Вчені підтвердили, що внутрішнє ядро ​​Землі сповільнилося настільки, що воно рухається назад. Ось що це може означати

Підпишіться на інформаційний бюлетень Wonder Theory від CNN. Досліджуйте всесвіт із новинами про захоплюючі відкриття, наукові досягнення тощо.

CNN
—

Глибоко всередині Землі є тверда металева куля, яка обертається незалежно від нашої обертової планети, як дзига в більшій вершині, оповита таємницею.

Це внутрішнє ядро ​​зацікавило дослідників з моменту його відкриття датським сейсмологом Інге Леманн у 1936 році, а те, як воно рухається — швидкість і напрямок обертання — було предметом дебатів, які тривали десятиліття. Зростаюча кількість доказів свідчить про те, що обертання ядра різко змінилося за останні роки, але вчені досі розходяться в думках щодо того, що саме відбувається — і що це означає.

Частково проблема полягає в неможливості безпосередньо спостерігати або брати зразки з глибини Землі. Сейсмологи зібрали інформацію про рух внутрішнього ядра, досліджуючи поведінку хвиль, що є результатом сильних землетрусів, які вражають цей регіон. Різниця між хвилями однакової сили, які проходили через ядро ​​в різний час, дозволила вченим виміряти зміни в положенні внутрішнього ядра та обчислити його обертання.

«Диференціальне обертання внутрішнього ядра було запропоновано як явище в 1970-х і 1980-х роках, але сейсмічні дані були опубліковані лише в 1990-х роках», — сказала доктор Лорен Ващик, старший викладач фізичних наук в Університеті Джеймса Кука в Австралії.

Але дослідники обговорювали, як інтерпретувати ці результати, «перш за все через складність проведення детальних спостережень внутрішнього ядра через його віддаленість і обмеженість доступних даних», — сказав Васек. У результаті, додала вона, «дослідження, проведені протягом наступних років і десятиліть, не погоджуються щодо швидкості обертання, а також його напрямку щодо мантії». Деякі аналізи навіть показали, що ядро ​​взагалі не обертається.

Перспективна модель Запропонований у 2023 році Вчені описують внутрішнє ядро, яке колись оберталося швидше, ніж сама Земля, але тепер обертається з меншою швидкістю. Вчені повідомили, що обертання ядра збігалося з обертанням Землі протягом певного періоду часу. Потім він сповільнився ще більше, поки ядро ​​не почало рухатися назад відносно навколишніх шарів рідини.

У той час деякі експерти попереджали, що для підтвердження цього висновку потрібні додаткові дані, а тепер інша команда вчених надала переконливі нові докази цієї гіпотези про швидкість обертання внутрішнього ядра. Дослідження було опубліковано 12 червня в журналі природи Але це не тільки підтверджує основне економічне уповільнення, але й підтримує припущення 2023 року про те, що це фундаментальне уповільнення є частиною довгострокової моделі уповільнення та прискорення.

За словами одного з авторів дослідження, нові відкриття також підтверджують, що зміни швидкості обертання відбуваються за 70-річним циклом. Доктор Джон ВідальПрофесор декана наук про Землю Дорнсайфського коледжу літератури, мистецтв і наук Університету Південної Каліфорнії.

«Ми сперечалися про це протягом 20 років, і я думаю, що це правильне рішення», — сказав Відаль останні два десятиліття».

Але не всі впевнені, що питання вирішено, і як уповільнення внутрішнього ядра може вплинути на нашу планету, залишається відкритим питанням, хоча деякі експерти кажуть, що магнітне поле Землі може зіграти певну роль.

Тверде металеве внутрішнє ядро ​​розташоване в 3220 милях (5180 кілометрах) всередині Землі, оточене рідким металевим зовнішнім ядром. Внутрішнє ядро ​​складається здебільшого із заліза та нікелю, і, за оцінками, воно таке ж гаряче, як і поверхня Сонця — близько 9800 градусів за Фаренгейтом (5400 градусів за Цельсієм).

Магнітне поле Землі притягує цю тверду розпечену металеву кулю, змушуючи її обертатися. У той же час сила тяжіння і потік рідкого зовнішнього ядра і мантії тягне ядро. Протягом багатьох десятиліть поштовх і тяга цих сил викликають різницю в швидкості обертання ядра, сказав Відаль.

Потік багатої мінералами рідини у зовнішньому ядрі генерує електричні струми, які живлять магнітне поле Землі, яке захищає нашу планету від смертоносної сонячної радіації. Хоча прямий вплив внутрішнього ядра на магнітне поле невідомий, вчені раніше повідомляли… У 2023 році Ядро, що повільно обертається, може впливати на нього, а також частково скорочувати тривалість дня.

Коли вчені намагаються «побачити» всю планету, вони зазвичай відстежують два типи сейсмічних хвиль: хвилі тиску, або хвилі Р, і хвилі зсуву, або хвилі Р, що проходять через усі типи матерії; Відповідно S-хвилі переміщуються лише через тверді тіла або високов’язкі рідини Геологічна служба США.

