Étiquette : magnetic field

Le noyau interne de la Terre oscille tous les 8,5 ans // Earth’s inner core exhibits an 8.5-year wobble

Des chercheurs chinois viennent de découvrir que tous les 8,5 ans, le noyau interne de notre planète oscille autour de son axe de rotation, ce qui pourrait remettre en question le modèle géophysique admis jusqu’à présent. Durant cette oscillation, l’axe s’inclinerait jusqu’à 0,17 degré par rapport à celui du manteau. Cela pourrait induire d’importants changements dans la dynamique interne de la Terre, tels que des variations du champ magnétique.

On sait depuis longtemps que la Terre comporte 4 couches : la croûte, le manteau, le noyau externe (liquide) et le noyau interne (solide). Ces derniers se trouvent à environ 2896 kilomètres sous la surface. Avec un rayon d’environ 1200 kilomètres, le noyau interne (principalement composé de fer et de nickel) joue un rôle essentiel dans les processus géophysiques de la planète, tels que le maintien du champ magnétique et de la rotation.

Selon le modèle géophysique admis jusqu’à maintenant, l’axe de rotation du noyau terrestre s’aligne avec celui du manteau. Cela implique une distribution de densité uniforme au niveau des deux structures. Cependant, les chercheurs de la nouvelle étude* ont détecté des signaux de déviation périodiques de l’axe de rotation du noyau interne, qui se produiraient tous les 8,5 ans.

Ces signaux d’oscillation du noyau interne avaient été mis au jour dans le cadre d’une précédente étude, lorsque les mêmes chercheurs avaient collecté des mesures sur plusieurs décennies du mouvement polaire de l’axe de rotation de la Terre et des changements de sa vitesse de rotation. La nouvelle étude*, parue dans la revue Nature Communications, visait à confirmer ces observations, pouvant potentiellement mener à un changement de paradigme dans notre compréhension de la dynamique géophysique terrestre.

Afin d’étayer leurs précédentes observations, les chercheurs chinois ont effectué des mesures des subtiles variations de la durée du jour dans plusieurs régions du monde. Ces variations sont en effet les principaux indicateurs des changements de l’inclinaison de l’axe de rotation de la Terre. Les mesures ont ensuite été comparées avec celles effectuées pour les mouvements polaires. Les calculs montrent que l’oscillation périodique du noyau interne est provoquée par une inclinaison de 0,17 degré de son axe de rotation, par rapport à celui du manteau.

Ces résultats sont en contradiction avec la théorie géophysique conventionnelle qui fait ressortir non seulement un alignement entre les axes de rotation du manteau et du noyau, mais également une forme parfaitement sphérique de ce dernier. L’inclinaison dont fait état la nouvelle étude serait susceptible de modifier la forme et le mouvement du noyau liquide, entraînant potentiellement des changements du champ magnétique terrestre. En outre, cela pourrait également entraîner une différence de densité de l’ordre de 0,52 g/cm3 au niveau de la zone séparant le noyau externe du noyau interne. Le pôle nord-ouest du noyau interne serait aussi un peu plus dense que le reste de la structure.

La dernière étude montre que l’oscillation du noyau interne induite par l’inclinaison de son axe pourrait avoir d’importantes implications dans l’ensemble de la dynamique interne de la Terre. Toutefois, ces observations ont été obtenues en excluant d’autres sources potentielles de variations qui pourraient influencer le mouvement polaire. En particulier, elles ne prennent pas en compte les paramètres atmosphériques, océaniques et hydrologiques. Néanmoins, cette découverte contribue à améliorer significativement la compréhension de la dynamique interne de la planète.

* Inner core static tilt inferred from intradecadal oscillation in the Earth’s rotation – An, Y., Ding, H., Chen, Z. et al. -Nat Commun 14, 8130 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-43894-9 – OPEN ACCESS

Source : presse scientifique internationale.

