Teoría de la Geodinamo
La geodinamo es el proceso magnetohidrodinámico mediante el cual el hierro líquido en convección y rotación en el núcleo externo de la Tierra genera corrientes eléctricas que mantienen el campo geomagnético contra el decaimiento óhmico.
Definition
La geodinamo es una dinamo magnetohidrodinámica autosostenible en la que el movimiento del metal líquido conductor de electricidad en el núcleo externo de la Tierra induce corrientes eléctricas cuyo campo magnético se regenera continuamente, lo que explica la existencia, el predominio dipolar y las inversiones del campo geomagnético.
Scope
Este tema abarca la física de la generación del campo magnético en el núcleo de la Tierra: la ecuación de inducción magnetohidrodinámica, la necesidad de la acción de dinamo para superar el decaimiento óhmico, los roles de la convección, la rotación y la fuerza de Coriolis, y las fuentes de energía que impulsan la dinamo, incluyendo la convección térmica y composicional impulsada por el crecimiento del núcleo interno. Trata la dificultad de las dinamos analíticas, los teoremas antidínamo y las modernas simulaciones numéricas tridimensionales que reproducen un campo dominado por dipolos y que ocasionalmente se invierte. El énfasis está en el mecanismo de generación más que en el campo observado.
Core questions
- ¿Por qué se requiere la acción de dinamo para mantener el campo en lugar de un imán permanente?
- ¿Cómo organizan la convección y la fuerza de Coriolis el flujo del núcleo en una dinamo funcional?
- ¿Qué fuentes de energía impulsan la geodinamo a lo largo del tiempo geológico?
- ¿Cómo reproducen las simulaciones numéricas un campo dipolar que se invierte?
Key concepts
- Ecuación de inducción magnetohidrodinámica
- Acción de dinamo autoexcitada y decaimiento óhmico
- Convección, rotación y la fuerza de Coriolis en el núcleo
- Convección térmica y composicional a partir del crecimiento del núcleo interno
- Simulaciones numéricas de la geodinamo
Key theories
- Dinamo magnetohidrodinámica autoexcitada
- El movimiento del fluido conductor del núcleo a través de un campo magnético induce corrientes que, organizadas adecuadamente por la convección y la rotación, regeneran el campo más rápido de lo que la difusión óhmica lo destruye, por lo que el campo se mantiene sin un imán permanente, que no podría sobrevivir a la alta temperatura del núcleo.
- Simulaciones numéricas de la geodinamo
- Las soluciones tridimensionales de las ecuaciones acopladas de magnetohidrodinámica y convección en una capa esférica giratoria, comenzando con el modelo de Glatzmaier-Roberts, producen espontáneamente un campo dominado por dipolos e incluso inversiones de polaridad, demostrando el mecanismo de la dinamo in silico.
Mechanisms
La pérdida de calor y la congelación del núcleo interno impulsan la convección térmica y composicional en el núcleo externo líquido; el flujo conductor de electricidad que rota rápidamente estira y tuerce las líneas del campo magnético, y a través de la inducción combinada de la rotación diferencial y la convección helicoidal regenera los componentes del campo tanto toroidal como poloidal, equilibrando la disipación óhmica para mantener un campo estadísticamente estable y que ocasionalmente se invierte.
Clinical relevance
La teoría de la geodinamo explica por qué la Tierra tiene un campo magnético protector que resguarda la superficie del viento solar, da cuenta de las inversiones de polaridad utilizadas para datar el fondo marino y vincula el campo con la evolución térmica y composicional del núcleo.
History
Elsasser y Bullard desarrollaron la teoría de la dinamo en las décadas de 1940 y 1950 como la única explicación viable para un campo de larga duración, los teoremas antidínamo aclararon qué flujos no pueden funcionar, y la simulación de Glatzmaier-Roberts de 1995 marcó el comienzo de la era moderna de las geodinamos numéricas autoconsistentes.
Key figures
- Walter Elsasser
- Edward Bullard
- Paul Roberts
- Gary Glatzmaier
Related topics
Seminal works
- merrill1996
- glatzmaier1995
- robertsking2013
Frequently asked questions
- ¿Por qué el campo de la Tierra no puede deberse a un imán permanente gigante?
- El interior es mucho más caliente que la temperatura de Curie a la que los materiales pierden el magnetismo permanente, por lo que ningún imán enterrado podría sobrevivir; en cambio, el campo debe ser generado activamente por corrientes eléctricas impulsadas por el movimiento de fluidos en el núcleo, lo que constituye la geodinamo.
- ¿Qué impulsa la geodinamo?
- Es impulsada por la convección en el núcleo externo líquido, alimentada por el calor que escapa del núcleo y por la liberación de elementos ligeros y calor latente a medida que el núcleo interno se congela y crece lentamente, con la rotación de la Tierra dando forma al flujo en un generador de campo eficiente.