Введение к работе
Актуальность проблемы. Считается, что главное геомагнитное поле возникает под действием некоторого динамо-механизма в конвективной проводящей среде внешнего ядра Земли. Большие значения числа Рей-нольдса, характеризующие конвекцию в ядре, предполагают неустойчивую природу конвективных течений и наличие всевозможных флуктуации геомагнитного поля, связанных с этой неустойчивостью. Широкий спектр наблюдаемых изменений геомагнитного поля с характерными временами от ~ 10 до 101 лет интерпретируют как проявление иерархически упорядоченноГгснстемы движений в среде с развитой турбулентной конвекцией (Головков, Коломпйцева и Ротанова, 1989). Уточнение деталей этой сложной картины н их адекватное описание является актуальной задачей геофизики.
В настоящей работе основное вшшание'уделяется пространственном}' распределению региональных геомагнитных флуктуации. Как показывают' простейшие оценки (например, Головков, 1983), спонтанные локальные возмущения главного геомагнитного поля могут иметь характерные времена в диапазоне от десятков до нескольких сотен лет. Такие изменения геомагнитного поля относят к вековому ходу. Имеются подробные карты векового хода на земной поверхности в историческое; время, начиная с XVII века. Обширная литература посвящена анализу и физической интерпретации этих эмпирических данных. В частности, достаточно хорошо исследована морфология короткопернодных вариации геомагнитного поля. Например, установлено (см., например, Калугин, Ротанова и Головков, 1984), что GO-летняя вариация (одна из наиболее интенсивных) представляет собой систему региональных особенностей с нсточипками на границе ядро-мантпя. Подобная структура, возможно, своїм rueiiiia и вариациям с более короткими периодами (например, Филиппин и Рота-
іюп;і. HIS.S). Особый интерес n настоящее время представляет синтез н;і копченных эмпирических данных н последних достижений теории гее магнитного динамо.
Среди теоретических моделей короткопернодных регііоііа."іьпьіх пари апші определенное распространение в последнее время получили модели трактующие исковой ход в различных точках чемноп поверхности каї случайное поле, непосредственно связанное с действием турбулентное динамо (см.. например. Руэмайкпн. Соколов и Шукуроп. 19S9). Такое но ле в ядре удобно характеризовать его пространственной антокорреляпн онной функцией. С другой стороны, известна форма автокорреляцшш ных функции векового хода магнитного поля па поверхности Земли [о] Интересно выяснить, какая фо|)ма корреляционных функций на земної поверхности соответствует теоретически построенным модельным кор реляторам в ядре и затем сравнить теоретически оцененные коррелято ры с эмпирическими. Чтобы решить эту задачу, необходимо располагав подходящей моделью, адекватно описывающей искажения корреляцион ных функций геомагнитного поля в мантии.
Такая модель была предложена Пплнпенко и Соколовым (199І). ко торые исследовали корреляционную функцию нормальной компоненть геомагнитного поля. В настоящей работе аналогичный подход использо ван для исследования корреляторов тангенциального поля и для анализ; корреляции между нормальным и тангенциальным полем.
Научная новизна. В диссертации рассмотрены некоторые вопросы, свя занные со статистическим описанием случайного геомагнитного поля і мантии. В частности, впервые исследованы следующие аспекты проблем мы:
- Исследовано изменение в мантии корреляторов тангенциального гео
магнитной» поля. Получены интегральные выражения этих корреляторов на земной поверхности при произвольной форме коррелятора исходного поля в ядре. Оценен корреляционный масштаб флуктуацпонного поля у поверхности Земли її'указана наиболее вероятная форма фокусов тангенциальной и нормальной компонент векового хода.
- Рассмотрен корреляционный тензор геомагнитных флуктуации в
мантии и найдена система координат, в .которой он имеет диагональ
ную форму.
- Показано, что в результате распространения через мантию нормаль
ніш компонента мелкомасштабного геомагнитного поля с произвольным
распределением в ядре приобретает на земной поверхности асимптотиче
ски нормальное статистическое распределение, а распределение танген
циальной компоненты поля всюду в мантии существенно не гауссово.
Практическая ценность. В работе продемонстрированы некоторые возможности описания вековой вариации с помощью пространственных автокорреляционных функций. Результаты, изложенные в диссертации, могут оказаться полезными при решении обратных задач для корреляционной функции геомагнитного поля в мантии и прп оценке коррелятора магнитного поля в ядре.
Апробация работы. Основные результаты работы неоднократно докладывались на Общемосковском геомагнитном коллоквиуме ОИФЗ РАН, на семинаре по Магнитной гидродинамике и теории динамо НГШЦ МГУ, в Международном институте теории предсказания землетрясении и математической геофизики, на конференции "Solar and Planetary Dynamos" в г. Кембридж, Англия, 1992 г., на симпозиуме Европейского геофизического сообщества, 1994 г.; некоторые теоретические аспекты проблемы были изложены также в докладе на конференцшш "Нелинейные эффекты
в галактиках" в г. Пулково, 1992 г.
Публикации: По теме диссертации опубликовано 6 работ.
Объем работы: Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Она содержит 118 страниц текста, в том числе 1G рисунков, 2 та блицы и библиографию 84 наименования.
Автор выражает глубокую благодарность Д.Д.Соколову за руководство работой, а также В.И. Багпну, В.П. Головкову, Т.И. Зверевой, Г.Н Петровой, О.В. Пилнпенко, Н.М. Ротановой, М.Ю. Решетняку, A.M. Шакурову и всемхотруднпкам лаборатории "Главного магнитного поля Земли" ОИФЗ РАН за полезные обсуждения.