Schéma représentant l’oscillation du noyau interne autour de son axe de rotation (Source : Yachong An et al. )

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Chinese researchers have just discovered that every 8.5 years, the inner core of our planet wobbles (or oscillates) around its axis of rotation, which could call into question the geophysical model accepted until now. During this oscillation, the axis would tilt up to 0.17 degrees relative to that of the mantle. This could induce important changes in the internal dynamics of the Earth, such as variations in the magnetic field.
It has long been known that the Earth has 4 layers: the crust, the mantle, the outer core (liquid) and the inner core (solid). These are located approximately 2,896 kilometers below the surface. With a radius of approximately 1,200 kilometers, the inner core (mainly composed of iron and nickel) plays an essential role in the planet’s geophysical processes, such as maintaining the magnetic field and rotation.
According to the geophysical model accepted until now, the axis of rotation of the Earth’s core aligns with that of the mantle. This implies a uniform density distribution at both structures. However, the researchers in the new study* detected periodic deviation signals from the axis of rotation of the inner core, which would occur every 8.5 years.
These inner core oscillation signals were uncovered in a previous study, when the same researchers collected measurements over several decades of the polar motion of the Earth’s axis of rotation and changes in its rotation speed. The new study*, published in the journal Nature Communications, aimed to confirm these observations, potentially leading to a paradigm shift in our understanding of Earth’s geophysical dynamics.
To support their previous observations, Chinese researchers took measurements of subtle variations in day length in several regions of the world. These variations are in fact the main indicators of changes in the inclination of the Earth’s axis of rotation. The measurements were then compared with those made for polar movements. Calculations show that the periodic oscillation of the inner core is caused by a 0.17 degree inclination of its axis of rotation, relative to that of the mantle.
These results are in contradiction with conventional geophysical theory which highlights not only an alignment between the axes of rotation of the mantle and the core, but also a perfectly spherical shape of the latter. The tilt reported in the new study could modify the shape and movement of the liquid core, potentially leading to changes in the Earth’s magnetic field. In addition, this could also lead to a difference in density of the order of 0.52 g/cm3 in the area separating the outer core from the inner core. The northwest pole of the inner core would also be a little denser than the rest of the structure.
The latest study shows that the oscillation of the inner core induced by the tilt of its axis could have important implications for the entire internal dynamics of the Earth. However, these observations were obtained while excluding other potential sources of variations that could influence polar motion. In particular, they do not take into account atmospheric, oceanic and hydrological parameters. Nevertheless, this discovery contributes to significantly improving the understanding of the internal dynamics of the planet.

* Inner core static tilt inferred from intracadal oscillation in the Earth’s rotation – An, Y., Ding, H., Chen, Z. et al. -Nat Commun 14, 8130 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-43894-9 – OPEN ACCESS

Source: international scientific press.

Geldingadalur (Islande) : un cimetière pour drones // Geldingadalur (Iceland) : a cemetery for drones

  Un nombre incalculable de drones ont fini leur course dans la lave islandaise depuis le début de l’éruption dans la Geldingadalur, comme dans cette vidéo :

https://youtu.be/j18ECUhkeY0

Beaucoup pensent que le coupable est le champ magnétique irrégulier, à cause des métaux à haute température émis par le cratère, mais la chaleur est forcément, elle aussi, l’une des principales causes de la mort des drones.

Selon un fabricant, «le champ magnétique affecte fortement le drone. La boussole de l’appareil est perturbée, de sorte que le drone perd sa connexion GPS. Il passe en mode ATTI (abréviation de ATTitude), maintient une certaine altitude mais pas sa position. Le contrôleur de vol devient inactif et le drone commence à s’éloigner.» Il continue de voler jusqu’à ce que sa batterie se vide. Il tente alors d’atterrir en descendant lentement vers le sol. C’est ce qui est arrivé aux drones que l’on rencontre ici et là sur le site de l’éruption dans la Geldingadalur ou ailleurs. Afin d’éviter de perdre son drone, il est conseillé de le faire voler contre le vent, au cas où la connexion serait coupée. Ensuite, le drone reviendra vers son ou sa propriétaire, au lieu de s’en éloigner.

