Refined Spatio-Temporal Model of Accelerations of the Main Geomagnetic Field on the Earth’s Surface and Geomagnetic Jerks

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Refined spatial spherical harmonic models of the piecewise constant field of secular geomagnetic
accelerations have been constructed based on the concept of geomagnetic jerks. The data of the 189 magnetic
observatories operating during the extended period of investigations have been analyzed, assuming that jerks
are manifestation of sharp changes in regimes of quasi-stationary magnetohydrodynamic process of generation
of geomagnetic secular variations in the high-frequency spectrum range. Qualitative and quantitative
analyses have been carried out, showing the persistency of models of the current generation, and their consistency
with the acceleration field values obtained from direct observatory observations data. The epochs of
jerks that occurred in the extended time period were refined and it was found that on the global scale they
have quasi-decadal repeatability, through which it is possible to estimate the time characteristics of regimes
of the stationary evolution of the magnetic field of the Earth’s core. An analysis of the results of spherical harmonic
modeling using the maps of the global field of accelerations showed that the origins of all identified
jerks are of an intraterrestrial character, which also provide the specific features of their morphological structure,
as well as the degree of their distribution on the Earth’s surface

About the authors

A. O. Simonyan

Nazarov Institute of Geophysics and Engineering Seismology, National Academy of Sciences
of the Republic of Armenia (IGES NAS RA)

Email: anahit.iges@gmail.com
Gyumri, 3115 Armenia

M. V. Ohanyan

Nazarov Institute of Geophysics and Engineering Seismology, National Academy of Sciences
of the Republic of Armenia (IGES NAS RA)

