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地核快速變化:來自衛星的磁場與重力觀點

2012/10/22 | | 標籤:

在一個從大西洋一直延伸到印度洋的範圍內,地球磁場每一年度到幾十年的變化,與該區域內的重力變化有密切關係。從這可以得出一個結論:外地核過程反映在重力資料中。此結果由一個德、法地球物理學小組發表在最新一期的《PNAS》上。

地球磁場的主磁場是由外地核(outer core,外核)內的液態鐵流動所產生。地球磁場保護我們不受宇宙輻射粒子的影響。因此,理解外地核之中的過程對於了解這個地面上的防護罩來說很重要。於此,關鍵在地磁磁場本身的測量。可由每分鐘重力變化的測量結果表示,基於一個事實-液態地核內的流動與質量位移(mass displacements)相關。在地球重力場與磁場的變動關聯上,該小組現在成功拿出第一個證據。

他們使用 GFZ 衛星 CHAMP 的磁場測量結果以及來自 GRACE 任務的超精確地球重力場測量,那亦由 GFZ 贊助。「主要問題在於,自總訊號中分離出重力資料的個別組成,」來自 GFZ 德國地球科學研究中心的 Vincent Lesur 解釋,他參與該研究。一顆衛星僅能測得總重力,那由地球本體、在地表上與空氣中的水與冰的大量分量(fractions)所構成。為測定外地核中的流動所造成的大規模重分配(mass redistribution),所獲得的共有總重力需要被過濾。「同樣地,為了要捕捉外地核內的微小變化,磁性地殼的部份以及電離層與磁層的部份也需要從衛星所測得的總磁場訊號濾除,」Vincent Lesur 解釋。GFZ 衛星任務 CHAMP 與 GRACE 所記錄的資料首度使這件事能夠辦到。

在研究期間,該團隊聚焦在大西洋與印度洋之間的一個區域,因為經過測定,此處的對流最高。極迅速的變化(所謂的磁猝動 (magnetic jerks))曾在 2007 年於地球表面上被觀測到。這是外地核上層內的液體流動突然發生改變的跡象,且對於理解地球核心當中的磁流體力學(magneto-hydrodynamics)來說很重要。利用衛星資料,首度能獲得來自地球核心之重力資料的明確訊號。

這導致現有概念模型的推論。例如,直到目前為止我們都假設,地核中,熔融鐵的密度差異並沒有大到足以在地球重力場中產生可測得的訊號。在外地核上部新測得的大量流動,理解地球核心之流體力學的新途徑。

資料來源:Rapid changes in the Earth’s core: The magnetic field and gravity from a satellite perspective. Phys.org [October 22, 2012]

轉載自 only perception


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