À côté de la perturbation du champ magnétique, la chaleur de l’éruption risque fort de faire fondre la carcasse en plastique sur laquelle est fixé le moteur du drone, ce qui entraîne rapidement son arrêt et la chute dans la lave.

Un autre danger pour les drones, ce sont les turbulences qui apparaissent lors des éruptions du cratère dans la Geldingadalur. Une éruption, au même titre qu’un incendie de forêt, génère son propre climat. Un drone qui se trouve pris dans de telles turbulences ne peut pas s’en sortir.

Les drones amateurs, qu’ils s’appellent Phantom ou Mavic, n’ont pas été conçus pour faire face à des conditions de vol extrêmes. De plus, ils sont souvent beaucoup trop légers. Personnellement, je n’enverrai jamais mon drone dans ou au-dessus d’un cratère volcanique. En premier lieu, l’enceinte n’est pas suffisamment étanche et robuste pour faire face aux gaz agressifs qui attaquent rapidement l’électronique. Il suffit de regarder ce qui arrive à un appareil photo. Si on ne l’enveloppe pas dans une poche étanche, il faut s’attendre à des dysfonctionnements.

À Hawaï, le personnel du HVO a utilisé des UAS – Unmanned Aircraft Systemps – autrement dit des drones spécialement conçus pour faire face à l’éruption de 2018. Les appareils étaient beaucoup plus robustes que les drones que l’on trouve habituellement dans le commerce. L’application la plus élémentaire de ces drones a été la réalisation de vidéos et leur diffusion en continu. Les images ont permis d’identifier les endroits où de nouvelles coulées de lave apparaissaient ou étaient susceptibles d’apparaître. Certains drones étaient dotés de caméras thermiques. Les appareils étaient également équipés de capteurs multi-gaz pour identifier toute nouvelle source de dégazage. L’approche à pied des fractures éruptives était trop dangereuse. Des applications plus techniques des images fournies par les drones ont consisté à créer des modèles numériques d’élévation (MNE) et de mesure des vitesses d’écoulement de la lave dans les chenaux

Plusieurs scientifiques du HVO sont devenus des pilotes de drones qualifiés, ce qui a permis au HVO d’avoir une compétence supplémentaire en matière de surveillance volcanique.

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Countless drones have been engulfed in lava since the start of the eruption in Geldingadalur,

like in this vidéo :

https://youtu.be/j18ECUhkeY0

Engineers think the irregular magnetic field might be to blame, because of the hot metals that emit from the craters, but the heat is probably the main cause of the drones’deaths.

According to a drone manufacturer, “what is happening is that the magnetic field is truly affecting the drone. The drone’s compass gets confused, causing the drone to lose its GPS connection. This makes the drone switch to the ATTI (short for ATTitude) Mode where the drone maintains a certain altitude but not position. This means that the flight controller stops assisting the pilot and the drone starts drifting away.” When this happens, the drone keeps flying until its battery dies, and at that point, the drone attempts to land by gliding down to earth. This is what happened to drones that are found scattered here and there, be it at the eruption site in Geldingadalur or elsewhere. In order to avoid losing one’s drone, it is recommended to fly it against the wind, in case the connection is cut. Then the drone will drift back to its owner, instead of away from him or her.

Beside the magnetic field, heat from the eruption causes the plastic enclosure, to which the drone’s motor is attached, to melt. As a consequence, drones end up in the lava stream.

Another hazard to the drones is the turbulence that appears during an eruption of the crater in Geldingadalur. An eruption, in the same way as a wildfire, generates its own climate. A drone caught in such turbulences cannot survive.

