Новый метод помогает понять, как Земля генерирует магнитное поле

Магнитное поле Земли защищает нас от космического излучения и солнечного ветра. Оно возникает благодаря эффекту геодинамо: электрически заряженное жидкое железо во внешнем ядре Земли движется вокруг твердого внутреннего ядра под действием вращения планеты и потоков тепла. Эти движения создают электрические токи, которые генерируют магнитное поле.

Однако структура ядра Земли и роль других элементов, кроме железа, остаются неясными. Например, сейсмические эксперименты показывают, что ядро содержит и другие вещества, но их влияние на геодинамо до сих пор изучено мало изучено.

Группа исследователей из Научно-исследовательского института в Дрездене (Германия) совместно с геофизиками из Франции и США, разработала новый метод моделирования, чтобы глубже понять процессы в недрах Земли. Метод и результаты исследования было опубликованы в журнале PNAS.

Новый метод молекулярно-спиновой динамики объединил два подхода.

Молекулярная динамика изучает движение атомов, а спиновая динамика учитывает магнитные свойства материалов. С помощью этого метода команда смоделировала поведение двух миллионов атомов железа в условиях высокой температуры и давления, как в земном ядре.

В результате ученые обнаружили, что магнитные свойства железа сильно влияют на его механическое поведение. При разных условиях давления и температуры железо может менять кристаллическую структуру и даже становиться жидким. Одна из новых фаз железа, ОЦК-фаза, может влиять на работу геодинамо. ОЦК-фаза или объемно-центрированная кубическая фаза — это кристаллическая структура, в которой атомы железа располагаются в форме куба

Такая фаза пока не наблюдалась экспериментально, но результаты моделирования показывают, что она может существовать в ядре Земли и это крайне важно для понимания процессов связанных с магнитным полем.

«Наше моделирование согласуется с экспериментальными данными и позволяет глубже понять геодинамо», — отметил Митчелл Вуд, соавтор исследования

Геофизики считают, что их метод моделирования не только помогает изучать процессы в ядре Земли, но и имеет прикладное значение. Он может способствовать развитию систем искусственного интеллекта, работающих по принципу человеческого мозга, а так же в создании новых носителей информации — магнитных нанопроводов, которые потенциально быстрее и эффективнее современных технологий хранения данных.