi teplý materiál plášťové plumy) Záver: litosférické dosky klesajú až k rozhraniu jadro-plášť konvekcia je celoplášťová

28 Model konvekcie v guľovej vrstve zohrievanej zospodu, vo vrstve je homogénna látka s viskozitou nezávislou od teploty. Modré útvary sú klesajúce chladné toky a červené stúpajúce teplejšie. Modré majú pretiahnutý úzky tvar podobá sa to na klesajúce litosféricke dosky.

29 Ukážka prerazenia rozhrania v 660 km hĺbke. Ukážka výpočtu plumov, ktoré stúpajú nahor a majú dvojitú hlavu, lebo cez 660 km diskontinuitu ťažšie prenikali a druhá hlava je na povrchu Zeme.

30

31

32 O čom budeme hovoriť 2. časť základné charakteristiky magnetického poľa Zeme (MPZ) časové zmeny MPZ, rýchle variácie v priebehu dňa, pomalé zmeny s periódami 100-ky rokov inverzie prepólovania (reversals) fyzikálne princípy generovania MPZ generačné mechanizmy, ω-efekt a α-efekt modely 3D samobudiaceho selfkonzistentného dynama

33 Historické míľniky v poznávaní magnetického poľa permanentný magnet, niektoré horniny majú vlastnosť magnetu, v ich okolí je pole, ktoré pôsobí silou na elektrický náboj, ktorý sa pohybuje na rozdiel od elektrického poľa, ktoré pôsobí aj na nepohybujúci sa náboj v 18. a začiatkom 19. stor. sa magnetické javy vôbec nespájali s elektrickými a chápali sa ako úplne osobitný jav v r H. CH. Oersted pozoroval pohyb magnetky v okolí vodiča, ktorým tiekol elektrický prúd a teda takýto usmernený pohyb nábojov pôsobil na magnetku podobne ako trvalý permanentný magnet toto bol historický zlom v názoroch na magnetické pole: ak elektrické pole súvisí s nábojmi, tak magnetické pole má zdroje a súvisí tiež s nábojmi, ktoré sa však pohybujú existencia magnetického poľa teda súvisí s elektrickými prúdmi v r M. Faraday zistil, že ak pohybuje vodičom (drôt) v magnetickom poli, tak sa v ňom voľné nosiče nábojov začnú pohybovať a vzniká teda elektrický prúd, ktorému odpovedá vlastné nové magnetické pole Tento experimentálny fakt dostal názov: Faradayov zákon elektromagnetickej indukcie

34 pohyb vodiča rýchlosťou v v magnetickom poli B 0 vytvára elektromotorickú silu v x B 0, ktorá generuje prúd I s hustotou j prúdu I odpovedá magnetické pole b a celkové pole bude B = B 0 + b súčasne magnetické pole pôsobí na vodič s prúdom I silou, ktorá sa volá Lorentzova sila a je rovná j x B a bráni pohybu v Ak existujú mechanizmy, ktoré pohybujú elektricky vodivé prostredie v magnetickom poli, indukujú sa elektrické prúdy, ktorým odpovedá indukované magnetické pole. Len treba prostredie pohybovať konvekcia, ktorá je tepelne alebo inak hnaná. Tak to funguje v jadre v Zemi, v Slnku, iných planétach, galaxiách.

35 Základné charakteristiky magnetického poľa Zeme 30µT (na rovníku) - 60µT (na póloch), v našich zemepisných šírkach približne 48 µt (asi tak silné ako pole malej magnetickej príchytky vo vzdialenosti 1 m, je teda slabé v porovnaní s technickými magnetickými poliami) veľkosť sa častejšie uvádza v nt, teda u nás je hodnota nt = 0,48 G prevláda dipólový charakter (90%) dipól je excentrický sklon osi dipólu vzhľadom na rotačnú os Zeme 11.5 z nedipólovej časti dominuje kvadrupólová časť Zdroje MPZ a zdroje jeho časových zmien hydromagnetické zdroje v kvapalnom jadre Zeme, teda vnútorné zdroje (99%) hlavné geomagnetické pole vonkajšie zdroje elektrické prúdy v ionosfére a magnetosfére vyvolané interakciou Slnko-Zem lokálne zdroje zvyškovej remanentnej magnetizácie v zemskej kôre lokálne anomálie

36 Matematický popis MPZ na povrchu Zeme (Gauss, 1832) D deklinácia, I inklinácia, H horizontálna indukcia, v jej smere sa naorientuje strelka v horizontálnom kompase, vidíme, že nesmeruje na geografický sever, problém pre moreplavcov v minulosti, deklinácia D sa mení Z vertikálna indukcia, F totálna indukcia (meria sa protónovým R V (r, ϕ, ϑ ) = R0 0 n =1 m = 0 r n magnetometrom) n +1 ( g nm cos mϕ + hnm sin mϕ ) Pnm (cos ϑ ), Na povrchu Zeme je MP tzv. potenciálové. Uvedený vzorec je pre pole vnútorného pôvodu. V je magnetický potenciál, koeficienty g, h sú Gaussove koeficienty, R0 je polomer Zeme, r,φ,θ sú súradnice bodu nad povrchom Zeme, ak r = R0,,tak sme na povrchu Zeme Meriame zložky X, Y, Z (trojosovými fluxgatami), potom sa vypočíta potenciál V a určia sa Gaussove koeficienty (treba merať na viacerých miestach Zeme na geomagn. observatóriach).

