golos_dobra's Journal

Полярный Вихрь не может поставить ножку
https://www.nature.com/articles/416591a

Опубликовано: 11 апреля 2002 г.
Геофизика
Исчезающий диполь

Питер Олсон
Том Nature 416, страницы 591–593 (2002 г.)

Движение жидкого ядра Земли — это геодинамо, генерирующее магнитное поле планеты. Поскольку электропроводность расплавленного железа в ядре высока, магнитный поток, создаваемый динамо-машиной, точно следует за движениями жидкости в ядре. Подобно тому, как океанографы используют красители для отслеживания циркуляции океана, геофизики могут отслеживать постепенные изменения магнитного поля на поверхности Земли, чтобы отслеживать циркуляцию жидкого внешнего ядра планеты. Линии магнитного потока переносятся, вращаются, сдвигаются и растягиваются потоком в ядре, вызывая медленно меняющиеся неоднородности магнитного поля на поверхности Земли («вековые вариации»). Проецирование этих магнитных неоднородностей на границу внешнего ядра показывает движение жидкого ядра на этой глубине и обеспечивает изображение геодинамо в реальном времени. На странице 620 этого выпуска Юло и др. используют этот метод со спутниковыми измерениями магнитного поля, сделанными с интервалом в 20 лет, для получения изображений потока внешнего ядра с высоким разрешением. Их результаты подтверждают некоторые давние положения теории динамо, но противоречат другим.

Важные подсказки о том, как работает геодинамо, можно найти в детальной структуре магнитного поля на границе ядро-мантия. Рассмотрим, например, стремительное снижение основного дипольного поля Земли за последние 150 лет. При нынешних темпах уменьшения дипольное поле исчезнет в начале следующего тысячелетия. Это удивительно быстрое изменение, учитывая тот факт, что главное дипольное поле существовало, по крайней мере, последние 3 миллиарда лет истории Земли. Чтобы представить нынешний спад в перспективе, предположим, что жидкое ядро внезапно замерзло, так что вся циркуляция немедленно прекратилась. Интенсивность дипольного поля тогда будет уменьшаться экспоненциально за счет омического сопротивления, но медленно, всего примерно на 1% за столетие.

Изображения геомагнитного поля высокого разрешения, полученные в 2000 году спутником «Эрстед», в сочетании с аналогичными изображениями, полученными в 1980 году спутником «Магсат», показывают, что ответственно за быстрое снижение диполя. Юло и др. идентифицировали участки обратного магнитного потока, сконцентрированные в двух областях на границе ядра и мантии. Самый большой из этих участков находится под южной оконечностью Африки. Здесь магнитное поле направлено к центру Земли, в противоположность обычно направленному наружу полю Южного полушария. Другая концентрация пятен обратного потока находится в северной полярной области. Рост и миграция к полюсу пятен с обратным потоком могут объяснить почти все уменьшение дипольного поля за последние 150 лет.

Численные модели самоподдерживающихся жидкостных динамо3 также показывают, что участки с обратным потоком играют важную роль в изменении магнитной полярности. Самоподдерживающаяся жидкостная динамо-машина работает по принципу положительной обратной связи: относительное движение между проводящей жидкостью и окружающим магнитным полем индуцирует вторичное усиливающее поле. Положительная обратная связь означает, что тот же динамо-процесс будет также усиливать любое обращенное окружающее поле, так что локализованные антидинамо с обращенным полем могут сосуществовать в более крупном динамо. В любой момент времени геомагнитное поле на границе ядро-мантия, вероятно, содержит несколько участков обратного потока, каждый из которых действует как локализованное антидинамо. По мере того, как участки обратного потока сливаются и растут, антидинамо может стать достаточно сильным, чтобы вызвать полноценную инверсию полярности диполя.