Author for correspondence.
Email: marine-0882@mail.ru
Gyumri, 3115 Armenia

References

  1. − Брагинский С.И. Магнитогидродинамические крутильные колебания в земном ядре и вариации длины суток. // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 10. № 1. С. 3–12. 1970.
  2. − Брагинский С.И., Фишман В. М. Экранирование магнитного поля в мантии при электропроводности, сосредоточенной вблизи границы с ядром. // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 17. № 5. С. 907–915. 1977.
  3. − Брагинский С.И. Аналитическое описание вековых вариаций геомагнитного поля и скорости вращения Земли. // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 22. № 1. С. 115– 122. 1982.
  4. − Головков В.П., Симонян А.О. Джерки в вековых геомагнитных вариациях на интервале 1930–1980 гг. // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 29. № 1. С. 164–167. 1989.
  5. − Головков В.П., Симонян А.О., Зверева Т.И. Глобальная структура ускорения вековых вариаций геомагнитного поля. // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 29. № 3. С. 481–486. 1989.
  6. − Головков В.П., Симонян А.О. О резких изменениях вековых вариаций геомагнитного поля в конце 1970-х годов // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 31. № 1. С. 165–171. 1991.
  7. − Головков В.П., Кожоева Г.М., Симонян А.О. О природе резких изменений геомагнитного векового хода в конце 70-х гг. // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 32. № 6. С. 147–152. 1992.
  8. − Калинин Ю.Д. Вековые геомагнитные вариации и изменения длины суток // Метрология и гидрология. № 3. С. 15–19. 1949.
  9. − Орлов В.П. Вековой ход геомагнитного поля и его необычно резкие изменения // Тр. ИЗМИРАН СССР. Вып. 18(28). С. 77–87. 1961.
  10. − Симонян А.О., Шахпаронян С.Р., Оганесян А.С. Моделирование земного магнитного поля с учетом существования геомагнитных джерков // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 44. № 6. С. 849–856. 2004.
  11. − Симонян А.О., Головков В.П. Пространственные особенности проявления западного дрейфа геомагнитного поля // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 49. № 6. С. 843–850. 2009. https://doi.org/10.1134/S0016793209060140
  12. − Симонян А.О. Высокочастотные вариации главного магнитного поля Земли. Palmarium Academic Publishing. Project#3710. ISBN: 978-3-659-72422-0, 390 с. 2017.
  13. − Achache J., Courtillot V., Ducruix J., Le Mouel J.-L. The late 1960’s impulse: further constraints on deep mantle conductivity // Phys. Earth Planet. Inter. V. 23. P. 72–75. 1980.
  14. − Alexandrescu M., Gibert D.G., Hulot J.-L., Le Mouel, Saracco G. Detection of geomagnetic jerks using wavelet analysis // J. Geophys. Res. V. 100. P. 12.557–12.572. 1995.
  15. − Backus G.E. Application of mantle filter theory to the geomagnetic jerk of 1969 // Geophys. J. R. Astron. Soc. V. 74. P. 713–746. 1983.
  16. − Braginsky S.I. Short-period geomagnetic secular variation // Geophys. Astrophys. Fluid Dynamics. V. 30. P. 1–78. 1984.
  17. − Braginsky S.I. Magnetic Rossby waves in the stratified ocean of the core, and topographic core-mantle coupling // Earths Planets Space. V. 50. P. 641–649. 1998.
  18. − Brown W.J, Mound J.E., Livermore P.W. Jerks abound: An analysis of geomagnetic observatory data from 1957 to 2008 // Phys. Earth Planet. Inter. V.223. P. 62–76. 2013.
  19. − Chulliat A., Thebault E., Hulot G. Core field acceleration pulse as a common cause of the 2003 and 2007 geomagnetic jerks // Geophys.Res.Lett. V. 37. L07301. 2010. https://doi.org/10.1029/2009GL042019
  20. − Chulliat A., Maus S. Geomagnetic secular acceleration, jerks, and a localized standing wave at the core surface from 2000 to 2010 // J. Geophys. Res. Solid Earth, V. 119. P. 1531–1543. 2014. https://doi.org/10.1002/2013JB010604
  21. − Cire C., Le Mouel J.L., Ducruix J. Evolution of the geomagnetic secular variation field from the beginning of the century // Nature. V. 307. P. 349–352. 1984.
  22. − Courtillot V., Ducruix J., Le Mouel J.L. Sur une acceleleration recente de la variation seculaire du champ magnetique terrestre. // C. r. Acad. sci. V. 287. Série D. P. 1095–1098. 1978.
  23. − Courtillot V., Le Mouel J.L. Geomagnetic secular variation impulses // Nature. V. 311. P. 709–715. 1984.
  24. − De Michelis P., Cafarella L., Meloni A. Worldwide character of the 1991 geomagnetic jerk // Geophys. Res. Lett. V. 25. P. 377–380. 1998.
  25. − Ducruix J., Courtillot V., Le Mouel J.-L. The Late 1960's secular variation impulse, the eleven year magnetic variation and the electrical conductivity of the deep mantle // Geophys. J. R. Astr. Soc. V. 61. P. 73–94. 1980.
  26. − Gillet N., Jault D., Canet E., Fournier A. Fast torsional waves and strong magnetic field within the Earth’s core // Nature. V. 465. P. 74–77. 2010. https://doi.org/10.1038/nature09010
