Uma simulação de resolução sem precedentes explica como a Terra poderia possuir um dínamo de geração de campo magnético antes do início do núcleo interno do planeta.
Y. Lin/Sustech
O dínamo da Terra poderia gerar um campo magnético, mesmo quando o núcleo do planeta period totalmente líquido.
Y. Lin/Sustech
O dínamo da Terra poderia gerar um campo magnético, mesmo quando o núcleo do planeta period totalmente líquido.
Cerca de 4,5 bilhões de anos atrás, um planeta do tamanho de Marte bateu na Terra. O Affect Reform Earth, criou a lua e transformou os dois corpos em bolas giratórias de rocha derretida. Um bilhão de anos depois, a Terra e sua lua ganharam uma crosta sólida e um campo magnético. Embora o campo magnético da lua fracasse há muito tempo, a Terra mantém sua força unique. As amplas razões para essa longevidade foram reconhecidas décadas atrás. No entanto, um modelo detalhado do passado, presente e futuro do dínamo permanece ilusório porque a agitação do núcleo líquido do planeta que impulsiona o dínamo é tão turbulento. Agora, Yufeng Lin, da Universidade de Ciência e Tecnologia do Sul, na China e seus colaboradores, usaram 2500 anos de CPU de tempo para simular o dínamo da Terra antes que o núcleo interno do planeta comece a solidificar 1 a 1,5 bilhão de anos atrás (1). As configurações de campo magnético que emergiram das simulações são consistentes com as deduzidas das rochas antigas, resolvendo o mistério de como a Terra Jovem sustentou um dínamo.
Para possuir um dínamo, um planeta deve ter um núcleo líquido eletricamente condutor e uma maneira de agitá -lo. No caso da Terra, a agitação é alimentada pela energia térmica do núcleo e pela deterioração de elementos radioativos no núcleo. A própria agitação pode vir de duas fontes de convecção. No fundo do manto ao redor do líquido, núcleo externo, o magma fica esgotado de oxigênio, silício e outros elementos leves. O magma se destaca do manto e afunda no núcleo externo. Acima do núcleo interno, uma mistura continuamente cristalizando de ferro e níquel expulsa elementos mais claros, que flutuam para cima pelo núcleo externo.
Os geofísicos quantificam até que ponto um dínamo persiste ou desaparece através do valor do número magnético de Reynolds (RM), definido como a proporção das correntes elétricas do tempo que levam para se dissipar até o tempo que o núcleo líquido leva para round. Se a RM exceder 40, um dínamo é sustentável. A RM da Terra é considerada cerca de 1000, conforme esperado para um dínamo de longa duração. Outro parâmetro -chave é o número Ekman (EK), a proporção da força viscosa para a força Coriolis. Ek é considerado cerca de 10–15 para o núcleo líquido da Terra. O valor extremamente baixo reflete a baixa viscosidade do steel fundido, o que torna o fluido altamente turbulento e, portanto, tributário para modelar.
As medições de rochas antigas e modelos da história térmica da Terra indicam que o planeta tinha um dínamo bem antes do núcleo interno começar a solidificar. As simulações do dínamo, no entanto, normalmente assumem um núcleo interno sólido, em parte porque é uma fonte de agitação convectiva. Com o objetivo de recriar o dínamo de Younger Earth, Lin e seus colaboradores modelaram o núcleo como um líquido contido em uma esfera rotativa, uma escolha que implicava resolver algumas singularidades matemáticas (derivados que de outra forma divergiriam em zero raio). A agitação necessária em seu modelo se originou de um gradiente de temperatura imposto através do limite da esfera – manto. Eles usaram as equações de Navier-Stokes e Maxwell para descrever a magneto-hidrodinâmica do sistema.
O dínamo simulado rapidamente se estabeleceu e se estabeleceu em estado estável com um RM de 500. Lin e seus colaboradores executaram simulações em três valores diferentes de Ek: 10–610–7e 10–8o último é o menor EK que qualquer simulação já alcançou. Embora 10–8 é 7 ordens de magnitude maior que o valor verdadeiro, os pesquisadores descobriram que a energia magnética, a energia cinética, a RM e outras quantidades do dínamo haviam perdido a dependência do EK. A descoberta é um alívio para os modeladores, pois sugere que o poder de computação precioso não precisa ser gasto com a viscosidade extremamente baixa do núcleo de fluido.
Lin e seus colaboradores usaram seu modelo para gerar mapas do campo magnético da Terra na superfície do planeta. As variações do campo simulado em intensidade e morfologia se assemelhavam àquelas inferidas a partir de medições de rochas do pré -cambriano – a period mais antiga da vida da Terra. Surpreendentemente, os mapas simulados também se assemelhavam aos gerados pelo Chaos-7, um modelo de campo geomagnético do atual campo magnético da Terra que incorpora medições espaciais e terrestres.
A semelhança entre o passado modelado e o presente medido implica que o núcleo interno não é necessário para sustentar o dínamo da Terra? Não necessariamente, diz Lin. É forte a evidência de que a flutuabilidade que surge da solidificação do núcleo interno ajuda a impulsionar o campo magnético atual. Mas a adição de um núcleo interno transforma o vaso que contém o steel fundido de uma esfera em uma concha. “O que mostramos é que a geometria provavelmente não é (tão importante como se pensou anteriormente, desde que haja fontes de energia suficientes para impulsionar a convecção no núcleo da Terra”, diz ele.
“Sinto que este é um artigo extremamente importante em duas frentes”, diz o geofísico da Universidade de Harvard, Jeremy Bloxham. Ele ressalta que o trabalho fornece evidências numéricas para fazer backup da visão, derivada de dados paleomagnéticos, que o campo magnético da Terra period bastante semelhante ao campo de hoje muito antes do surgimento do núcleo interno. “Além disso, os numéricos – atendendo ao regime assintótico de pequena viscosidade – é um grande passo à frente”, diz ele.
Experimentos com ondas turbulentas mostram que a energia se espalha de pequenas a grandes escalas, produzindo um regime de estado estacionário que pode ser descrito usando termodinâmica clássica. Leia mais »
