Группа геофизиков из Японского агентства науки и технологий по изучению морских недр провела расчеты, которые показали возрастание магнитного поля Земли во время ледникового периода. По словам ученых, это связано с тем, что увеличение полярных шапок ускоряет вращение планеты. Подробности со ссылкой на статью в журнале Physical Review Letters приводит издание Американского физического общества Physics.
Исследователи провели численное моделирование работы геодинамо: то есть рассчитали движение Земли в целом, рассмотрев ее при этом не как однородный шар, а как сложный набор вложенных друг в друга слоев, часть из которых еще и имеет магнитные свойства. Несмотря на множество упрощений, такая модель не позволяла получить аналитическое решение и потому ученые использовали пошаговые вычисления, которые пришлось проводить на суперкомпьютере на протяжении двух месяцев. В это время геофизики сначала наблюдали за стабильным вращением виртуальной планеты, а потом добавили в модель вариацию скорости вращения.
Авторы модели обнаружили, что следом за изменением скорости вращения меняется и магнитное поле планеты, причем амплитуда колебаний магнитной индукции на четверть больше амплитуды колебаний угловой скорости. Если скорость возрастает на два процента, то магнитная индукция увеличивается на (0,02*1,25) 2,5 процента. Этот эффект ранее предполагался некоторыми теоретиками, однако показать его на модели долгое время не удавалось.
В обзоре Physics подчеркивается, что многие другие исследователи обращают внимание на ряд потенциально слабых мест в новой работе. Во-первых, Земля в модели ученых ускоряла свое вращение на два процента, что намного больше реального эффекта ледниковых периодов. Реальный, а не внесенный в модель, эффект ускорения вращения проявляется в сокращении суток всего на одну секунду (1/86400 суток вместо 1/50). Во-вторых, в уравнениях, описывающих движение жидкого ядра планеты (внешнего жидкого слоя) фигурировал заведомо нереалистичный коэффициент вязкости: это делается для облегчения расчетов многими группами геофизиков, но корректность подобных упрощений каждый раз вызывает вопросы.
Увеличение скорости вращения Земли во время ледникового периода было предсказано ранее другими исследователями и сам по себе этот эффект хорошо описывается в рамках общего курса физики: перераспределение массы вращающегося тела с экватора к полюсам приводит к уменьшению момента инерции, а закон сохранения момента импульса заставляет увеличить скорость вращения для того, что бы суммарный момент импульса (момент инерции, умноженный на угловую скорость) остался неизменным.
Угловая скорость вращения планеты в целом не равна скорости вращения каждого ее слоя. Недавнее моделирование поведения ядра Земли показало, что внутреннее и внешнее ядро могут двигаться относительно поверхности в разных направлениях. Этот эффект, как подчеркивали авторы модели, хорошо согласовался с противоречивыми данными: по результатам анализа сейсмических волн ядро вращалось медленнее поверхности, а анализ изменений магнитного поля говорил об обратном.