  27. − Golovkov V.P., Zvereva T.I., Simonyan A.O. Common features and differences between the “Jerks” of 1947, 1957 and 1969 // Geophys. Astrophys. Fluid Dyn. V. 49. P. 81–96. 1989.
  28. − Golovkov V.P., Simonyan A.O., Shahparonyan S.R. The jerks in the main geomagnetic field / Proc. “OIST-4 Conference, DK, 23–27 Sep., 2002”/ Ed. Peter Stauning, Copenhagen, Denmark. P. 69–74. 2003.
  29. − Jault, D., Cire C., Le-Mouel J.L. Westward drift, core motions and exchange of angular momentum between core and mantle // Nature. V. 333. № 6171. P. 353–356. 1988.
  30. − Jault D., Le-Mouel J.L. Exchange of angular momentum between the core and the mantle // J. Geomag. Geoelectr. V. 43. P. 111–129. 1991.
  31. − Kerridge D.J., Barraclough D.R. Evidence for geomagnetic jerks from 1931 to 1971 // Phys. Earth Planet. Inter. V. 39. P. 228236. 1985.
  32. − Le Huy M., Alexandrescu M., Hulo G., Le Mouel J.L. On the characteristics of successive geomagnetic jerks // Earth Planets Space. V. 50. P. 723–732. 1998.
  33. − Le Mouel J.L., Courtillot V. Core motions, electromagnetic core-mantle coupling and variations in the Earth’s rotation: New constranint from geomagnetic secular variation impulses // Phys. Earth Planet. Inter. V. 24. P. 236–241. 1981.
  34. − Le Mouel J.L., Ducruix J., Duyen C.H. The worldwide character of the 1969–1970 impulse of the secular acceleration rate // Phys. Earth Planet. Inter. V. 28. P. 337–350. 1982.
  35. − Lesur V., Gillet N., Hammer M.D., Mandea M. Rapid variations of Earth’s core magnetic field // Surveys in Geophysics. V. 43. P. 41–69. 2022. https://doi.org/10.1007/s10712-021-09662-4
  36. − Lowes F.J. Mean-square values on sphere of spherical harmonic vector field // J. Geophys. Res. V. 71. P. 2179–2179. 1966.
  37. − Macmillan S. A Geomagnetic Jerk for the Early 1990’s // Earth Planet Sci. Lett. V. 137. P. 189–192. 1996.
  38. − Madden T., Le Mouel J.L. The recent secular variation and the motions at the core surface // Phil. Trans. R. Soc. Lond. A306. P. 271–280. 1982.
  39. − Malin S.R.C., Hodder B.M. Was the 1970 jerk of internal or external origin? // Nature. V. 296 P. 726–728. 1982.
  40. − Mandea M., Holme R., Pais A., Pinhero K., Jackson A., Verbanas G. Geomagnetic jerks: Rapid core field variations and core dynamics // Space Sci.Rev. V. 155. P. 147–175. 2010. https://doi.org/10.1007/s11214-010-9663-x
  41. − Nevanlinna H., Sucksdorff C. Impulse in global geomagnetic “secular variation”, 1977–1979 // J. Geophys. V. 50. P. 68–69. 1981.
  42. − Olsen N., Mandea M. Investigation of a secular variation impulse using satellite data: The 2003 geomagnetic jerk // Earth Planet. Lett. V. 255. P. 94–105. 2007.
  43. − Qamili E., De Santis A., Isac A., Mandea M., Duka B., Simonyan A.H. Geomagnetic jerks as chaotic fluctuations of the Earth’s magnetic field // Geochem. Geophys. Geosyst (G3). V. 14. P. 839–850. 2013. Doi https://doi.org/10.1029/2012GC004398
  44. − Simonyan A.O., Shahparonyan S.R. Earth’s liquid core motions under the constraint of geomagnetic secular variations of short periods / Proc. 5th Int. Conf. “Problems of Geocosmos”. Ed. A.A. Kovtun et al. St. Petersburg. Russia. P. 319–324. 2004.
  45. − Soloviev A., Chulliat A., Bogoutdinov S. Detection of secular acceleration pulses from magnetic observatory data // Phys. Earth Planet. Inter. V. 270. P. 128–142. 2017
  46. − Torta J.M., Pavon-Carraso F.J., Marspal S., Finlay C.C. Evidence for a new geomagnetic jerk in 2014 // Geophys Res. Lett. V. 42. P. 7933–7940. 2015. https://doi.org/10.1002/2015GL065501
  47. − Voorhies C.V., Nishihama M. Simultaneous solution for core magnetic field and fluid flow beneath an electrically conductive mantle // J. Geophys. Res. V. 99. P. 6685–6693. 1994.
  48. − Walker G.B., O’Dea P.L. Geomagnetic secular-change impulses. // Eos Trans. AGU. V. 33(6). P. 797–800. 1952.
  49. − Weber A.M., Roberts E.B. The 1950 world isogonic chart // J. Geophys. Res. V. 56. P. 81–84. 1951.
  50. − Whaler K.A., Beggan C.D. Derivation and use of core surface flows for forecasting secular variation // J. Geophys. Res. Solid Earth. V. 120. P. 1400–1414. 2015. https://doi.org/10.1002/2014JB011697
  51. − Whaler K.A., Olsen N., Finlay C.C. Decadal variability in core surface flows deduced from geomagnetic observatory monthly means // Geophys. J. Int. V. 207. P. 228–243. 2016. https://doi.org/10.1093/gji/ggw268

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2.

Download (1MB)
3.

Download (1MB)
4.

Download (53KB)
5.

Download (170KB)
6.

Download (3MB)
7.

Download (2MB)

Copyright (c) 2023 А.О. Симонян, М.В. Оганян

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».