37 V celosvetovej sieti geomagnetických obs. je asi 200 trvalých staníc. Meria sa aj na lodiach, letecky a pomocou družíc. V Hurbanove je funkčné observatórium už vyše 100 rokov, je súčasťou medzinárodnej organizácie INTERMAGNET Hlavná budova GMO v Hurbanove Di-flux teodolit pre absolútne magn. merania Magnetometer pre meranie horiz. zl.

38 Z celosvetových meraní sa v medzinárodných centrách určuje na základe výpočtu Gaussových koeficientov tzv. medzinárodné referenčné magnetické pole (IGRF) s platnosťou na 5 rokov. Potom treba spracovať nové IGRF, lebo pole sa zmení. IGRF total field 1995 IGRF total field 2000

39 Časové variácie MPZ rýchle (periódy zlomky sekúnd, sekundy, 24 hodín, niekoľko dní, 1 rok, pravidelné a nepravidelné, magnetické búrky všetky tieto rýchle súvisia s procesmi v ionosfére a magnetosfére iniciované sú procesami na Slnku, najmä v jeho aktívnych obdobiach 11 ročného cyklu a nemajú žiaden vzťah k procesom v jadre Zeme najrýchlejšie zmeny sú tzv. mikropulzácie Pc1 (0.2 5 s) Pc2,3 (5 45 s) Pc4 (45 150s) Pc5 ( s) zmeny magnetického poľa sú v amplitúde nt, pulzácie sú pekné sinusové zmeny a poruchami v magnetosfére sa dostávajú pozdĺž magnetických indukčných čiar k meracím prístrojom, ich typ zavisí od zemepisnej šírky a sú diagnostickým prostriedkom magnetosféry z veľmi pravidelných zmien v geomagnetickom zázname je viditeľná denná variácia; spôsobená je jednak nepravidelným nahrievaním ionosféry na dennej a nočnej strane, ale hlavne slapovými účinkami Mesiaca a Slnka denná variácia nie je porucha magnetického poľa, ale jeho pravidelný chod

40 Mesiac pôsobí gravitačne rovnako ako moria a pevnú súš aj na ionosféru, ktorá obsahuje nabitá častice; pohyb elektricky vodivej látky v geomagnetickom poli na základe Faradayovho zákona indukuje vo výške asi 100 km (E vrstva ionosféry) prúdový systém, ktorému odpovedá nejaké magnetické pole, ktorého zmena má 24 h. periódu pri neporušenom dni hovoríme o Sq variácii (solar quiet), ak je porušený deň, tak denná variácia je Sd (solar disturbed) amplitúda je asi nt porušenosť denného záznamu sa vyhodnocuje a ohodnocuje pomocou tzv. K-indexov z nepravidelných zmien je najzaujímavejšia magnetická búrka vyvolaná je fluktuáciou v rýchlosti slnečného vetra družice (napr. GOES) kontinuálne merajú stav slnečného vetra a veľmi dôležité je to najmä v slnečnom maxime; veľmi silné búrky boli v r na jeseň (po maxime), keď na Slnku vznikali obrovské a možno najsilnejšie erupcie v histórii, odkedy sa kontinuálne Slnko a jeho slnečný vietor pozoruje

41 29.október Priebeh totálnej zložky geomagnetického poľa s magnetickou búrkou. Najlepšie sa magnetická búrka sleduje na horizontálnej zložke, keď sa po náraze anomálneho slnečného vetra magnetosféra zmrští a temer súčasne sa na všetkých miestach Zeme pole zosilní (ssc). Potom horizontálna zložka klesá (môže to trvať aj 10 ky hodín a nasleduje fáza návratu (aj niekoľko dní). Za všetko môže prstencový prúd

42 Ring current prstencový prúd prstencový prúd neustále tečie nad rovníkom vo vzdialenosti asi 3.5 R 0 drift protónov je na západ a elektrónov na východ pri anomálii v slnečnom vetre sa porušia všetky rovnováhy v magnetosfére a prstencový prúd sa zosilní a svojím magnetickým poľom zníži horizontálnu zložku geomagnetického poľa generovaného v jadre silné magnetické búrky ohrozujú elektrifikačnú sieť, satelity, geostacionárne družice,...

