Внутренние, адские интриги нашей планеты могут оказаться гораздо сложнее, чем мы предполагали. Новое детальное исследование недр Земли показало, что вращающееся внутреннее ядро не только меняет скорость вращения — оно также, по-видимому, меняет форму, при этом наблюдаются едва заметные изменения в способе распространения акустических волн через центр планеты. Исследование опубликовано в журнале Nature Geoscience.
Это невероятное открытие, которое позволит лучше понять, как работает ядро, что, в свою очередь, прольет свет на другие странные проявления поведения Земли.
«Обнаружение процесса, который ранее не был документирован, — это волнительно», — сказал геофизик Джон Видейл из Университета Южной Калифорнии. «Мы всегда надеемся найти следующий странный и глубокий факт, и это наблюдение — совершенно новое. Следующим шагом будет убедиться, что мы правы, и отточить наши модели».
Твердое внутреннее ядро Земли представляет собой один из самых загадочных двигателей в геофизике. Оно вращается там внизу, обернутое в амортизирующую оболочку расплавленного внешнего ядра, неумолимо связанное с планетарным поведением, таким как продолжительность дня, и геомагнитным полем, выброшенным в космос электромагнетизмом, создаваемым его движением.
Поскольку ядро играет такую важную роль в планетарных процессах, ученые рвутся в бой, чтобы узнать, что именно там происходит. Но, ну, мы не можем спуститься и посмотреть на него. К счастью, наша планета дала нам способ провести измерения ее недр: землетрясения. Когда земная кора трескается и трясется, акустические волны отражаются вокруг, распространяясь через или отражаясь от различных материалов, с которыми она сталкивается.
Ученые могут затем анализировать волны, полученные станциями сейсмического мониторинга по всему миру, чтобы провести измерения ядра планеты. Мы знаем, например, что внутреннее ядро Земли, вероятно, представляет собой горячий, плотный шар из твердого железа и никеля, размером примерно 2440 километров в поперечнике, что немного больше размера Плутона. Данные также свидетельствуют о том, что оно демонстрирует суперротацию, вращаясь быстрее самой Земли, хотя в последние годы оно могло замедлиться.
Используя данные о землетрясениях, Видейл и его коллеги годами работали над раскрытием тайн внутреннего ядра. В 2022 году они опубликовали статью, описывающую, по-видимому, связь между изменением скорости вращения внутреннего ядра и периодическим изменением продолжительности земных суток. Дальнейшие исследования показали, что никакой связи нет.
Видейл отмечает, что если мы хотим иметь возможность точно связать поведение ядра с эффектами, которые это поведение оказывает на планету в целом, нам необходимо соответствующим образом охарактеризовать это поведение.
Теперь, довольно хорошо установлено, что вращение внутреннего ядра меняет скорость, и очевидно, что скорость вращения отличается от планетарного вращения. Но есть изменчивость в сейсмических волнах, которые отражаются от ядра, которую трудно определить: это из-за изменчивости скорости вращения или изменчивости формы ядра?
Чтобы понять это явление, Видейл и его команда изучили 168 пар повторяющихся землетрясений, произошедших по всей планете.
«Каждая повторяющаяся пара — это два почти идентичных землетрясения, — пояснил он, — поэтому мы можем связать любые наблюдаемые нами изменения с разницей в пути распространения сейсмических волн».
Они сравнили свои пары землетрясений с тех времен, когда внутреннее ядро снова занимало то же самое положение, что означало, что они могли исключить изменение скорости вращения для изменений сейсмического сигнала. Их результаты показали различия в волнах, скользящих по поверхности внутреннего ядра, на границе между внутренним и внешним ядрами, что предполагает наличие изменений в форме ядра.
Так как же это выглядит?
«Трудно сказать наверняка, но, возможно, это будут небольшие впадины и поднятия на границе внутреннего ядра в ответ на энергично текущее внешнее ядро», — сказал Видейл. «Возможно, изменения происходят полностью во внутреннем ядре, но это менее вероятно. Направляемым нашим предположением является тот факт, что внутреннее ядро находится как раз в точке плавления на своей поверхности, и поэтому может быть довольно мягким».
Для этого есть ряд возможных причин, но главная из них — это притяжение областей с более высокой плотностью материала внутри нашей планеты, известных как крупные провинции с низкой скоростью сдвига. Также возможно, что конвективный поток во внешнем ядре может тянуть внутреннее ядро, изменяя его форму. Или, может быть, и то, и другое.
Но что действительно круто здесь, так это то, что сигналы в сейсмических данных можно отнести к двум изменениям во внутреннем ядре: изменению скорости вращения и изменению формы. И, конечно, Видейл и его коллеги собираются продолжить исследования.
«Больше данных — это обычно лучший способ лучше понять новые заявления», — сказал Видейл. «Внутреннее ядро, если оно продолжит вращаться в том направлении, в котором оно двигалось последние 15 лет, скоро вернется туда, где оно было около 2000 года, когда оно могло сделать что-то интересное. Следующие несколько лет будут поучительны».