Amateur drones, whether they are Phantom or Mavic, have not been designed to face extreme flight conditions. Personally, I will never fly my drone in or over a volcanic crater. First of all the enclosure is not tight and robust enough to face the aggressive gases that rapidly attack the electronics. Just see what happens to a camera. If you do not set up a protection around it, you are sure to be confronted with dysfunctions.

In Hawaii, the HVO staff used Unmanned Aircraft Systems (UAS) specially designed to face the 2018 eruption. The machines were far sturdier than the conventional commercial ones.  The most basic capability of the UAS was simple video imaging and streaming. The images helped identify where new lava breakouts were happening or were likely to occur. Some of the UAS were outfitted with thermal cameras. The drones were also equipped with a multi-gas sensor to identify any new degassing sources. The fissures would have been too dangerous for geologists to approach on foot. More technical applications of UAS-based imaging included the creation of digital elevation models (DEMs) and measurements of lava flow speeds within channels. Several HVO staff members have become licensed UAS operators, allowing HVO to add UAS capabilities to its monitoring repertoire.

Crédit photo : HVO

Islande : Hécatombe de drones sur le site de l’éruption // Many losses of drones on the eruption site

En tant qu’aéromodéliste et propriétaire de plusieurs drones, mon attention a été attirée par un article publié sur le site web Iceland Review à propos de la perte de drones sur le site de l’éruption islandaise.

Depuis le début de l’éruption dans la Geldingadalur, de nombreux drones ont fini leur course sur le champ de lave qui a signé leur arrêt de mort. L’une des victimes d’une telle mésaventure pense que le responsable est avant tout le champ magnétique qui présente des irrégularités. Un ingénieur pense que la chaleur du champ de lave contribue elle aussi à la perte des drones.

En ce qui concerne le champ magnétique, on peut lire que la boussole du drone est perturbée, ce qui fait que le drone perd sa connexion GPS. Le drone passe alors en mode ATTI [abréviation de Attitude] ; le contrôleur de vol cesse de venir en aide au pilote et le drone commence à s’éloigner.

En outre, la chaleur de l’éruption est susceptible de faire fondre le capot en plastique qui recouvre le moteur et l’électronique du drone. Au final, ce dernier se retrouve dans les coulées de lave.

Pour éviter cette mésaventure, il est conseillé de faire voler les drones contre le vent, au cas où la connexion radio serait coupée. An procédant ainsi, le drone revient vers vous, au lieu de s’éloigner.

J’ajouterai personnellement qu’un autre problème avec les drones lors d’une éruption réside dans les turbulences causées par le mélange de gaz, de chaleur et de vent. Tous ces éléments donnent naissance à une sorte de microclimat qui rend difficile le contrôle d’un drone.

Enfin, les propriétaires de drones ne doivent pas trop se fier à la vitesse du vent à laquelle l’avion est censé résister. La vitesse de vent indiquée dans les notices d’utilisation est souvent exagérée.

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As a model aircraft user and the owner of several drones, I was interested in an article released on the Iceland Review website about the loss of drones on the Icelandic eruption site.

Since the start of the eruption in Geldingadalur, many drones have been devoured by the lava flows. One of the victims says he suspects that the irregular magnetic field is to blame. An engineer thinks the heat of the lava field is also responsible for the loss of drones. :

As far as the magnetic field is concerned, one can read that the drone’s compass gets confused, causing the drone to lose its GPS connection. This makes the drone switch to a so-called ATTI [short for Attitude] Mode, meaning that the flight controller stops assisting the pilot and the drone starts drifting away.

Besides, the heat from the eruption causes the plastic enclosure, to which the drone’s motor and electronics are attached, to melt. As a result, drones end up in the lava stream. To avoid the disaster, it is advisable to fly the drones against the wind, in case the connection with them is cut. Then the drone will drift back to you, instead of away from you.

I will add that another problem with the drones during an eruption lies with the turbulences caused by the mixture of gases, heat and wind. All these elements give birth to a kind of microclimate that makes it difficult to control a drone.

At last, the owners of drones should not trust too much the official wind speed the aircraft is supposed to resist. The wind speed indicated in the instruction manual is often exaggerated.

