A simple mechanism for the reversals of Earth's magnetic field
F. Petrelis, S. Fauve, E. Dormy, J. P. Valet
我们表明，一个模型，最近用来描述所有的动态制度的磁场产生的发电机效应在VKS实验[1]，也提供了一个简单的解释地球的磁场的逆转，尽管两个系统之间的强烈差异。
We show that a model, recently used to describe all the dynamical regimes of the magnetic field generated by the dynamo effect in the VKS experiment [1], also provides a simple explanation of the reversals of Earth's magnetic field, despite strong differences between both systems.
机构、总结、中文摘要均由AI分析而来，可能存在错误，请以论文正文为准。
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A generalized Bak-Sneppen model for Earth's magnetic field reversals
我们介绍一个简单的地球磁场逆转模型。该模型包括在随机节点模拟漩涡的液体部分的核心，通过一个简单的更新算法收敛到一个自组织的临界状态，与反转时间的概率分布函数的形式的幂律（假设是在实际的反转）。不应期望对逆转进行详细描述。然而，我们希望通过一些被很好地再现的基本特征来达到对反转的更深刻的认识。
Bernoulli process with 282 ky periodicity is detected in the R-N reversals of the earth's magnetic field
研究过去118年的极性时间尺度，发现了P=0.5的伯努利过程与高斯噪声叠加的R-N磁反转。伯努利试验的间隔为282 ky。伯努利过程的频率与行星周期相关，并与撞击引发的全球冷却机制相一致。检测到的模式允许计算任何时间间隔之间即将到来的R-N反转的概率。
We study predictions of reversals of Earth's axial magnetic dipole field that are based solely on the dipole's intensity. The prediction strategy is, roughly, that once the dipole intensity drops below a threshold, then the field will continue to decrease and a reversal (or a major excursion) will occur. We first present a rigorous definition of an intensity threshold-based prediction strategy and then describe a mathematical and numerical framework to investigate its validity and robustness in view of the data being limited. We apply threshold-based predictions to a hierarchy of numerical mod…
On the time distribution of reversals in Earth's magnetic field
本文分析了地球磁场连续反转的周期分布。该分析包括极性的随机性，对应于不同时期的数据是否属于唯一的分布，最后，数据服从的分布类型。结果发现，分布是一个幂律（这可能是一个关键系统的指纹，作为地磁反转的原因）。对于分布函数，发现斜率值为-1.42。该值与不考虑当前考虑因素时获得的结果相差约15%，并被认为是主要发现。
Coexisting stochastic and coherence resonance in a mean-field dynamo model for Earth's magnetic field reversals
利用球对称平均场α ^2发电机模型研究地球磁场反转，我们证明了噪声引起的相干共振和随机共振现象的共存。随机共振最近被用来解释反转之间的停留时间分布的100 kyr周期性。与古地磁的一个的比较所产生的停留时间分布允许一些估计的有效扩散时间的地球的核心，这可能是100 kyr或略低于，而不是200 kyr，因为它会导致从分子电阻率。
A paradigmatic model of Earth's magnetic field reversals
地球磁场的不规则极性反转在过去的几十年里引起了人们的极大兴趣。尽管最近对地球发电机的数值模拟显示了很好的极性过渡，但逆转的原因和基本机制还远未被理解。使用一个典型的平均场发电机模型与球对称的螺旋湍流参数α，我们属性的反转的基本特征的磁场动力学在附近的一个例外点的非自伴发电机运营商的频谱。在这种特殊的（分支）点的平方根类型的两个真正的特征值合并，并继续作为一个复杂的共轭对的特征值。特别着重于数值计算的时间序列与古地磁观测的比较。结果表明，所考虑的发电机模型具有高的超临界性可以解释所观察到的时间尺度和不对称形状的反转与缓慢的衰减和快速的字段恢复。
Inferring basic parameters of the geodynamo from sequences of polarity reversals
