“地磁突跳”现象得到了完美重现和解释

地球核心内部的可视化图像，由计算机模拟模型展示（从北极视角看到的赤道平面和内核附近的球形表面）。磁力线（橙色）受湍流对流（蓝色和红色）而被拉伸。磁流波从内核发射，沿磁力线传播到核心边界，在那里聚集并激发地磁突跳。

地球磁场经历的不可预测的、快速且强烈的异常现象，被称为地磁突跳。这种现象背后的机制此前一直是个谜，直到最近，法国科学研究中心（CNRS）的一名研究员有了新发现。他与丹麦的一位同事合作，为这些地磁突跳建立了一个计算机模型，并对地磁突跳的出现进行了解释，其研究成果于2019年4月22日发表在《自然·地球科学》杂志。

对于地磁突跳的描述开始于1978年，它是一种不可预测的事件，会突然加速地球磁场的演变，并且在数年的时间尺度上扭曲我们对其行为的预测。地球磁场影响着诸多人类活动，如智能手机方位的确定、低空卫星的飞行等等。因此，准确预测其演变至关重要。然而，随着时间的推移，地磁突跳给地球物理学家们带来了一个问题。

地球磁场是由位于金属核心内的物质循环产生的，当金属核心冷却时，能量就被释放出来。研究人员知道，存在两种运动会造成磁场中两种类型的变化：慢对流运动产生的变化，可以在一个世纪的时间尺度上测量，以及 “快速”的磁流波产生的变化，它们可以在数年的时间尺度上被检测到。研究者们怀疑后者在地磁突跳中发挥了作用，但这些波与慢对流的相互作用，以及它们传播和放大的机制尚未揭示。

为了解开这个谜团，来自巴黎地球物理研究所（CNRS / IPGP / IGN /UniversitédeParis）的Julien Aubert与丹麦技术大学（DTU）的一位同事一起开发了一个与地球核心物理条件非常接近的计算机模拟环境。模拟需要相当于400万小时的计算，多亏了GENCI的超级计算机才得以实现。

研究人员随后能够重现导致地磁突跳的一系列事件，在模拟中这些事件由内核中发出的磁流波产生。这些波在接近核心表面时被聚焦和放大，造成的地磁扰动在各个方面都与所观察到的地磁突跳相当。

对这些地磁突跳的数字化重现和理解为更好地预测地球磁场铺平了道路。确定磁场变化的原因也可以为地球物理学家研究地球核心和内部地幔的物理特性提供帮助。

原创编译：李华 审稿：三水 责编：张梦