|
Số hạng đầu tiên phía bên phải của phương trình cảm ứng từ là số hạng [[khuếch tán]]. Trong chất lưu tĩnh, từ trường giảm và bất kỳ điểm nào của từ trường lan tỏa ra ngoài. Nếu dynamo của Trái Đất ngừng hoạt động, phần lưỡng cực sẽ biến mất trong vài chục ngàn năm.<ref name=MMMch8/>
Trong một dây dẫn hoàn hảo (
In a perfect conductor (<math>\sigma = \infty\;</math>), there would be no diffusion. By [[Lenz's law]], any change in the magnetic field would be immediately opposed by currents, so the flux through a given volume of fluid could not change. As the fluid moved, the magnetic field would go with it. The theorem describing this effect is called the ''frozen-in-field theorem''. Even in a fluid with a finite conductivity, new field is generated by stretching field lines as the fluid moves in ways that deform it. This process could go on generating new field indefinitely, were it not that as the magnetic field increases in strength, it resists fluid motion.<ref name=MMMch8/>
σ = ∞
), sẽ không có sự khuếch tán. Theo định luật của Lenz, bất kỳ thay đổi nào trong từ trường sẽ bị phản đối ngay lập tức bởi các dòng điện, do đó dòng chảy qua một thể tích chất lỏng nhất định không thể thay đổi. Khi chất lỏng di chuyển, từ trường sẽ đi cùng với nó. Định lý mô tả hiệu ứng này được gọi là định lý đóng băng trong trường. Ngay cả trong một chất lỏng có độ dẫn hữu hạn, trường mới được tạo ra bằng cách kéo dài các đường trường khi chất lỏng di chuyển theo cách làm biến dạng nó. Quá trình này có thể tiếp tục tạo ra trường mới vô thời hạn, phải không khi từ trường tăng cường độ, nó chống lại chuyển động của chất lỏng.
Chuyển động của chất lỏng được duy trì bởi sự đối lưu, chuyển động được điều khiển bởi độ nổi. Nhiệt độ tăng dần về phía trung tâm Trái đất và nhiệt độ cao hơn của chất lỏng xuống thấp hơn khiến nó nổi lên. Độ nổi này được tăng cường bằng cách tách hóa học: Khi lõi nguội đi, một số sắt nóng chảy đông cứng lại và được mạ vào lõi bên trong. Trong quá trình, các yếu tố nhẹ hơn bị bỏ lại trong chất lỏng, làm cho nó nhẹ hơn. Điều này được gọi là đối lưu thành phần. Hiệu ứng Coriolis, gây ra bởi vòng quay hành tinh tổng thể, có xu hướng tổ chức dòng chảy thành các cuộn thẳng hàng dọc theo trục cực bắc-nam.
The motion of the fluid is sustained by [[convection]], motion driven by [[buoyancy]]. The temperature increases towards the center of the Earth, and the higher temperature of the fluid lower down makes it buoyant. This buoyancy is enhanced by chemical separation: As the core cools, some of the molten iron solidifies and is plated to the [[inner core]]. In the process, lighter elements are left behind in the fluid, making it lighter. This is called ''compositional convection''. A [[Coriolis effect]], caused by the overall planetary rotation, tends to organize the flow into rolls aligned along the north-south polar axis.<ref name=Buffett2000/><ref name=MMMch8/>
Một máy phát điện có thể khuếch đại từ trường, nhưng nó cần một trường "hạt giống" để bắt đầu. Đối với Trái đất, đây có thể là một từ trường bên ngoài. Đầu tiên trong lịch sử, Mặt trời đã trải qua giai đoạn T-Tauri, trong đó gió mặt trời sẽ có một từ trường có cường độ từ trường lớn hơn gió mặt trời hiện tại. Tuy nhiên, phần lớn trường có thể đã được sàng lọc bởi lớp phủ của Trái đất. Một nguồn thay thế là dòng điện trong ranh giới lõi-lớp phủ được điều khiển bởi các phản ứng hóa học hoặc sự thay đổi độ dẫn nhiệt hoặc điện. Những hiệu ứng như vậy vẫn có thể cung cấp một sai lệch nhỏ là một phần của các điều kiện biên cho geodynamo.
A dynamo can amplify a magnetic field, but it needs a "seed" field to get it started.<ref name=MMMch8/> For the Earth, this could have been an external magnetic field. Early in its history the Sun went through a [[T Tauri star|T-Tauri phase]] in which the [[solar wind]] would have had a magnetic field orders of magnitude larger than the present solar wind.<ref name=MMMch10>{{harvnb|Merrill|McElhinny|McFadden|1996|loc=Chapter 10}}</ref> However, much of the field may have been screened out by the Earth's mantle. An alternative source is currents in the core-mantle boundary driven by chemical reactions or variations in thermal or electric conductivity. Such effects may still provide a small bias that are part of the boundary conditions for the geodynamo.<ref name=MMMch11>{{harvnb|Merrill|McElhinny|McFadden|1996|loc=Chapter 11}}</ref>
Từ trường trung bình trong lõi ngoài của Trái đất được tính là 25 gauss, mạnh hơn 50 lần so với từ trường ở bề mặt.