43

44 , NASA Dynamics Explorer 1. Kompletný aurorálny ovál pri severnom póle Zeme Modrá aurora v atmosfére Jupitera (Hubble Space Telescope, ) okolo sev. magn. pólu Jupitera. Vedĺa aurorálny ovál na... Pozorované boli aj na Uráne a Neptúne: záver všetky tieto planéty majú magnetosféru a nejakú atmosféru, podobne aj mnohé ich mesiace

45 Zmeny magnetického poľa dlhoperiodické sekulárne variácie (pravidelné) Dlhodobé zmeny geomagnetického poľa ( 10ky rokov). Určujú sa ako zmena priemernej ročnej hodnoty geomagnetického elementu na danom mieste. Oscilácia magnetického momentu okolo nenulovej hodnoty s periódou 7.8 x 10 3 rokov (základná perióda) súvisí s dominantnou dipólovou časťou poľa Pokles g 10 za posledných 200 rokov (dipólové pole klesá) Nárast g 20 za posledných 200 rokov (kvadrupólové pole rastie Západný geomagnetický drift nedipólovej časti poľa (rýchlosť 0.18 /rok) M 4π = R ( g ) ( g ) ( h ) µ /2 Z Gaussových koeficientov g, h pre n=1 vieme vypočítať magnetický moment, jeho hodnota je 8x10 22 Am 2. Mení sa okolo nenulovej hodnoty s periódou 7.8 x 10 3 rokov.

46 Inverzie: Nepravidelné zmeny polarity geomagnetického poľa. priemerná doba trvania jednej polarity: rokov proces prepólovania trvá rokov posledná inverzia bola pred rokmi

47 Geodynamo

48 Generačné mechanizmy Mechanizmus generácie magnetického poľa možno reprezentovať uzavretým cyklom generácie dvoch základných typov polí jedného z druhého B B P T poloidálne (meridionálne) pole toroidálne (azimutálne) pole V jadre Zeme pracuje αω- dynamo

49

50 Magnetohydrodynamické rovnice Indukčná rovnica: B 2 = ( v B) + η B t Navier-Stokesova rovnica (Boussinesqova aproximácia): v 1 1 ρg + ( ) + 2 = p + ( ) + + t ρ µρ ρ 2 v v Ω v B B ν v Rovnica vedenia tepla: Stavová rovnica: T + 2 ' ( v ) T = κ T + ε t [ 1 ( T T )] ρ = ρ α 0 0 v = 0 B = 0

51 Hnacie mechanizmy pre konvekciu v jadre motor dynama tepelne hnaná konvekcia asi 20% výkonu dynama kompozične hnaná asi 80% výkonu dynama -kvapalné jadro je zložené z taveniny, v ktorej je ťažká zložka a asi 5-10% ľahkej zložky (Si, S, O,...) -zliatina tuhne ta povrchu pevného jadra, pričom tuhne len ťažká frakcia a ľahká je vyplavovaná vztlakovou silou -proces solidifikácie prebieha v dentritickej zóne na vnútornom jadierku (mushy layer) Typy dynám: kinematické rýchlostné pole v uzavretej nádobe je dané a počíta sa, či navrhnutá konvekcia je schopná udržovať magnetické pole tak, aby neklesalo, ak čas t ide do nekonečna (rieši sa iba indukčná rovnica) samobudiace dynamo nepotrebuje nejaké vonkajšie magnetické pole, ale je schopné neustále udržovať svoje vlastné pole regeneráciou mnohé modely dynám boli formulované tak, že autor stanovil určité podmienky (napr. nejakú symetriu) alebo predpísal určité vlastnosti selfkonzistentné samobudiace dynamo autor nepredpíše nič a dynamo pracuje s takými stavmi, ktoré si samo vyrobilo

52 Model selfkonzistentného dynama, ktoré má veľmi podobné vlastnosti ako sme schopní definovať (sekulárne variácie, časový vývoj poľa, inverzie) bol navrhnutý v r P.H. Robertsom a G. Glatzmaierom v tejto miestnosti v r Gary o tomto dyname prednášal sférická vrstva zospodu zohrievané, neskôr bola zakomponované aj kompozičné hnanie jadierko je elektricky vodivé a môže ločkať v jadre ako chce dynamo sa prepólovalo, teda prebehla inverzia študovali a študujú sa podmienky, riadiace mechanizmy pre kontrolu inverzií (zdá sa, že vnútorné jadierko so svojím poľom reguluje inverzie a taktiež distribúcia tepelného toku do plášťa je veľmi dôležitá pre reálny chod inverzií jadierko predbiehalo plášť v rotácii

53

54

55 Ďakujem za pozornosť