利用地球磁场的极性反转的非对称时间依赖性和各种统计特性来推断地球发电机的一些最重要的参数，其中包括有效（湍流）磁扩散率，超临界度，以及周期性强迫的相对强度，这被认为是由于米兰科维奇周期的地球轨道偏心率。一个时间步进的球对称α ^2发电机模型被用作一个反问题求解器的核心，它以下坡单纯形法的形式收敛到与古地磁数据惊人对应的解。
Core-surface kinematic control of polarity reversals in advanced geodynamo simulations
本文通过数值模拟提出并验证了一种纯运动学的地磁极性反转机制，即核-幔边界表面下上升流减弱导致偶极子失稳反转，并表明弱分层条件下单一模型可重现从数十年到数百万年的地磁变化。
Simulating geomagnetic reversals through 2D Ising systems
在这项工作中，二维伊辛系统被用来模拟地球的磁场的逆转。每一次自旋都被认为是地球发电机中的一个环电流，磁化强度与场强成正比。鉴于该系统的一些物理少盘建模的相对成功，所有模拟都在小型系统中实现。温度T被用作调谐参数。它起着外部扰动的作用。幂律分布之间的逆转。当系统规模增加时，幂律的指数渐近地趋向于非常接近-1.5的值，通常被认为是这种现象的正确值。根据T和Tc的接近程度，反转期的平均持续时间会发生变化。这样，就有可能在模型和大致明确的反转记录时期之间建立一种平行关系。提出了今后工作的一些可能趋势。
Reversals in nature and the nature of reversals
地球磁场的反转的不对称形状表明可能与松弛振荡，因为他们早期讨论的范德波尔。一个简单的平均场发电机模型与球对称的$α$系数进行了分析，鉴于这种相似性，并进行比较的时间序列和相空间轨迹与古地磁测量。对于高超临界发电机的一个非常好的协议与数据实现。分析了数值反演序列与泊松统计的偏差，并与古地磁资料进行了比较。内核的作用进行了讨论，在光谱理论的背景下，参数和数值证据编译的内核的增长可能是重要的反转率的长期变化和超时的发生。
Statistical analysis and modeling of variations of the earth's magnetic field
本文对100年至400万年时间尺度的海洋柱状沉积物和古地磁资料中的地球磁场偶极矩进行了功率谱分析。功率谱与1/f成比例，其中f是频率。这些分析补充了以前的工作，以前的工作建立了时间尺度小于100年的变化的1/f^2谱。功率谱分析的倾斜度和decadescent推断从湖泊沉积物的时间尺度为10年至30万年也进行了。光谱在3 kyr以上的时间尺度上是恒定的，在500年到3 kyr的时间尺度上与1/f^2成比例，在500年以下的时间尺度上也是恒定的。3 kyr时间尺度与四极矩的衰变时间有关。我们测试的假设，反转是偶极强度与1/f频谱的变化的结果，偶尔是大到足以跨越零强度值。合成副法线时间序列与1/f功率谱表示在地球的偶极矩的变化。这些时间序列的合成反转显示出与反转记录良好一致的统计数据。1/f噪声行为再现与模型的磁扩散在地球的核心驱动的发电机行动建模为随机放大或破坏的本地磁场。
Bistability between equatorial and axial dipoles during magnetic field reversals
对存在非均匀加热的地球发电机进行了数值模拟。我们研究了赤道对称性被破坏时的磁场的动力学和结构。如果对称性破缺足够强，m = 0轴向偶极场被半球形磁场取代，半球形磁场由振荡的m = 1磁场主导。此外，对于适度的对称性破缺，观察到的轴向和赤道偶极子之间的双稳态。在这一机制下，轴向磁场呈现出极性的混沌开关，在过渡期间涉及赤道偶极子。这种新的情况下，磁场逆转的地球发电机的框架内进行了讨论。
A new deterministic model for chaotic reversals
提出了一个新的三个耦合常微分方程的混沌系统，该系统仅限于二次非线性项。各种各样的动态制度的报告。对于某些参数，混沌反转的振幅产生的危机引起的不稳定性，下面的机制不同于通常观察到的类似的确定性模型。尽管它很简单，但这个系统因此产生了丰富的动力学，能够模拟更复杂的物理系统。特别是，与地球的磁场反转的比较显示出令人惊讶的良好的协议，并突出了确定性混沌描述地磁场动态的相关性。
The timeline of the Earth's history reveals quasi-periodicity of the geological record over the last 542 Myr, on timescales close, in the order of magnitude, to 1 Myr. What is the origin of this quasi-periodicity? What is the nature of the global events that define the boundaries of the geological time scale? I propose that a single mechanism is responsible for all three types of such events: mass extinctions, geomagnetic polarity reversals, and sea-level fluctuations. The mechanism is fast, and involves a significant energy release. The mechanism is unlikely to have astronomical causes, both …