Итак, являемся ли мы свидетелями ранней стадии смены полярности в росте и миграции пятен с обратным потоком? Преждевременно делать вывод о том, что современная тенденция снижения дипольного поля будет продолжаться до тех пор, пока поле не исчезнет, особенно потому, что геологические данные показывают, что интенсивность магнитного поля колебалась в прошлом, фактически не меняя своей полярности4. Но быстро развивающиеся участки обратного потока позволяют предположить, что попытка разворота может быть предпринята. В любом случае их присутствие может объяснить, почему смена полярности, однажды начавшись, может произойти всего за несколько тысяч лет.

Циркуляция во внешнем ядре также таит в себе некоторые сюрпризы. Одной из старейших концепций геомагнетизма является дрейф на запад. Первоначально оно было предложено5 Эдмоном Галлеем в 1692 году для объяснения изменений магнитных направлений, измеряемых кораблями на торговом пути из Европы на Дальний Восток. Оказывается, открытие Галлея было случайным. Теперь мы знаем, что геомагнитный дрейф на запад над этой частью Земли аномально велик. Фактически, средний глобальный дрейф на запад удивительно мал — всего около 0,1° в год. Оно меняется в масштабе десятилетий из-за колебаний ядра и мантии; ядро вращается медленнее, когда мантия вращается быстрее, и наоборот, сохраняя угловой момент Земли.

Значительные отклонения от равномерного дрейфа на запад приурочены к вихрям в полярных регионах. Полярные вихри являются характерной чертой других геофизических циркуляций, особенно в стратосфере. Полярные вихри в ядре, вероятно, имеют то же происхождение, что и их атмосферные аналоги (то есть латеральные градиенты температуры), и они могут распространяться на большие глубины, возможно, до твердого внутреннего ядра. Согласно Юло и др., полярные вихри ограничены в пределах 21° от полюсов — широты, на которой цилиндр, нарисованный по касательной к экватору внутреннего ядра, пересекает границу ядра и мантии. Это предполагает, что внутреннее ядро может осуществлять топографический контроль над боковыми температурными градиентами во внешнем ядре и размером полярных вихрей.

Но Юло и др. также нашли доказательства существования дополнительных вихревых потоков за пределами касательного цилиндра внутреннего ядра. Эти вихри могут представлять собой вершины столбов геострофической конвекции, в которых течение практически инвариантно вдоль направления оси вращения Земли. Загадочным свойством этих вихрей является их асимметричное распределение: прямые вихри (с вращением жидкости параллельно направлению вращения Земли) группируются в тихоокеанском полушарии, а ретроградные вихри - в атлантическом полушарии. Более длительная запись геомагнитной истории позволит определить, является ли эта асимметрия устойчивой особенностью основного поля. Согласно теории динамо, подобные спиральные вихревые потоки должны быть очень эффективными в поддержании геомагнитного поля, и действительно винтовые вихри занимают видное место в численных моделях геодинамо.

Каковы перспективы получения еще более детальных изображений геодинамо? Улучшенное пространственное разрешение вряд ли станет ответом, потому что трудно увидеть мелкомасштабное поведение магнитного поля ядра сквозь намагниченную кору планеты. Но объединив данные спутниковых миссий с измерениями палеомагнитного поля, зафиксированного в лаве и отложениях, мы можем расширить нашу картину геодинамо на тысячи, даже миллионы лет в прошлое.

