После 20-летних поисков ученые наконец нашли истинное сокровенное ядро Земли

Новый анализ внутренностей Земли предполагает наличие внутреннего ядра внутри внутреннего ядра — плотного железного шара в самом центре нашей планеты. Это может раскрыть некоторые ранее неизвестные детали истории формирования и эволюции Земли, предполагая значительное глобальное событие в начале истории нашей планеты. Результаты исследования были опубликованы в Nature Communications.

Внутренняя структура Земли состоит из ряда концентрических слоев, от земной коры до ядра. В самом центре с радиусом около 1227 километров находится внутреннее ядро — самая плотная часть нашей планеты, твердый шар, в основном состоящий из железа и никеля, составляющий менее 1 процента объема Земли. 

Это внутреннее ядро похоже на капсулу времени истории Земли. По мере роста внутреннего ядра процесс затвердевания высвобождает тепло и свет, которые приводят в движение конвекцию во внешнем жидком ядре — двигатель, приводящий в действие динамо-машину, преобразующую кинетическую энергию в магнитную и поддерживающую глобальное магнитное поле Земли. Считается, что это магнитное поле не пропускает вредное излучение и не пропускает атмосферу, позволяя жизни процветать.

Таким образом, изменения во внутреннем ядре могут вызвать изменения в динамо-машине, что, в свою очередь, может со временем повлиять на пригодность Земли для жизни.

Но изучить внутреннее ядро непросто. Мы не можем просто спуститься туда и просверлить это; вместо этого мы должны полагаться на сейсмические волны, которые отражаются внутри планеты, меняясь при столкновении с объемами различной плотности.

Более 20 лет назад ученые определили наличие внутри внутреннего ядра еще одного, еще более внутреннего ядра. Они назвали его самым внутренним внутренним ядром, и другие исследования подтвердили его существование; но узнать больше о нем по-прежнему сложно, отчасти потому, что он закрыт множеством других слоев, а отчасти потому, что размещение сейсмических станций в нужных местах может быть затруднено.

Однако количество станций глобального сейсмического мониторинга по всему земному шару продолжает расти, постоянно фиксируя незаметное содрогание планеты под нашими ногами. И теперь сейсмологи Тхань-Сон Фом и Хрвое Ткалчич из Австралийского национального университета (ANU) в Австралии придумали способ выжать из этих записей данные о самом внутреннем ядре.

«В этом исследовании используется постоянно растущая глобальная сеть сейсмографов для создания глобальных стеков для отдельных значительных сейсмических событий», — пишут они в своей статье. «В этом исследовании сообщается о ранее ненаблюдавшемся и неиспользованном классе сейсмологических наблюдений за реверберационными волнами, проходящими через большую часть Земли по ее диаметру до пяти раз… Насколько нам известно, реверберации от более чем двух проходов до сих пор не описаны в сейсмологической литературе».

Когда гигантское землетрясение сотрясает Землю, это событие порождает волны, которые пробегают по планете, проходя сквозь внутренние структуры и отскакивая от них. Вот как ученые получили такую подробную карту того, что находится внутри Земли.

Но когда сейсмические волны ударяются о границу, отскакивающая волна — реверберация, как «эхо» землетрясения — гораздо слабее. Ранее ученым не сообщалось о более чем двух прохождениях сейсмического события через планету.

Путем суммирования данных — объединения набора сейсмических сигналов в единую трассу — Фам и Ткалчич смогли усилить сигнал от нескольких крупных сейсмических событий, тем самым побив этот рекорд. Впервые они идентифицировали трех-, четырех- и пятикратные сейсмические реверберации, что, в свою очередь, позволило более детально исследовать внутреннее ядро, чем это было достигнуто ранее.

Различное время прохождения пар волн свидетельствует о наличии самого внутреннего внутреннего ядра диаметром не более 650 километров, состоящего из плотного железа. Эта структура могла быть результатом фундаментального изменения роста внутреннего ядра в какой-то момент в прошлом Земли.

Исследование, говорят Фам и Ткалчич, означает, что теперь у нас есть достаточно доказательств существования самого внутреннего внутреннего ядра, и что будущие усилия должны быть сосредоточены на его характеристике, внешнем внутреннем ядре и границе между ними. И это демонстрирует, что ответы, которые мы ищем, могут уже ждать в данных, пока кто-то их не раскроет.

«Отчеты, представленные здесь, являются следствием беспрецедентно растущего объема цифровых данных о волновых формах и, мы надеемся, вдохновят на дальнейшее изучение существующих сейсмических записей для выявления скрытых сигналов, которые проливают свет на недра Земли», — пишут они.