Photo : C. Grandpey

La migration du Pôle Nord Magnétique // The migration of the North Magnetic Pole

Ce qui suit n’a rien à voir avec les volcans, la fonte des glaciers et le changement climatique, mais l’événement mérite d’être mentionné: le Pôle Nord Magnétique de la Terre est en train de migrer rapidement vers la Sibérie, ce qui – pour la première fois – oblige les scientifiques à mettre à jour le Modèle Magnétique Mondial (MMM) plus tôt que prévu. La version la plus récente du modèle a été publiée en 2015 et devait durer jusqu’en 2020. Plusieurs articles sur ce sujet ont été diffusés dans la presse scientifique. J’ai choisi de résumer l’un d’entre eux publié sur l’excellent site web The Watchers.

Le Nord magnétique est différent du Nord géographique qui lui est fixe. Le Nord magnétique est l’endroit de la surface de la terre où les lignes du champ magnétique sont verticales. Pour comprendre pourquoi le Nord magnétique ne bouge pas, il faut prendre en compte la structure de la Terre qui – il est bon de le rappeler – est constituée de la lithosphère, du manteau puis du noyau. Ce noyau est essentiellement constitué d’un alliage de fer et de nickel, c’est un excellent conducteur électrique. Le refroidissement continu de la Terre génère des courants de convection au sein de cet immense océan métal liquide. Cette circulation de matière génère des courants électriques qui entretiennent la dynamo terrestre. Ce système dynamique a des propriétés qui varient au cours du temps, parmi elles, la position du pôle Nord magnétique.

Les modèles de champs magnétiques de référence sont utilisés dans un vaste champ d’applications comme la navigation aérienne et maritime, et sont inclus dans des milliards d’appareils électroniques portables. Étant donné que le champ magnétique principal change lentement au fil du temps, ces modèles sont régulièrement mis à jour, généralement tous les cinq ans.
C’est la première fois depuis que le champ magnétique est étudié par l’intermédiaire de données satellitaires en orbite terrestre basse que des absences de linéarité dans les variations de champ conduisent à un tel écart aussi tôt dans le cycle.
Une manifestation remarquable de la variation du Pôle Nord Magnétique est sa migration vers la Russie qui a lieu à le vitesse particulièrement élevée d’environ 50 km par an depuis le début du 21ème siècle. En revanche, la dérive du Pôle Sud Magnétique est très lente – moins de 10 km par an – et n’a pas beaucoup évolué au cours des dernières décennies.
Certains scientifiques pensent que cette migration rapide annonce une inversion géomagnétique sur Terre. Le champ magnétique varie en permanence. Le nord magnétique est instable, et au bout de quelques centaines de milliers d’années la polarité s’inverse, de sorte qu’une boussole pointe vers le sud et non plus vers le nord.
Etant donné que les pôles magnétiques se déplacent dans le temps, les minéraux solidifiés forment des «bandes» sur le plancher océanique et fournissent un enregistrement de l’histoire du champ magnétique terrestre. Une carte produite par la constellation de satellites Swarm a donné aux scientifiques une vision globale des bandes magnétiques associées à la tectonique des plaques au niveau des dorsales médio-océaniques. Ces bandes magnétiques témoignent des inversions des pôles et l’analyse des empreintes magnétiques du fond des océans permet de reconstituer les modifications du champ magnétique dans le passé. Elles aident également à étudier les mouvements des plaques tectoniques.
Il y a eu 183 inversions du champ magnétique au cours des 83 derniers millions d’années. La dernière inversion stable, l’inversion Brunhes – Matuyama, s’est produite il y a 780 000 ans et s’est probablement effectuée très rapidement, le temps d’une vie humaine. Un tel événement pourrait doter la Terre d’un champ magnétique considérablement réduit pendant une période inconnue, ce qui exposerait notre monde aux effets dangereux du soleil. Si cela se produisait dans le monde actuel où l’énergie électrique est omniprésente et où les communications à l’échelle mondiale sont interconnectées, un champ magnétique réduit pourrait coûter des milliards de dollars.
Certains géologues affirment que l’inversion du champ magnétique terrestre est en retard et qu’elle aurait déjà dû avoir lieu, et que nous sommes entrés dans une inversion en ce moment même car le champ magnétique s’est affaibli au cours des 150 dernières années ou plus. D’autres géologues pensent que les inversions magnétiques sont liées aux extinctions de masse. Cependant, il n’existe aucune preuve réelle permettant de confirmer ou d’infirmer une telle hypothèse.
Source: The Watchers.

