Ученые подтвердили, что внутреннее ядро ​​Земли настолько замедлилось, что движется назад. Вот что это может означать

Подпишитесь на информационный бюллетень CNN Wonder Theory. Исследуйте вселенную, узнавая новости об увлекательных открытиях, научных достижениях и многом другом..

Си-Эн-Эн
—

Глубоко в недрах Земли находится твердый металлический шар, который вращается независимо от нашей вращающейся планеты, словно волчок внутри большого волчка, окутанный тайной.

Это внутреннее ядро ​​интриговало исследователей с момента его открытия датским сейсмологом Инге Леманн в 1936 году, а то, как оно движется – скорость и направление вращения – было предметом дебатов, длившихся десятилетиями. Растущее количество данных свидетельствует о том, что вращение ядра резко изменилось за последние годы, но ученые по-прежнему расходятся во мнениях относительно того, что именно происходит и что это означает.

Частично проблема заключается в невозможности непосредственно наблюдать или брать образцы из глубоких недр Земли. Сейсмологи собрали информацию о движении внутреннего ядра, исследуя поведение волн, возникающих в результате сильных землетрясений, обрушившихся на этот регион. Различия между волнами одинаковой силы, прошедшими через ядро ​​в разное время, позволили ученым измерить изменения в положении внутреннего ядра и рассчитать его вращение.

«Дифференциальное вращение внутреннего ядра было предложено как явление в 1970-х и 1980-х годах, но сейсмические данные не были опубликованы до 1990-х годов», — сказала доктор Лорен Ващик, старший преподаватель физических наук в Университете Джеймса Кука в Австралии.

Но исследователи спорят о том, как интерпретировать эти результаты, «в первую очередь из-за сложности проведения подробных наблюдений внутреннего ядра из-за его удаленности и ограниченности доступных данных», — сказал Васек. В результате, добавила она, «последующие исследования последующих лет и десятилетий расходятся во мнениях относительно скорости вращения, а также его направления относительно мантии». Некоторые исследования даже показали, что ядро ​​вообще не вращается.

Перспективная модель Предлагается в 2023 году Ученые описывают внутреннее ядро, которое когда-то вращалось быстрее, чем сама Земля, но теперь вращается с меньшей скоростью. Ученые сообщили, что вращение ядра какое-то время соответствовало вращению Земли. Затем оно замедлилось еще больше, пока ядро ​​не начало двигаться назад относительно окружающих слоев жидкости.

В то время некоторые эксперты предупреждали, что для подтверждения этого вывода необходимы дополнительные данные, и теперь другая группа ученых предоставила убедительные новые доказательства в пользу этой гипотезы о скорости вращения внутреннего ядра. Исследование было опубликовано 12 июня в журнале природа Но это не только подтверждает лежащее в основе экономического замедления, но и поддерживает предположение 2023 года о том, что это фундаментальное замедление является частью долгосрочной модели замедления и ускорения.

По словам одного из авторов исследования, новые результаты также подтверждают, что изменения скорости вращения следуют 70-летнему циклу. Доктор Джон ВидалПрофессор декана наук о Земле Дорнсайфского колледжа литературы, искусств и наук Университета Южной Калифорнии.

«Мы спорим об этом уже 20 лет, и я думаю, что это правильное решение», — сказал Видал. «Я думаю, что мы закончили дискуссию о том, движется ли внутреннее ядро ​​и какова его картина. последние два десятилетия».

Но не все убеждены, что вопрос исчерпан, и то, как замедление внутреннего ядра может повлиять на нашу планету, остается открытым вопросом — хотя некоторые эксперты говорят, что магнитное поле Земли может сыграть свою роль.

Твердое металлическое внутреннее ядро ​​расположено на глубине 3220 миль (5180 километров) внутри Земли и окружено жидкометаллическим внешним ядром. Внутреннее ядро ​​состоит в основном из железа и никеля и, по оценкам, имеет такую ​​же температуру, как поверхность Солнца — около 9800 градусов по Фаренгейту (5400 градусов по Цельсию).

Магнитное поле Земли притягивает этот твердый шар из горячего металла, заставляя его вращаться. В то же время гравитация и поток жидкого внешнего ядра и мантии притягивают ядро. По словам Видаля, на протяжении многих десятилетий воздействие этих сил приводит к различиям в скорости вращения ядра.

Поток богатой минералами жидкости во внешнем ядре генерирует электрические токи, которые питают магнитное поле Земли, защищающее нашу планету от смертоносной солнечной радиации. Хотя прямое влияние внутреннего ядра на магнитное поле неизвестно, ученые ранее сообщали… В 2023 году Медленно вращающееся ядро ​​может повлиять на него, а также частично сократить продолжительность дня.

Когда ученые пытаются «увидеть» всю планету, они обычно отслеживают два типа сейсмических волн: волны давления, или P-волны, и поперечные волны, или S-волны, проходят через все типы материи; Согласно теории S-волны распространяются только через твердые тела или очень вязкие жидкости. Геологическая служба США.

