Геофизические процессы и биосфера: статья

ЭВОЛЮЦИЯ ЯДРА ЗЕМЛИ И ГЕОДИНАМО
М.Ю. РЕШЕТНЯК1,2
1 Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН
2 Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН
Журнал: Геофизические процессы и биосфера
Том: 20
Номер: 1
Год: 2021
Страницы: 68-76
УДК: 550.383
DOI: 10.21455/GPB2021.1-7
Информация об авторах
Аннотация
Библиографический список
Ключевые слова: эволюция Земли, жидкое ядро, энергетика ядра, энтропия, геодинамо, цикл Карно
Аннотация: В работе рассмотрен последовательный подбор параметров в модели охлаждения ядра Земли. Модель описывает эволюцию с момента образования ядра после аккреции Земли 4.5 млрд л.н., появление твердого ядра, а также предполагает экстраполяцию на 1.5 млрд лет в будущее. Показано, как налагаемые условия, в частности размер и возраст твердого ядра, а также требования, накладываемые геодинамо, изменяют процесс охлаждения и роста твердого ядра. Рассмотрены сценарии эволюции, когда появление твердого ядра не приводит к существенным вариациям энергии, доступной для генерации магнитного поля и эффективности динамо-механизма, введенного по аналогии с циклом Карно.
Список литературы: Решетняк М.Ю., Павлов В.Э. Эволюция дипольного геомагнитного поля: Наблюдения и модели // Геомагнетизм и аэрономия. 2016. Т. 56, № 1. С. 117-132. https://doi.org/10.7868/S0016794015060139

Alfè D., Gillan M.J., Price G.D. Composition and temperature of the Earth’s core constrained by combining ab initio calculations and seismic data // Earth Planet. Sci. Let. 2002a. V. 195. P. 91-98.

Alfè D., Gillan M.J., Price G.D. Iron under Earth’s core conditions: Liquid-state thermodynamics and high-pressure melting curve from ab initio calculations // Phys. Rev. B. 2002b. V. 65. P. 165118. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.65.165118.

Aubert J., Tarduno J.A. Johnson C.L. Observations and models of the longterm evolution of Earth’s magnetic field // Space Sci. Rev. 2010. V. 155. P. 337-370. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2010.06

Backus G.E. Gross thermodynamics of heat engines in deep interior of Earth // Proc. National Acad. Sci. 1975. V. 72, N 4. P. 1555-1558.

Braginsky S.I., Roberts P.H. Equations governing convection in Earth’s core and the geodynamo // Geophys. Astrophys. Fluid Dyn. 1995. V. 79. P. 1-97. https://doi.org/10.1080/03091929508228992.

Christensen U.R., Aubert J. Scaling properties of convection-driven dynamos in rotating spherical shells and application to planetary magnetic fields // Geophys. J. Inter. 2006. V. 166. P. 97-114.

Dziewonski A.M., Anderson D.L. Preliminary reference Earth model // Phys. Earth Planet. Inter. 1981. V. 25. P. 297-356.

Gubbins D., Masters T.G., Jacobs J.A. Thermal evolution of the Earth’s core // Geophys. J. R. Astr. Soc. 1979. V. 59. P. 57-99.

Gubbins D., Thomson C.J., Whaler K.A. Stable regions in the Earth’s liquid core // Geophys. J. Inter. 1982. V. 68. P. 241-251.

Hewitt J.M., McKenzie D.P., Weiss N.O. Dissipative heating in convective flows // J. Fluid Mech. 1975. V. 68, N 4. P. 721-738.

Hulot G., Finlay C.C., Constable C.G., Olsen N., Mandea M. The magnetic field of planet Earth // Space Sci. Rev. 2010. V. 152. P. 159-222. https://doi.org/10.1007/s11214-010-9644-0

Labrosse S. Thermal and magnetic evolution of the Earth’s core // Phys. Earth Planet. Inter. 2003. V. 140. P. 127-143. https://doi.org/10.1016/j.pepi.2003.07.006

Labrosse S., Poirier J.P., Le Mouel J.-L. On cooling of the Earth’s core // Phys. Earth Planet. Inter. 1997. V. 99. P. 1-17.

Labrosse S., Poirier J.P., Le Mouël J.-L. The age of the inner core // Earth and Planet. Sci. Let. 2001. V. 190, N 3-4. P. 111-123. https://doi.org/10.1016/S0012-821X(01)00387-9

Loper D.E. Structure of the core and lower mantle // Adv. Geophys. 1984. V. 26. P. 1-34.

Nimmo F. Thermal and compositional evolution of the core // Treatise on Geophys. 2007. V. 9. P. 217-241. https://doi.org/10.1016/B978-044452748-6.00147-4

Olson P. Planetary magnetism // Dynamos / Eds Ph. Cardin, L.F. Cugilandolo. Amsterdam: Elsevier, 2008. P. 137-249. (Les Houches Ses., 2007. V. LXXXVIII).

Olson P. The new core paradox // Science. 2013. V. 342, N 6157. P. 431-432 https://doi.org/10.1126/science.1243477

Poirier J.-P., Tarantola A.A. Logarithmic equation of state // Phys. Earth Planet. Inter. 1998. V. 109. P. 1-8.

Reshetnyak M. Evolution of the inner core of the Earth: Consequences for geodynamo // Magnetohydrodynamics. 2019. V. 55, N 1-2. P. 175-183. https://doi.org/10.22364/mhd.55.1-2.21

Reshetnyak M.Yu. Inverse problem for the Earthʼs core evolution model // Rus. J. Earth Sci. 2020. V. 20. P. ES5007. https://doi.org/10.2205/2020ES000740

Reshetnyak M.Yu., Hejda P. Heat flux modulation in Domino dynamo model // Open J. Geol. 2013. V. 3, N 2B. P. 55-59. https://doi.org/10.4236/ojg.2013.32B013

Roberts P.H., King E.M. On the genesis of the Earth’s magnetism // Rep. Prog. Phys. 2013. V. 76. P. 096801. https://doi.org/10.1088/0034-4885/76/9/096801

Roberts P.H., Jones C.A., Calderwood A. Energy fluxes and Ohmic dissipation in the Earthʼs core // Earthʼs core and lower mantle / Eds C.A. Jones, A.M. Soward, K. Zhang. Taylor and Francis, 2003. P. 100-129.