Сейсмологи в 1880-х роках помітили, що S-хвилі, створені землетрусами, не проходять через всю Землю, тому вони дійшли висновку, що ядро ​​Землі розплавлене. Але деякі P-хвилі, пройшовши через ядро ​​Землі, з’явилися в несподіваних місцях — «зоні тіні», — сказав Леман. Назвіть це – Створення аномалій, які неможливо пояснити. Лайман був першим, хто припустив, що турбулентні Р-хвилі можуть взаємодіяти з твердим внутрішнім ядром у рідкому зовнішньому ядрі, ґрунтуючись на даних потужного землетрусу 1929 року в Новій Зеландії.

Відстежуючи сейсмічні хвилі від землетрусів, які пройшли через внутрішнє ядро ​​Землі подібними шляхами з 1964 року, автори дослідження 2023 року виявили, що обертання відбувається за 70-річним циклом. До 1970-х років внутрішнє ядро ​​оберталося трохи швидше планети. Потім приблизно в 2008 році він сповільнився, а з 2008 по 2023 рік почав злегка рухатися в протилежному напрямку відносно мантії.

У новому дослідженні Відаль та його колеги спостерігали сейсмічні хвилі, породжені землетрусами в одних і тих самих місцях у різний час. Вони знайшли 121 приклад таких землетрусів, які сталися між 1991 і 2023 роками на Південних Сандвічевих островах, архіпелазі вулканічних островів в Атлантичному океані на схід від найпівденнішого краю Південної Америки. Дослідники також розглянули ударні хвилі, які проникли в активну зону в результаті радянських ядерних випробувань, проведених між 1971 і 1974 роками.

Обертання серця впливає на час прибуття хвилі, сказав Відаль. Порівняння часу надходження сейсмічних сигналів під час їх контакту з ядром виявило зміни в обертанні ядра з часом, підтверджуючи 70-річний цикл обертання. За підрахунками дослідників, серце майже готове знову почати прискорюватися.

У порівнянні з іншими сейсмічними дослідженнями, які вимірюють окремі землетруси, коли вони проходять через ядро ​​— незалежно від того, коли вони відбуваються — використання лише парних землетрусів зменшує кількість корисних даних, «що робить метод більш складним», — сказав Вашек. Однак це також дозволило вченим більш точно виміряти зміни в обертанні ядра, за словами Відаля. Якщо модель його команди правильна, обертання ядра знову почне прискорюватися приблизно через п’ять-десять років.

Сейсмометри також виявили, що протягом 70-річного циклу обертання ядра сповільнюється та прискорюється з різною швидкістю, «що необхідно пояснити», сказав Відаль. Однією з можливостей є те, що металеве внутрішнє ядро ​​не таке міцне, як очікувалося. Якщо він деформується під час обертання, це може вплинути на сталість його швидкості обертання, сказав він.

Розрахунки команди також показують, що ядро ​​має різні швидкості обертання для руху вперед і назад, що додає «цікавий внесок у мову», сказав Вашек.

Але глибина і недоступність внутрішнього ядра означає, що сумніви залишаються, додала вона. Щодо того, чи справді дебати щодо обертання ядра закінчені, Васек сказав: «Нам потрібні додаткові дані та вдосконалені міждисциплінарні інструменти, щоб дослідити це далі».

Хоча їх можна відстежувати та вимірювати, зміни в обертанні ядра майже непомітні для людей на Землі, сказав Відаль. Коли ядро ​​обертається повільніше, рух мантії прискорюється. Цей зсув змушує Землю обертатися швидше і скорочує тривалість дня. Але такі поворотні зрушення становлять лише мілісекунди тривалості дня, сказав він.

«З точки зору цього впливу на життя людини?» Він сказав. «Я не можу уявити, що це багато значить».

Вчені вивчають внутрішнє ядро, щоб дізнатися, як утворилися глибинні надра Землі та як діяльність пов’язана між усіма підповерхневими шарами планети. Відаль додав, що таємнича область, де рідке зовнішнє ядро ​​оточує тверде внутрішнє ядро, особливо цікава. Будучи місцем зустрічі рідини та твердого тіла, ця межа є «сповненою потенціалу активності», подібно до межі ядра та мантії та межі мантії та кори.

«Наприклад, у нас можуть бути вулкани на межі внутрішнього ядра, де тверді й рідкі речовини зустрічаються й рухаються», — сказав він.

Оскільки обертання внутрішнього ядра впливає на рух у зовнішньому ядрі, вважається, що обертання внутрішнього ядра допомагає живити магнітне поле Землі, хоча необхідні додаткові дослідження, щоб з’ясувати його точну роль. Ващик сказав, що про загальну структуру внутрішнього ядра ще багато чого можна дізнатися.

«Нові та майбутні методології будуть ключовими для відповідей на актуальні питання про внутрішнє ядро ​​Землі, включаючи обертання».

Мінді Вайсбергер — наукова письменниця та медіа-продюсер, чиї роботи з’являлися в Live Science, Scientific American і How It Works.