Почему магнитное поле Земли такое стабильное?

Краткий ответ : Планетарное вращение устанавливает преимущественную магнитную ось, а поле демонстрирует свою нестабильность в масштабах геологического времени, поэтому оно только кажется стабильным.

Хаос

Хорошее описание? Вероятно, да.

Существует большое разнообразие (см. этот и этот обзоры) магнитогидродинамических моделей (с различными допущениями, диапазонами параметров, граничными условиями и т. д.), которые успешно описывают основные характеристики динамики магнитного поля Земли. Этот факт предполагает, что для описания этой динамики требуется лишь небольшое количество фундаментальных ингредиентов, что делает ее доступной для низкоразмерных моделей. И, поскольку инверсии полярности сильно непериодичны, а потоки, как ожидается, будут турбулентными, эти модели, вероятно, должны быть хаотическими.

Тем не менее, даже если эти модели охватывают фундаментальные аспекты соответствующей динамики (они соответствуют доступным измерениям), они не могут полностью отразить сложный поток под земной корой.$-$поэтому их можно использовать для исследования основных особенностей динамики, но, вероятно, не более мелких деталей.

почему магнитное поле Земли переворачивается только через очень длительные периоды времени

Предположим, у нас есть ситуация без флипов, когда возможна любая полярность, но (полностью) устойчивая, т. е. флипов нет. На жаргоне теории хаоса это описывается как система, имеющая два аттрактора, которые мы можем визуализировать как два отдельных пятна в фазовом пространстве.

Теперь учтите, что при смещении параметра эти два аттрактора могут каким-то образом сливаться, но лишь незначительно, через узкий мост: траектория будет двигаться от одного пятна к другому с частотой, пропорциональной эффективной ширине этого моста. Таким образом, вы можете иметь долгое время ожидания между флипами.

Это именно то, что, например, предлагает Гиссинджер в новой детерминированной модели хаотических разворотов ( arxiv ):

в настоящее время путешествует около 64 км в год, но это кажется небольшим, а также довольно регулярным, а не тем, что вы ожидаете от хаотической системы.

Как видно из рисунка выше, даже если моменты времени, когда кривая (траектория) меняется от одного броска к другому, непредсказуемы, общее движение, особенно между изменениями, очень плавное и примерно регулярное. Это похоже на ситуацию в Солнечной системе, которая хаотична, но краткосрочное поведение которой в основном довольно предсказуемо.

геофизика

почему вместо переворота он просто не меняет направление

Крупномасштабные потоки на планете связаны с ее вращением эффектом Кориолиса, который «имеет тенденцию организовывать поток в валы, выровненные вдоль полярной оси север-юг» (Википедия ) . Даже если поток хаотический, эффект Кориолиса, вероятно, останется существенным влиянием.

Почему интенсивность (насколько мне известно) тоже стабильна?

На самом деле «напряженность магнитного поля резко уменьшается во время инверсий» ( Ядро Земли и нижняя мантия , Джонс и др., Глава 4, Геомагнитные инверсии , К. Констебл).