The average magnetic field in the Earth's outer core was calculated to be 25 [[Gauss (unit)|gauss]], 50 times stronger than the field at the surface.<ref>{{chú thích tạp chí |first1=Bruce A. |last1=Buffett |url=http://www.nature.com/nature/journal/v468/n7326/full/nature09643.html |title=Tidal dissipation and the strength of the Earth's internal magnetic field |journal=[[Nature (journal)|Nature]] |volume=468 |pages=952–954 |year=2010 |bibcode=2010Natur.468..952B |doi=10.1038/nature09643 |issue=7326 |pmid=21164483 |laysummary=http://www.science20.com/news_articles/first_measurement_magnetic_field_inside_earths_core |laysource=Science 20 |ref=harv}}</ref>
====Các mô hình số====
Mô phỏng địa động lực học đòi hỏi phải giải quyết một cách số lượng một tập hợp các phương trình vi phân một phần phi tuyến cho từ trường nam châm (MHD) của bên trong Trái đất. Mô phỏng các phương trình MHD được thực hiện trên lưới điểm 3D và độ mịn của lưới, phần nào xác định tính thực tế của các giải pháp, bị giới hạn chủ yếu bởi sức mạnh của máy tính. Trong nhiều thập kỷ, các nhà lý thuyết đã giới hạn để tạo ra các mô hình máy tính động học trong đó chuyển động của chất lỏng được chọn trước và ảnh hưởng đến từ trường được tính toán. Lý thuyết động lực học chủ yếu là vấn đề thử các dạng hình học dòng chảy khác nhau và kiểm tra xem các dạng hình học đó có thể duy trì một động lực học hay không. [52]
Simulating the geodynamo requires numerically solving a set of nonlinear partial differential equations for the [[magnetohydrodynamics]] (MHD) of the Earth's interior. Simulation of the MHD equations is performed on a 3D grid of points and the fineness of the grid, which in part determines the realism of the solutions, is limited mainly by computer power. For decades, theorists were confined to creating ''kinematic dynamo'' computer models in which the fluid motion is chosen in advance and the effect on the magnetic field calculated. Kinematic dynamo theory was mainly a matter of trying different flow geometries and testing whether such geometries could sustain a dynamo.<ref name=Kono2002>{{chú thích tạp chí |last1=Kono |first1=Masaru |last2=Roberts |first2=Paul H. |title=Recent geodynamo simulations and observations of the geomagnetic field |journal=[[Reviews of Geophysics]] |year=2002 |volume=40 |issue=4 |pages=1–53 |doi=10.1029/2000RG000102 |bibcode=2002RvGeo..40.1013K |ref=harv}}</ref>
Các mô hình máy phát điện tự ổn định đầu tiên, mô hình xác định cả chuyển động của chất lỏng và từ trường, được phát triển bởi hai nhóm vào năm 1995, một ở Nhật Bản [53] và một ở Hoa Kỳ. [1] [54] Loại thứ hai nhận được sự chú ý vì nó tái tạo thành công một số đặc điểm của trường Trái đất, bao gồm cả đảo ngược địa từ. [52]
The first ''self-consistent'' dynamo models, ones that determine both the fluid motions and the magnetic field, were developed by two groups in 1995, one in Japan<ref>{{chú thích tạp chí |last1=Kageyama |first1=Akira |last2=Sato |first2=Tetsuya |author3=the Complexity Simulation Group |title=Computer simulation of a magnetohydrodynamic dynamo. II |journal=Physics of Plasmas |date=1 January 1995 |volume=2 |issue=5 |pages=1421–1431 |doi=10.1063/1.871485 |bibcode=1995PhPl....2.1421K |ref=harv}}</ref> and one in the United States.<ref name="selfconsistent"/><ref>{{chú thích tạp chí |last1=Glatzmaier |first1=Gary A. |last2=Roberts |first2=Paul H. |title=A three-dimensional convective dynamo solution with rotating and finitely conducting inner core and mantle |journal=Physics of the Earth and Planetary Interiors |year=1995 |volume=91 |issue=1–3 |pages=63–75 |doi=10.1016/0031-9201(95)03049-3 |ref=harv |bibcode=1995PEPI...91...63G}}</ref> The latter received attention because it successfully reproduced some of the characteristics of the Earth's field, including geomagnetic reversals.<ref name="Kono2002" />
=== Dòng điện trong tầng điện ly và từ quyển ===
===Currents in the ionosphere and magnetosphere===
Dòng điện gây ra trong tầng điện ly tạo ra từ trường (vùng động lực tầng điện ly). Một trường như vậy luôn được tạo ra gần nơi khí quyển gần Mặt trời nhất, gây ra những thay đổi hàng ngày có thể làm chệch hướng từ trường bề mặt tới một độ. Các biến thể điển hình hàng ngày của cường độ trường là khoảng 25 nanoteslas (nT) (một phần vào năm 2000), với các biến thể trong vài giây thường là khoảng 1 nT (một phần trong 50.000).
Electric currents induced in the ionosphere generate magnetic fields (ionospheric dynamo region). Such a field is always generated near where the atmosphere is closest to the Sun, causing daily alterations that can deflect surface magnetic fields by as much as one degree. Typical daily variations of field strength are about 25 nanoteslas (nT) (one part in 2000), with variations over a few seconds of typically around 1 nT (one part in 50,000).<ref>{{chú thích tạp chí |first1=Janez |last1=Stepišnik |title=Spectroscopy: NMR down to Earth |journal=[[Nature (journal)|Nature]] |volume=439 |pages=799–801 |year=2006|bibcode=2006Natur.439..799S |doi=10.1038/439799a |issue=7078 |ref=harv}}</ref>
==Đo lường và phân tích==
| 