One of the most intriguing features of Earth's axial magnetic dipole field, well-known from the geological record, is its occasional and unpredictable reversal of polarity. Understanding the phenomenon is rendered very difficult by the highly non-linear nature of the underlying magnetohydrodynamic problem. Numerical simulations of the liquid outer core, where regeneration occurs, are only able to model conditions that are far from Earth-like. On the analytical front, the situation is not much better; basic calculations, such as relating the average rate of reversals to various core parameters,…
Low inertia reversing geodynamos
针对传统反转发电机模型依赖惯性、与地核低罗斯贝数及强磁能特征不符的问题，通过同时增大Pr和Pm构建强场低惯性发电机模型，实现了数值可及参数下的类地极性反转。
Entropy of seismic electric signals: Analysis in natural time under time-reversal
最近在地球表面记录到的电信号，其幅度比迄今为止报道的要大得多。它们在自然时间内的熵小于“均匀”分布的熵，即$S_u$。这同样适用于它们在时间逆转时的熵。如fBm时间序列和开-关不稳定性模型中的数值模拟所支持的，这种行为源于无限范围的长范围时间相关性，因此这些信号可能是地震电信号（临界动态）。熵的波动被发现时，接近爆发，这提醒行为识别心脏性猝死的人时，分析他们的心电图。
A Gaussian Model for Simulated Geomagnetic Field Reversals
磁场反转是地磁场中最壮观的变化，但人们对它的了解却很少。古地磁数据主要限制反转率，并提供一些额外的线索。反转和偏移的特征是低的偶极矩，可以持续大约10kyr。一些古地磁记录还表明，磁场在反转之前的下降速度比反转之后的恢复速度要慢得多，并且恢复阶段可能会显示出磁场强度的过冲。在这里，我们研究了几个极长的发电机模拟的偶极矩的变化，统计探讨的逆转和偏移属性。数值反转的特征在于从高轴向偶极矩状态到低轴向偶极矩状态的切换。当分析各自的过渡时，我们发现衰退和增长具有非常相似的时间尺度，并且没有过冲。其他性质一般类似于古地磁的发现。偶极矩必须减少到其平均值的30%左右，才能允许反转。在磁场强度下降幅度相当的大幅度漂移与反转非常相似，并且可能具有相同的内部起源。模拟表明，这两个简单地触发特别大的轴向偶极子波动，而其他领域的组成部分基本上保持不受影响。一个模型在一个特别大的埃克曼数显示了第二个，但很少像地球类型的逆转，总场衰减和恢复后一段时间。
Why dynamos are prone to reversals
在最近的一篇论文中（Phys. Rev. Lett. 94（2005），184506; physics/0411050）表明，具有球对称螺旋湍流参数α的简单平均场发电机模型可以表现出对于地球的磁场反转典型的许多特征。特别是，该模型产生不对称的反转，场强和间隔长度的正相关性，和双峰场分布。所有这些功能是归因于磁场动力学的非自伴发电机运营商的频谱的一个例外点附近。增长率曲线的负斜率附近的局部最大值和异常点之间的系统不稳定，并驱动它的异常点，并超过进入振荡分支的符号发生变化。这种反转模型的一个弱点是明显的必要性，微调的磁雷诺数和/或径向分布的α。在本文中，它表明，这种微调是没有必要的情况下，更高的超临界发电机。数值例子和物理参数的编译表明，随着磁雷诺数的增加，有强烈的趋势，异常点和相关的局部最大值移近零增长率线。尽管球对称α ^2发电机模型再次证明了这一点，但饱和发电机进入易逆转状态的“自调谐”机制的主要思想似乎可以很好地转移到其他发电机上。因此，反向发电机可能是更典型的，可能会发生得更频繁的性质比什么可以预期从纯粹的运动学的角度。
The Matuyama-Brunhes reversal of Earth's magnetic dipole field took place 0.78 Ma ago, and detailed temporally resolved paleomagnetic data are available for this period. A geomagnetic reversal is expected to impact the cosmic ray flux, which in turn might impact atmospheric ionization rates. In this study a model that yields atmospheric ionization for the entire globe based on an input magnetic field is presented. Taking the time dependent paleomagnetic data as input, a 3D time series of the atmospheric ionization rates during the reversal is produced. We show, that as the dipole field weakens…
Magnetic field reversals and long-time memory in conducting flows
采用一个简单的理想磁流体动力学模型在球形几何形状，我们表明，无论是旋转或有限的磁螺旋度的存在下，足以引起动态反转的磁偶极矩。该模型的统计特征与地球磁场反转的统计特征相似，当存在旋转时，这种相似性更强.支持长时间相关、$1/f$噪声和反转统计之间的联系，与早期的建议一致.