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It has nothing to do with volcanoes, glacier melting and climate change, but the event deserves to be mentioned: Earth’s North Magnetic Pole is rapidly migrating toward Siberia, forcing the world’s geomagnetism experts to update the World Magnetic Model (WMM) ahead of schedule for the first time. The most recent version of the model came out in 2015 and was supposed to last until 2020. Several articles have been written in the scientific press about this topic and I chose to sum up one of them released on the excellent website The Watchers.

The magnetic North is different from the geographic North which is fixed. The magnetic North is the place on the surface of the Earth where the magnetic field lines are vertical. To understand why the magnetic north does not move, we must take into account the structure of the Earth which consists of the lithosphere, the mantle and the core. This core is essentially made of an alloy of iron and nickel; it is an excellent electrical conductor. The continuous cooling of the Earth generates convection currents within this huge ocean of liquid metal. This circulation of matter generates electric currents that maintain the terrestrial dynamo. This dynamic system has properties that vary over time, among them, the position of the magnetic North Pole.

Reference geomagnetic field models are used in a wide range of applications, including aircraft and ship navigation, and are embedded in billions of handheld electronic devices. Because the main magnetic field slowly changes over time, these models are regularly updated, typically every five years.

It is the first time since the geomagnetic field has been surveyed by low Earth orbit satellite data that non-linearities in field variations lead to a WMM specification breach so early in the cycle.

A remarkable manifestation of the field variation is the drift of the North Magnetic Pole towards Russia, which has been occurring at the unusually high speed of about 50 km per year since the beginning of the 21st century. On the contrary, the South Magnetic Pole drift is very slow (less than 10 km per year) and has not changed much over the past few decades.

Some scientists believe this rapid migration is one of the signs of Earth’s geomagnetic reversal. The magnetic field is in a permanent state of flux. Magnetic north wanders, and every few hundred thousand years the polarity flips so that a compass will point south instead of north.

Since magnetic poles flip back and forth over time, the solidified minerals form ‘stripes’ on the seafloor and provide a record of Earth’s magnetic history. A map produced by the Swarm constellation of satellites gave scientists an unprecedented global view of the magnetic stripes associated with plate tectonics reflected in the mid-oceanic ridges. These magnetic stripes are evidence of pole reversals and analyzing the magnetic imprints of the ocean floor allows the reconstruction of past core field changes. They also help to investigate tectonic plate motions.

There have been 183 reversals over the last 83 million years. The latest stable reversal, called Brunhes–Matuyama reversal, occurred 780 000 years ago, and may have happened very quickly, within a human lifetime. Such an event might leave Earth with a substantially reduced magnetic field for some unknown period of time, exposing our world to dangerous effects from the Sun. If it occurred in today’s world of ubiquitous electric power and global interconnected communications, a reduced magnetic field could cost us billions of dollars.

Some geologists argue the Earth is overdue for a reversal and might even be entering one now, as the geomagnetic field has been getting weaker over the past 150 years or more. Others suggest that geomagnetic reversals are connected with mass extinctions. However, there is no substantial evidence to either confirm or deny that suggestion.

Source: The Watchers.

Carte montrant l’évolution du Pole Nord Magnétique à travers le temps (Source :Earth Planets Space & National Geophysical Data Center)