Ученые из Университета Южной Калифорнии (USC) представили доказательства того, что внутреннее ядро Земли колеблется – и это противоречит ранее принятым моделям, предполагавшим, что оно постоянно вращается с большей скоростью, чем поверхность планеты.
Исследование ученых, опубликованное 10 июня 2022 года в журнале Science Advances, показывает, что внутреннее ядро изменило направление движения за шестилетний период с 1969 по 1974 год, согласно анализу сейсмических данных. Ученые утверждают, что их модель движения внутреннего ядра также объясняет изменение продолжительности дня, которое, как было показано, постоянно колеблется в течение последних нескольких десятилетий.
«Наши результаты показывают, что поверхность Земли действительно смещается по сравнению с ее внутренним ядром, как и утверждалось наукой в течение 20 лет», — сказал Джон Э. Видейл (John E. Vidale), соавтор исследования из USC.
«Однако наши последние наблюдения показывают, что внутреннее ядро вращалось немного медленнее с 1969 по 1971 год, а затем двигалось в другом направлении с 1971 по 1974 год. Мы также отмечаем, что продолжительность дня увеличивалась и уменьшалась, как и предсказывалось моделью. Совпадение этих двух наблюдений делает осцилляцию вероятной интерпретацией».
Анализ атомных испытаний точно определяет скорость и направление вращения
Наше понимание внутреннего ядра значительно расширилось за последние 30 лет. Было показано, что внутреннее ядро — горячий, плотный шар из твердого железа размером с Плутон — движется и/или изменяется на протяжении десятилетий.
Его невозможно наблюдать напрямую, а это означает, что исследователи изо всех сил пытаются с помощью косвенных измерений объяснить закономерность, скорость и причину движения и изменений. Исследование, опубликованное в 1996 году, было первым, в котором было высказано предположение, что внутреннее ядро вращается быстрее, чем остальная часть планеты — это также известно как супервращение — примерно на 1 градус в год. Последующие открытия Видейла укрепили идею о том, что внутреннее ядро вращается быстрее, хотя и с меньшей скоростью.
Используя данные Large Aperture Seismic Array (LASA), исследователи Вей Ван и Видейл обнаружили, что внутреннее ядро вращается медленнее, чем предполагалось ранее, примерно на 0,1 градуса в год. В исследовании анализировались волны, генерируемые советскими подземными ядерными испытаниями в 1971–1974 годах на арктическом архипелаге Новая Земля, с использованием новой техники Формирования луча (Beamforming), разработанной Видейлом.
Новые результаты были получены, когда Ван и Видейл применили ту же методологию к двум более ранним атомным испытаниям под островом Амчитка на оконечности архипелага Аляски — Милроу в 1969 году и Канникин в 1971 году. Измеряя волны сжатия, возникающие в результате ядерных взрывов, они обнаружили, что внутреннее ядро имело обратное направление, вращаясь не менее чем на одну десятую градуса в год. Это последнее исследование стало первым случаем, когда хорошо известное шестилетнее колебание было выявлено посредством прямых сейсмологических наблюдений.
«Идея о том, что внутреннее ядро колеблется, была моделью, которая существовала, но сообщество разделилось во мнениях относительно ее жизнеспособности», — говорит Видейл. «Мы подошли к ней, ожидая увидеть такое же направление и скорость вращения в более ранней паре атомных испытаний, но вместо этого мы увидели противоположное. Мы были очень удивлены, обнаружив, что ядро движется в другом направлении».
Будущие исследования помогут лучше понять, почему сформировалось внутреннее ядро
По словам Вана, используя сейсмологические данные атомных испытаний в предыдущих исследованиях, они смогли определить точное место и время очень простого сейсмического события. Однако LASA в Монтане закрылась в 1978 году, и эра подземных атомных испытаний в США подошла к концу, а это означает, что исследователям придется полагаться на сравнительно неточные данные о землетрясениях, даже с учетом последних достижений в области приборов.
Исследование действительно поддерживает предположение о том, что внутреннее ядро колеблется на основе изменений продолжительности дня — плюс-минус 0,2 секунды в течение шести лет — и геомагнитных полей, оба из которых соответствуют теории как по амплитуде, так и по фазе.
Видейл говорит, что результаты формируют убедительную теорию по многим вопросам, поставленных исследовательским сообществом. «Внутреннее ядро не зафиксировано — оно движется под нашими ногами и, кажется, перемещается туда-сюда на пару километров каждые шесть лет», — заключил Видейл.
Источник: Wei Wang et al, Seismological observation of Earth’s oscillating inner core, Science Advances (2022). DOI: 10.1126/sciadv.abm9916. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abm9916