¿Por qué el campo magnético de la Tierra es tan estable?

Esta respuesta explica por qué la Tierra tiene un campo magnético, esta respuesta explica por qué el campo magnético de la Tierra cambia. Sin embargo, ninguno parece responder a la pregunta de por qué el campo magnético de la Tierra se invierte solo después de largos períodos de tiempo, o por qué, en lugar de invertir, simplemente no cambia de dirección. La segunda respuesta, según tengo entendido, parece implicar que las corrientes crean un sistema caótico, e incluso un pequeño cambio puede cambiar la polaridad. Si eso es cierto, ¿por qué no ocurre con mucha más frecuencia? ¿Por qué la polaridad simplemente no cambia de dirección en lugar de invertirse? ¿Por qué la intensidad (que yo sepa) también es estable?

(PD, entiendo que hay variaciones en la intensidad y también en la ubicación de los postes que actualmente viajan alrededor de 64 km por año, pero eso parece pequeño y también bastante regular, no es lo que esperarías que fuera el resultado de un sistema caótico) .

No sé nada sobre la magnetohidrodinámica del problema, pero definitivamente se debe esperar una conexión con la rotación de la Tierra (debido a las fuerzas de Coriolis en las corrientes de convección).
@Pieter Estoy de acuerdo. Supongo que hay un espacio donde los mínimos locales son generados por la rotación de la Tierra. El sistema caótico se atasca en un mínimo local hasta que escapa por un tiempo pero finalmente termina en otro mínimo local (nuevamente, los polos se alinean aproximadamente con el eje de rotación, pero se voltean). Sin embargo, en este caso, después de un período en el que los polos magnéticos se mueven por todas partes, los polos pueden volver a la misma configuración y no necesariamente cambiar. Solo una suposición descabellada, me gustaría que un experto me diera su respuesta.

Respuestas (1)

Respuesta corta : la rotación planetaria establece un eje magnético preferencial y el campo muestra su inestabilidad en escalas de tiempo geológico, por lo que solo parece estable.

Caos

¿Una buena descripción? Probablemente si.

Existe una amplia variedad (ver esto y estas reseñas) de modelos magnetohidrodinámicos (con diferentes suposiciones, rangos de parámetros, condiciones límite, etc.) que describen con éxito las principales características de la dinámica del campo magnético de la Tierra. Este hecho sugiere que solo se necesita un pequeño número de ingredientes fundamentales para describir esta dinámica, lo que la pone al alcance de modelos de baja dimensión. Y, dado que las inversiones de polaridad son fuertemente no periódicas y se espera que los flujos sean turbulentos, es probable que estos modelos deban ser caóticos.

Dicho esto, incluso si estos modelos capturan aspectos fundamentales de la dinámica relevante (se ajustan a las medidas disponibles), no pueden reflejar completamente el flujo complejo debajo de la corteza terrestre. − por lo que pueden usarse para investigar las principales características de la dinámica, pero probablemente no detalles más finos.

¿Por qué el campo magnético de la Tierra cambia solo después de largos períodos de tiempo?

Supongamos que tenemos una situación sin cambios, donde cualquier polaridad es posible, pero (completamente) estable, es decir, no hay cambios. En la jerga de la teoría del caos, eso se describe como el sistema que tiene dos atractores, que podemos visualizar como dos manchas separadas en el espacio de fases.

Ahora considere que, a medida que se cambia un parámetro, estos dos atractores pueden fusionarse de alguna manera, pero solo levemente, a través de un puente estrecho: una trayectoria se moverá de una mancha a la otra con una frecuencia proporcional al ancho efectivo de este puente. Esa es una forma en que puede tener largos tiempos de espera entre los lanzamientos.

Eso es precisamente lo que, por ejemplo, propone Gissinger en Un nuevo modelo determinista para reversiones caóticas ( arxiv ):

ingrese la descripción de la imagen aquí

actualmente viaja alrededor de 64Km por año, pero eso parece poco y también bastante regular, no es lo que esperarías que sea el resultado de un sistema caótico

Como sugiere la imagen de arriba, incluso si los momentos en que la curva (trayectoria) cambia de un rollo a otro son impredecibles, el movimiento general, especialmente entre cambios, es muy suave y aproximadamente regular. Es una situación similar a la del sistema solar, que es caótico, pero cuyo comportamiento a corto plazo es bastante predecible.

Geofísica

por qué, en lugar de voltear, simplemente no cambia de dirección

Los flujos a gran escala en el planeta están acoplados a su rotación por el efecto Coriolis, que "tiende a organizar el flujo en rollos alineados a lo largo del eje polar norte-sur" (Wikipedia ) . Incluso si el flujo es caótico, es probable que el efecto Coriolis siga siendo una influencia relevante.

¿Por qué la intensidad (que yo sepa) también es estable?

En realidad, "la intensidad del campo magnético disminuye drásticamente durante las inversiones" ( Núcleo de la Tierra y Manto Inferior , Jones et al, Capítulo 4, Inversiones Geomagnéticas , C. Constable).

En realidad, "la intensidad del campo magnético disminuye drásticamente durante las inversiones". Sí, durante las inversiones, pero de lo contrario es relativamente estable. Pero si el sistema es caótico, lo es todo el tiempo, no solo durante el período de reversión.
@usuario, en este sistema, lo que es caótico es el momento de las reversiones, ser caótico no significa que todas las variables salten locamente todo el tiempo.
Esa no es la definición matemática de un sistema caótico.
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