分层外核内磁场的约束
地球物理
2019-12-06 v1 地球与行星天体物理
流体动力学
摘要
来自地震学及地核成分实验的越来越多证据暗示地球外核顶部存在稳定分层流体层。本工作中我们考察此类层内地磁场的结构，基于 Malkus（1979）重要但鲜为人知的工作。我们假设（i）忽略惯性、粘性与固态内核的地发电机理想磁流体静力球模型，以及（ii）外边界正下方恒定深度的强分层层，层内无球径向流动。由于受限动力学，Malkus 表明地磁场必须满足某一条件，它是 Taylor（1963）条件的更受限版本。这些约束的非线性性质使得寻找满足它们的磁场（此处称为 Malkus 态）成为艰巨任务。然而，当进一步受地磁观测约束时，此类 Malkus 态有潜力探测核内部。通过聚焦一类磁约束为线性的特定磁场，我们描述一种构造性方法，通过添加合适的环向场将任意纯极向场变为精确 Malkus 态。我们考虑在核内遵循给定平滑剖面的极向场，其匹配 2015 年历元或 10000 年时间间隔平均场的观测导出磁场模型。环向场存在多个可能解，因此我们确定环向能量最小的 Malkus 态，并发现其具有强方位角环向场，大于核幔边界处观测的极向分量。对于深度 300 km 层的 2015 年场，我们估计方位角环向场均方根为 3 mT，点态最大值 8 mT 出现在约 70 km 深度处。
引用
@article{arxiv.1912.02213,
title = {Constraints on the magnetic field within a stratified outer core},
author = {Colin M Hardy and Philip W Livermore and Jitse Niesen},
journal= {arXiv preprint arXiv:1912.02213},
year = {2019}
}
备注
27 pages, 10 figures