Земное ядро изменилось: учёные зафиксировали необычное поведение

Согласно новым исследованиям сейсмических волн, твёрдое внутреннее ядро Земли могло изменить свою форму за последние два десятилетия. Однако альтернативное объяснение этих данных связано с возможными изменениями в центре планеты, которые не обязательно касаются формы ядра, читаем на страницах Nature Geoscience.

С 1990-х годов различные модели и сейсмические измерения указывают на то, что железо-никелевое внутреннее ядро движется с собственной скоростью. На протяжении десятилетий его вращение то ускорялось, то замедлялось по отношению к остальной планете, влияя, например, на продолжительность суток.

По словам Джона Видейла из Южно-Калифорнийского университета, такие изменения происходят из-за магнитных сил, которые возникают благодаря конвекции в жидком внешнем ядре. Он отмечает, что этот поток постоянно воздействует на внутреннее ядро, вызывая его колебания.

Магнитные силы и другие сопутствующие процессы могут не только менять скорость вращения ядра, но и влиять на его форму. Некоторые ранее полученные данные о прохождении сейсмических волн через центр Земли уже указывали на такие изменения. Однако до сих пор неопределённость в отношении вращения внутреннего ядра мешала точно определить, действительно ли изменяется его форма.

Недавнее исследование, проведённое Видейлом и его коллегами, было основано на анализе 128 землетрясений, произошедших у берегов Южной Америки в период с 1991 по 2023 год. Сейсмические волны, порождённые этими землетрясениями, регистрировались приборами на Аляске после прохождения через всю планету.

Учёные выделили 168 пар сейсмических волн, прошедших через одну и ту же область внутреннего ядра или вблизи неё, но с разницей в несколько лет. По словам Видейла, благодаря недавним исследованиям удалось более точно определить изменения во вращении ядра, что помогло выявить эти совпадения.

Обнаруженные закономерности оказались показательными: пары волн, не проходившие через внутреннее ядро, демонстрировали одинаковую структуру, что свидетельствует об отсутствии изменений в этих областях Земли. Однако волны, пересекавшие внутреннее ядро, показывали заметные отличия. Это означает, что в ядре произошли изменения, которые нельзя объяснить лишь колебаниями его вращения.

Исследователи пришли к выводу, что внутреннее ядро не только периодически ускоряет или замедляет своё вращение, но и изменяет свою форму. Наиболее вероятной причиной этого они считают конвекционные процессы во внешнем ядре, оказывающие магнитное влияние на менее вязкую границу твёрдого ядра. Также не исключено, что изменения связаны с взаимодействием внутреннего ядра со структурами нижней мантии — слоя, расположенного между ядром и земной корой.

Хрвое Ткалчич из Австралийского национального университета, который не участвовал в исследовании, назвал работу шагом вперёд в изучении изменений внутреннего ядра, выходящих за рамки его вращения. Однако он отметил, что изменение формы ядра — не единственное возможное объяснение полученных данных.

Как указали Видейл и его коллеги, различия в сейсмических волнах могут быть вызваны не только деформацией ядра, но и изменениями в его внешнем слое, процессами конвекции или даже выбросами расплавленного материала.

"Сказать наверняка очень сложно", — признал Видейл.

Он считает, что дальнейшее изучение повторных землетрясений поможет детальнее разобраться в происходящих изменениях. Ткалчич, в свою очередь, подчеркнул важность дополнительных сейсмологических измерений в труднодоступных районах, например, на дне океана.

По его словам, это критически важно для понимания эволюции глубинных слоёв Земли с момента её формирования и до настоящего времени.

Уточнения

Ядро́ Земли́ — центральная, наиболее глубокая часть планеты Земля, геосфера, находящаяся под мантией Земли и, предположительно, состоящая из железо-никелевого сплава с примесью других сидерофильных элементов.