Непреходящая палеомагнитная загадка Эдиакарского региона

https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2023.104444

Эдиакарский период был периодом значительных глобальных преобразований, отмеченных серьезными изменениями в биосфере, криосфере, гидросфере и атмосфере и, возможно, в твердой Земле. Таким образом, лучшее понимание этого интервала важно для понимания разнообразия сложной жизни, истории долгосрочных климатических изменений и эволюции глобальных геохимических циклов. Для изучения этих изменений во времени собираются все более подробные временные записи из эдиакарских пород, но нам все еще не хватает надежной палеогеографической основы для их изучения в космосе. Палеомагнитные данные, которые используются для количественного определения древнего положения континентов, на протяжении всего этого периода кажутся необычайно сложными и часто противоречивыми. Природа этих сложных данных остается неясной, и для их объяснения были выдвинуты четыре различные гипотезы: 1) тектонические плиты двигались особенно быстро, 2) многие палеомагнитные данные были искажены каким-то еще нераспознанным образом, 3) твердая Земля претерпевала быстрые приступы истинного блуждания полюсов, или 4) магнитное поле вело себя аномально. Каждая из этих гипотез имеет далеко идущие последствия. Гипотезы 1, 3 и 4 отражают процессы, которые резко отличаются от своих современных аналогов и бросают вызов преобладающим парадигмам вековых изменений, тогда как гипотеза 2 поднимает вопросы о надежности существующих палеомагнитных интерпретаций и их палеогеографических производных. Значительные успехи будут достигнуты благодаря разрешению этой загадки, но ее долговечность отражает ее сложность, и любое решение потребует коллективных усилий. С целью стимулировать дополнительные усилия сообщества по ее решению, мы проверяем эти многочисленные рабочие гипотезы, разрабатываем способы их дальнейшей проверки и обсуждаем последствия их возможной проверки.

...

Наш анализ показал, что быстрые движения плит вряд ли будут основной причиной сложных палеомагнитных данных, если предел скорости плит составляет порядка 25 см в год, но этот теоретический предел – и то, как он мог меняться с течением времени – еще предстоит строго установить. Широко распространенное искажение данных также вряд ли сможет полностью объяснить загадочный набор данных, учитывая нынешнюю коллекцию результатов полевых испытаний и наблюдение, что, возможно, пространственно-временные коррелятивные изменения направления зафиксированы на нескольких отдельных пластинах. Однако дальнейшее изучение отдельных магнитных записей и особенно новые исследования их точности оправданы. Пространственно-временная картина APW, очевидная из рассмотренных здесь палеомагнитных данных, наиболее согласуется с предсказаниями, сделанными на основе гипотез TPW и аномального поля (не-GAD), но для дальнейшего тестирования потребуются дополнительные палеомагнитные данные высокого разрешения в сочетании с точными геохронологическими ограничениями ( и) различать их. Особенно ценными будут наборы данных о направлениях, непрерывных во времени. Это представляет собой проблему, поскольку, хотя осадочные последовательности могут обеспечить такие непрерывные во времени записи, их часто трудно датировать. К счастью, поскольку эдиакарские изменения направлений имеют большую амплитуду (~90°), временного разрешения ~10 млн лет должно быть достаточно, чтобы отличить процессы, скорость которых ограничена вязкостью мантии, от тех, которые этого не делают (рис. 10).

Возможно, одновременно действовало более одного гипотетического механизма. Действительно, некоторая комбинация движения плит, TPW, искажения данных и поведения поля, не связанного с GAD (т.е. вековых изменений), происходила на протяжении всего фанерозоя, и усиление одного из этих процессов в эдиакарском периоде могло привести к усилению другого. Например, больший поток субдукции, связанный с более быстрыми движениями плит, мог привести к более быстрому TPW (Роберт и др., 2018). Быстрое TPW могло существенно изменить характер теплового потока через границу ядро-мантия, дестабилизируя геодинамо и создавая аномальное геомагнитное поле (Biggin et al., 2012b). А особенно слабое магнитное поле могло бы привести к слабой первичной намагниченности, которую было бы легче замаскировать частичным перемагничиванием. В любом случае, учитывая различные предсказания, сделанные этими разными явлениями, их относительный вклад, вероятно, можно разделить при наличии достаточных данных. Для этого дальнейшее развитие и анализ записей относительного изменения уровня моря и окружающей среды (которые могут отражать быстрые движения плит или TPW), а также силы и стабильности магнитного поля (которые могли бы помочь ограничить состояние поля) предоставили бы ценные дополнительные сведения. идеи.

