Новое исследование показывает, что внутреннее ядро ​​Земли колеблется, что приводит к изменению продолжительности дня

Ученые определяют шестилетний цикл сверх- и субвращения, который повлиял на продолжительность дня, на основе их анализа сейсмических данных.

Структура Земли разделена на слои, в центре которых находится внутреннее ядро, за которым следуют внешнее ядро, нижняя мантия, верхняя мантия, кора и атмосфера. Внутреннее ядро ​​— самая горячая часть планеты с температурой около 5400 °C, что почти аналогично температуре поверхности Солнца!

Считается, что оно состоит в основном из сплава железа и никеля, а внутреннее ядро ​​в основном представляет собой твердый шар с радиусом около 1220 км. Оно вращается немного быстрее планеты, что называется супервращением.

Ученые Университета Южной Калифорнии ( USC ) обнаружили доказательства того, что внутреннее ядро ​​Земли колеблется, что противоречит ранее принятым моделям, предполагавшим, что оно постоянно вращается с большей скоростью, чем поверхность планеты.

Их исследование, опубликованное (10 июня 2022 года) в журнале Science Advances, показывает, что внутреннее ядро ​​изменило направление за шестилетний период с 1969 по 1974 год, согласно анализу сейсмических данных.

Ученые говорят, 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 смещается по сравнению с ее внутренним ядром, как люди утверждали в течение 20 лет», — сказал Джон Э. Видейл, соавтор исследования. «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».

Анализ атомных испытаний точно определяет скорость и направление вращения

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.

Ядро невозможно наблюдать напрямую, а это означает, что исследователи изо всех сил пытаются с помощью косвенных измерений объяснить закономерность, скорость и причину движения и изменений.

В исследовании 1996 года ученые предположили, что внутреннее ядро ​​вращается быстрее, чем остальная часть планеты — что также известно как супервращение — примерно на 1 градус в год. Последующие открытия укрепили идею о том, что внутреннее ядро ​​вращается сверхвысокой, хотя и с меньшей скоростью.

Используя данные сейсмической решетки с большой апертурой (LASA), исследователи Вей Ван и Джон 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 1971-74 годах на арктическом архипелаге Новая Земля, с использованием новой техники формирования луча, разработанной Видейлом.

Новые результаты были получены, когда ученые применили ту же методологию к паре более ранних атомных испытаний под островом Амчитка на оконечности архипелага Аляски — Милроу в 1969 году и Канникин в 1971 году. Измеряя волны сжатия, возникающие в результате ядерных взрывов, ученые обнаружили, что внутреннее ядро изменило направление, поворачиваясь по меньшей мере на десятую долю 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 ученых разделилось во мнениях относительно ее жизнеспособности», — говорит Джон Видейл. «Мы пришли к этому, ожидая увидеть то же направление и скорость вращения в более ранней паре атомных испытаний, но вместо этого увидели обратное. Мы были весьма удивлены, обнаружив, что оно движется в другом направлении».

Исследование подтверждает предположение о том, что внутреннее ядро ​​колеблется на основе изменений продолжительности дня — плюс-минус 0,2 секунды в течение шести лет — и геомагнитных полей, которые соответствуют теории как по амплитуде, так и по фазе. Джон Видейл говорит, что результаты дают убедительную теорию для многих вопросов, поставленных исследовательским сообществом.

«Внутреннее ядро ​​не зафиксировано — оно движется под нашими ногами, и кажется, что оно перемещается туда-сюда на пару километров каждые шесть лет», — говорит он. «Один из вопросов, на который мы пытались ответить, заключается в том, движется ли внутреннее ядро ​​постепенно или оно в основном заблокировано по сравнению со всем остальным в долгосрочной перспективе? Мы пытаемся понять, как сформировалось внутреннее ядро ​​и как оно перемещается во времени — это важный шаг в лучшем понимании этого процесса».

Исследование было опубликовано в журнале Science Advances.