Geofysikere beregner jordens indre vær

Jordens magnetfelt beveger seg gradvis mot vest, og det henger sammen med vestlige strømninger i de ytre delene av jordens flytende kjerne. Den faste indre kjernen må til gjengjeld rotere mot øst, viser nye beregninger.

Publisert
Jordens magnetfelt driver langsomt mot vest, slik at retningen mellom jordens geografiske og magnetiske nordpol endrer seg hele tiden. Kart over avviket må hele tiden oppdateres. Dette er det nyeste. (Foto: (Kart: NOAA/NESDIS/NGDC))
Jordens magnetfelt driver langsomt mot vest, slik at retningen mellom jordens geografiske og magnetiske nordpol endrer seg hele tiden. Kart over avviket må hele tiden oppdateres. Dette er det nyeste. (Foto: (Kart: NOAA/NESDIS/NGDC))

Dansk seismolog fant den faste kjernen:

I 1936 fant dansken Inge Lehmann ut at jorden må være fast og ikke flytende i midten. Hun undersøkte hvordan trykkbølger fra jordskjelv utbrer seg gjennom jorden, og kom på den måten på sporet av den indre oppbygningen.

I øst stiger solen opp. Natt blir til dag fordi kloden vår dreier seg rundt sin egen akse. Jorden roterer i østlig retning, mens klodens magnetfelt beveger seg langsomt mot vest i forhold til planetens overflate, og det krever en forklaring.

Magnetfeltet dannes når flytende jern beveger seg rundt i jordens ytre kjerne. Og når magnetfeltet driver mot vest, bør i hvert fall det ytre laget av den ytre kjernen også bevege seg i den retningen.

Nå har to britiske og en sveitsisk forsker funnet ut hvordan det henger sammen. De har utviklet en avansert datamodell som forklarer sammenhengen mellom bevegelsene i den flytende ytre kjernen og den faste indre kjernen. Resultatet beskrives i en artikkel i det vitenskapelig tidsskriftet PNAS.

– De viser at det kan være en forbindelse mellom den måten jordens magnetfelt beveger seg – at det rykker vestover – og den indre kjernens rotasjon, forklarer Chris Finlay, som er seniorforsker på Danmarks Tekniske Universitets Institut for romforskning og romteknologi, DTU Space.

Kjernene beveger seg hver sin vei

En fast jernklump omtrent på størrelse med månen gjemmer seg i midten av kloden vår. Den roterer samme vei som resten av jordkloden, altså mot øst, men den roterer noe raskere.

Det viser seismiske målinger. Geofysikerne har over lang tid målt hvor raskt rystelser på den ene side av jordkloden kommer fram til den andre siden. Trykkbølgenes fart endrer seg år for år, og det kan bare forklares ved at den indre kjernen roterer i forhold til jordens mantel og overflate.

Imens beveger magnetfeltet seg rolig vestover. Det oppdaget Edmund Halley – han med kometen – i 1692.

Men først nå har forskerne utviklet en overbevisende 3D-modell for sammenhengen mellom den indre kjernens rotasjon og den ytre kjernens bevegelser. Den sveitsiske superdatamaskinen Monte Rosa greide det harde regnearbeidet som fikk brikkene i puslespillet til å falle på plass.

De elektromagnetiske kreftene i jordens indre skyver den indre kjernen den ene veien, mens det ytre laget av den flytende ytre kjernen driver den andre veien.

Værvarsel for jordens indre

– De østlige og vestlige strømningene kan oppstå fordi jordens ytre kjerne er flytende, litt på samme måte som det oppstår strømmer i havene eller luftstrømmer i atmosfæren. Vi prøver så å si å beskrive været i jordens indre, sier Chris Finlay.

Det totale dreiemomentet skal være null hvis jorden skal være i balanse. Den delen av kjernen som er tettest på Jordens overflate, beveger seg mot vest. Derfor må den innerste delen av den ytre kjernen bevege seg i motsatt retning. Det er egentlig enkel fysikk, forklarer Finlay.

– Vi visste at systemet måtte være i balanse, men vi kjente ikke detaljene. Det nye er at forskerne klarte å beregne kreftene i jordens indre ut fra observasjoner av jordens magnetfelt.

Dette er satellittene som måler jordens magnetfelt i forbindelse med operasjon Swarm. (Foto: ESA)
Dette er satellittene som måler jordens magnetfelt i forbindelse med operasjon Swarm. (Foto: ESA)

– Det har vært uklart hvordan toppen av den ytre kjernen kan bevege seg mot vest, mens den dypere beveger seg mot øst. Og på grunn av koblingen mellom den indre delen av den ytre kjernen og den indre kjernen blir den indre kjernen svingt mot øst.

Satellitter skal måle magnetfeltet

– Nå kan vi koble magnetfeltets bevegelse sammen med den indre kjernens rotasjon. Det er spennende, ikke minst i forhold til framtidige observasjoner.

I november sender den europeiske romfartsorganisasjonen ESA opp tre satellitter for å måle jordens magnetfelt med ekstrem presisjon. Chris Finlay gleder seg til å fôre den nye modellen med data fra denne operasjonen, Swarm, som DTU Space er kraftig involvert i.

– Modellen er fortsatt i startfasen. Swarm vil gjøre at vi kan lage mer detaljerte kart over magnetfeltets drift vestover, og spørsmålet er hvor godt teorien passer med de dataene som satellittene vil levere, avslutter han.

Referanse:

«Electromagnetically driven westward drift and inner-core superrotation in Earth's core», PNAS (2013), DOI: 10.1073

© Videnskab.dk. Oversatt av Lars Nygaard for forskning.no.