核心-表面运动学控制地球磁场极性反转

地球历史上发生了数百次极性反转，频率呈变化趋势。在地球核心动力学的数值模型中，随着对流驱动力超过临界值后，反转频率会增加。这一转变此前被认为与惯性力有关。由于该力在地球核心中次要，人们质疑其地质学适用性。再现过百万年的反转率也需要驱动条件，而这可能无法保证地球其他磁场变异频谱的再现。这促使我们寻找替代性反转机制。通过一组在核心底部由内核冻结提供浮力的模型，我们发现磁偶极振幅由次表层上升流与核心表面水平循环的相对强度控制。次表层上升流的减弱使系统从稳态转为反转态。该机制是纯粹的运动学机制，因为它独立于内部力衡。因此可适用于地球核心的实际条件。次表层上升流可能因核心最外层的稳定分层而受阻。我们表明，在接近绝热核心表面热流的弱分层水平下，单个模型可再现从数十年到数百万年的观测到地磁变异。与现有范式不同，由此稳定上层核心机制引起的反转频率随分层程度增加而增大，即当核心热流减小时更频繁。表明，岩石幔动力学与磁场反转频率之间的联系需要重新审视。