Сейсмологи в 1880-х годах заметили, что S-волны, порождаемые землетрясениями, не проходят через всю Землю, поэтому они пришли к выводу, что ядро ​​Земли расплавлено. Но некоторые Р-волны, пройдя через ядро ​​Земли, появились в неожиданных местах — в «теневой зоне», сказал Леман. Назови это -Создание аномалий, которые невозможно было объяснить. Леманн был первым, кто предположил, что турбулентные P-волны могут взаимодействовать с твердым внутренним ядром внутри жидкого внешнего ядра, основываясь на данных мощного землетрясения 1929 года в Новой Зеландии.

Отслеживая сейсмические волны от землетрясений, которые прошли через внутреннее ядро ​​Земли по аналогичным траекториям с 1964 года, авторы исследования 2023 года обнаружили, что вращение следует 70-летнему циклу. К 1970-м годам внутреннее ядро ​​вращалось немного быстрее, чем планета. Затем примерно в 2008 году оно замедлилось, а с 2008 по 2023 год начало слегка двигаться в противоположном направлении относительно мантии.

В новом исследовании Видал и его коллеги наблюдали сейсмические волны, генерируемые землетрясениями в одних и тех же местах в разное время. Они обнаружили 121 пример таких землетрясений, произошедших в период с 1991 по 2023 год на Южных Сандвичевых островах, архипелаге вулканических островов в Атлантическом океане к востоку от самой южной оконечности Южной Америки. Исследователи также изучили ударные волны, проникшие в активную зону в результате советских ядерных испытаний, проведенных между 1971 и 1974 годами.

По словам Видаля, вращение сердца влияет на время прихода волны. Сравнение времени сейсмических сигналов при их контакте с ядром выявило изменения во вращении ядра с течением времени, подтверждая 70-летний цикл вращения. По расчетам исследователей, сердце почти готово снова начать ускоряться.

По сравнению с другими сейсмическими исследованиями, которые измеряют отдельные землетрясения по мере их прохождения через ядро ​​— независимо от того, когда они происходят — использование только парных землетрясений уменьшает объем полезных данных, «что делает метод более сложным», — сказал Вашек. Однако, по словам Видаля, это также позволило ученым более точно измерить изменения во вращении ядра. Если модель его команды верна, вращение ядра снова начнет ускоряться примерно через пять-десять лет.

Сейсмометры также показали, что в течение 70-летнего цикла вращение ядра замедляется и ускоряется с разной скоростью, «что необходимо будет объяснить», сказал Видаль. Одна из возможностей заключается в том, что металлическое внутреннее ядро ​​не такое твердое, как ожидалось. По его словам, если он деформируется во время вращения, это может повлиять на постоянство скорости его вращения.

Расчеты команды также показывают, что ядро ​​имеет разные скорости вращения при движении вперед и назад, что вносит «интересный вклад в речь», сказал Вашек.

Но глубина и недоступность внутреннего ядра означают, что сомнения остаются, добавила она. Что касается того, действительно ли закончились дебаты по поводу вращения ядра, Васек сказал: «Нам нужно больше данных и улучшенные междисциплинарные инструменты для дальнейшего изучения этого вопроса».

По словам Видала, хотя их можно отслеживать и измерять, изменения во вращении ядра практически незаметны для людей на Земле. Когда ядро ​​вращается медленнее, движение мантии ускоряется. Этот сдвиг заставляет Землю вращаться быстрее и сокращает продолжительность дня. Но такие ротационные сдвиги составляют всего лишь миллисекунду в течение дня, сказал он.

«С точки зрения такого влияния на жизнь человека?» Он сказал. «Я не могу себе представить, что это так много значит».

Ученые изучают внутреннее ядро, чтобы узнать, как сформировались глубокие недра Земли и как деятельность связана во всех подповерхностных слоях планеты. Видаль добавил, что особенно интересна загадочная область, где жидкое внешнее ядро ​​окружает твердое внутреннее ядро. Как место встречи жидкости и твердого тела, эта граница «полна потенциала активности», как и граница ядро-мантия и граница мантия-кора.

«Например, на границе внутреннего ядра у нас могут быть вулканы, где твердые и жидкие тела встречаются и движутся», — сказал он.

Поскольку вращение внутреннего ядра влияет на движение внешнего ядра, считается, что вращение внутреннего ядра помогает питать магнитное поле Земли, хотя необходимы дополнительные исследования, чтобы раскрыть его точную роль. Ващик сказал, что еще многое предстоит узнать об общей структуре внутреннего ядра.

«Новые и будущие методологии будут иметь решающее значение для ответа на текущие вопросы о внутреннем ядре Земли, включая вращение».

Минди Вайсбергер — научный писатель и медиапродюсер, чьи работы публиковались в журналах Live Science, Scientific American и How It Works.