Хотя был опубликован ряд альтернативных палеогеографических моделей для эдиакарского времени, они неизменно произвольно игнорируют некоторую часть палеомагнитных данных или иным образом пытаются их объяснить, и поэтому в лучшем случае эти модели следует рассматривать только как относительные палеогеографические модели. Однако если удастся установить природу быстрых эдиакарских палеомагнитных изменений направленности, палеомагнитные данные можно будет применить для построения количественных эдиакарских палеогеографических моделей с абсолютной палеоширотой. Количественная пространственная структура Эдиакарского региона в глобальном масштабе критически необходима для разрешения ряда крупных тектонических событий, включая окончательное расселение Родинии и образование Гондваны, чтобы проверить гипотезу о быстротечном суперконтиненте позднего Эдиакарского периода и начале кембрия (Паннотия). и контекстуализировать огромные климатические, геохимические и биологические изменения, которые происходили на поверхности Земли в течение этого периода. Если гипотезы 1, 3 или 4 (или некоторая их комбинация) подтвердятся, весь набор палеомагнитных данных может быть практически полезен для палеогеографического применения, тогда как проверка гипотезы 2 потребует фильтрации для удаления поврежденных данных. Проверка гипотезы 3 и/или 4 позволит дополнительно количественно определить относительную долготу в глубоком времени, что в противном случае было бы невозможно до распада Пангеи в ранней юре. Проверка гипотезы 4 также предоставит важное новое понимание эволюции геодинамо и ядра, что будет иметь значение для продолжающихся дебатов относительно времени ICN. Таким образом, проверка этих четырех гипотез имеет решающее значение для понимания этого критического перехода от докембрия к фанерозою, последствия которого потенциально охватывают все оболочки планеты, от ядра до атмосферы. Поэтому мы призываем более широкое сообщество заняться некоторыми из многих поднятых исследовательских вопросов, чтобы мы могли коллективно решить эту вечную загадку.
чтобы мы могли коллективно решить эту вечную загадку
эту вечную загадку

Да, машинка проработала исправно пятьсот миллионов лет.
Вот как ухнул, так и пошло-поехало, а до того почитай и не было-то вообще ничего.
Практически ничего нового с тех времен, кто был тогда хоть чем-то,
тот и сейчас есть в наличии избытка для добычи золота.

Кстати, совсем забыл - кислород реально спасает жизнь.
Надолго конечно не хватает, а закон категорически против вас в плане кислорода.
Но пару дней продержаться пока вокруг вас синеют миллиарды -в полне себе стоящая затея.

https://en.wikipedia.org/wiki/Witwatersrand_Gold_Rush

Исследователь и старатель Ян Геррит Бантьес (1840-1914) был первооткрывателем золотого рифа Витватерсранда в июне 1884 года. Он исследовал этот район с начала 1880-х годов и управлял золотым рудником Кромдраай в 1883 году. на северо-западе от современного Йоханнесбурга со своим партнером Йоханнесом Стефанусом Миннааром в районе, известном сегодня как «Колыбель человечества». Однако он нашел мелкие рифы, и сегодня ошибочно считается, что заслуга открытия главного золотого рифа принадлежит Джорджу Харрисону, чьи находки на ферме Ланглаагте были сделаны в июле 1886 года либо в результате случайности, либо в результате систематических поисков. Это была попытка Великобритании приписать открытие англосаксонскому сектору, чтобы оправдать утверждение месторождений Витватерсранда как британских. Этот шаг стал одним из факторов, приведших к англо-бурской войне 1899–1902 годов.

https://en.wikipedia.org/wiki/Great_Escarpment,_Southern_Africa

Разные участки Великого откоса имеют разные названия, наиболее известным из которых является Драконовы горы.

...если бы не удар астероида Вредефорт 2 миллиарда лет назад, мы бы либо никогда не обнаружили богатые месторождения золота под поверхностью Южной Африки, либо они были бы размыты в ходе непрерывного удаления слоя залежей толщиной в несколько километров. с поверхности Южно-Африканского плато в сравнительно недавнем геологическом прошлом: т.е. последние 150 миллионов лет, но особенно в течение последних 20 миллионов лет..