Ученые определили 8,5-летний цикл колебаний внутреннего ядра Земли

Исследователи из Китая подтвердили существование примерно 8,5-летнего колебания внутреннего ядра (ICW) как в движении полюсов, так и в вариациях длины дня, обнаружив статический наклон около 0,17 градусов между внутренним ядром Земли и мантией, что бросает вызов традиционным предположениям о внутренней динамике Земли и распределении плотности.

Внутреннее ядро ​​Земли представляет собой твердую плотную сферу, состоящую в основном из железа и никеля. Расположенная под жидким внешним ядром, оно имеет радиус около 1200 километров.

Этот регион играет решающую роль в геофизических процессах Земли, влияя на магнитное поле планеты и внося свой вклад в общую динамику недр Земли.

Понимание свойств и поведения внутреннего ядра необходимо для разгадки тайн, связанных со структурой Земли, сейсмической активностью и магнитным полем.

ICW относится к колебательному движению внутреннего ядра Земли вокруг ее оси вращения. Это явление характеризуется периодическими колебаниями оси внутреннего ядра.

Новое исследование подтвердило, что ICW Земли имеет периодическое движение с циклом продолжительностью около 8,5 лет. Это колебательное движение наблюдалось при измерениях полярного движения, периодического движения оси вращения Земли и изменений длины дня (ΔLOD), а также изменений скорости вращения Земли.

Свободные колебания и вращение Земли

Земля имеет четыре слоя — кору, мантию, внешнее ядро ​​и внутреннее ядро.

Традиционно наше понимание вращения Земли основывалось на предположении о равномерном распределении плотности в мантии и ядре в радиальном направлении (расширяющемся от центра наружу). Это предположение приводит к убеждению, что ось вращения ядра Земли совпадает с осью вращения мантии.

«Однако результаты свободных колебаний Земли (естественных колебаний Земли в целом) указывают на то, что плотностные структуры недр Земли весьма неоднородны, поэтому это предположение не должно быть реалистичным», — объясняют исследователи.

Когда ученые проанализировали полярное движение PM (polar motion) Земли в 2018 году, появился сигнал с периодом примерно 8,5 лет, предполагающий ICW. Это неожиданное открытие, позже подтвержденное аналогичным сигналом ΔLOD вращения Земли, привело к смене парадигмы.

Основываясь на этих открытиях, исследователи тщательно проанализировали PM и ΔLOD вращения Земли и определили примерно 8,5-летний сигнал в PM как проявление ICW.

К такому выводу можно прийти после исключения трех внешних источников возбуждения — атмосферного, океанического и гидрологического. Интересно, что сигнал за 8,5 лет не ограничивается только PM; он также постоянно присутствует в периодическом движении оси вращения Земли, или ΔLOD.

Это одновременное присутствие убедительно свидетельствует о глубокой связи между ICW и динамикой вращения.

Статический наклон между внутренним ядром и мантией

Чтобы объяснить 8,5-летний сигнал, обнаруженный в PM и ΔLOD, ученые исследовали амплитуды ICW в обоих случаях. Это привело их к выводу, что между осью вращения внутреннего ядра и мантией существует статический угол наклона 0,17 градуса.

«Это предполагает потенциальный дифференциальный угол вращения внутреннего ядра на восток менее 1 градуса и несовпадение осей симметрии нижней мантии/пограничного слоя ядро-мантия с верхней мантией».

«Отклонения дают ценные ограничения для трехмерной модели плотности мантии и ставят под сомнение предположения о сплюснутости жидкого ядра, подчеркивая потенциальные отклонения от идеально сферической формы, рассчитанной с использованием традиционных теорий», — пояснили ученые.

Более того, периодичность ICW примерно в 8,5 лет раскрывает еще один уровень сложности Земли. Периодическое движение предполагает скачок плотности около 0,52 г/см ³ на внутренней границе ядра.

Проще говоря, это означает заметное изменение плотности на границе между внутренним ядром и окружающими его слоями.

Хотя исследования в первую очередь сосредоточены на внутреннем ядре, выявленный статический наклон и ICW могут распространить свое влияние на более широкие геофизические явления.

Как объяснили исследователи: «Статический наклон может также привести к определенному изменению формы жидкого ядра, что приведет к изменению движения жидкости и соответствующему изменению геомагнитного поля».

Результаты опубликованы в журнале Nature Communications.