Cramer-Rao bound in detection of reversals
我们使用克拉美-饶约束，以显示短的磁反转可以成功地恢复从磁异常剖面。使用一个简单的变种的葡萄树-马修斯模型，我们表明，特别是，在确定一个短的亚时的持续时间的错误是远远小于错误定位的中心的亚时。
An Earth-like planetary magnetic field has been widely invoked as a requirement for habitability as it purportedly mitigates the fluxes of ionizing radiation reaching the surface and the escape of neutrals and ions from the atmosphere. Recent paleomagnetic evidence indicates that the nucleation of Earth's inner core, followed perhaps by an increase in geomagnetic field strength, might have occurred close to the Ediacaran period. Motivated by this putative discovery, we explore the ensuing ramifications from the growth or reversals of Earth's dynamo. By reviewing and synthesizing emerging quant…
Asymmetric polarity reversals, bimodal field distribution, and coherence resonance in a spherically symmetric mean-field dynamo model
使用平均场发电机模型与球对称的螺旋湍流参数α是动态淬火和干扰的额外的噪音，地磁极反转的基本特征被证明是通用的后果发电机行动在附近的例外点的频谱。这个简单的范例模型产生了长时间的恒定极性，这些极性被自加速场衰变中断，导致不对称的极性反转。它显示了最近发现的双峰场分布，并给出了极性持续时间和场强之间的相关性的自然解释。此外，我们发现相干共振的典型特征的持续时间对噪声的依赖性。
The dynamo effect is the most popular candidate to explain the non-primordial magnetic fields of astrophysical objects. Although many systematic studies of parameters have already been made to determine the different dynamical regimes explored by direct numerical geodynamo simulations, it is only recently that the regime corresponding to the outer core of the Earth characterized by a balance of forces between the Coriolis and Lorentz forces is accessible numerically. In most previous studies, the Lorentz force played a relatively minor role. For example, they have shown that a purely hydrodyna…
A Novel Macroscopic Wave Geometric Effect of the Sunbeam and A Novel Simple Way to show the Earth-Self Rotation and Orbiting around the Sun
提出了一种新的宏观波几何效应的太阳束发生时，太阳束的方向（阴影的酒吧）角c速度在地球表面上观察和太阳束全球定位装置与针在中心的径向角图纸。发现在日出或日落时的角速度c与傅科摆面的旋转速率相同，说明地球自转。中午时的角速度c被发现有一个额外的项，这是由于太阳光束的一种新的宏观波几何效应。在观测太阳光束方向与地球轨道径向方向一致的情况下，发现地球自转轴相对于太阳光束前平面的倾角q与地球轨道角有关，描述了地球轨道径向距离。地球轨道的偏心率和从近日点开始计算天数的日历是由在地球表面测量的dq/dt和q得到的，表明地球围绕太阳运行。PACS编号：03.65.Vf、95.10.Km、91.10.Da、42.79.Ek。
Over its multibillion-year history, Earth has exhibited a wide range of climates. Its history ranges from snowball episodes where the surface was mostly or entirely covered by ice to periods much warmer than today, where the cryosphere was virtually absent. Our understanding of greenhouse gas evolution over this long history, specifically carbon dioxide, is mainly informed by deterministic models. However, the complexity of the carbon cycle and its uncertainty over time motivates the study of non-deterministic models, where key elements of the cycle are represented by inherently stochastic pro…
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