Nature: выявлен 8,5-летний цикл колебаний 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. Это бросает вызов традиционным предположениям и дает представление о внутренней динамике Земли и распределении плотности. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.

Внутреннее ядро Земли представляет собой твердую плотную сферу, состоящую в основном из железа и никеля. Расположенная под жидким внешним ядром, она 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 имеет важное значение 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 фигуры 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, оси вращения Земли. периодическое движение и изменения продолжительности дня (ΔLOD), а также изменения скорости вращения Земли.

Профессор Хао Дин, соавтор этого исследования и декан факультета геофизики Уханьского университета, был вдохновлен нетрадиционными плотными структурами, обнаруженными в свободных колебаниях 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», — объяснил доктор Дин.

Анализируя данные о земном ядре, профессор Дин в 2018 году выявил сигнал с периодом примерно 8,5 лет, предполагающий ICW. Это неожиданное открытие, позже подтвержденное аналогичным сигналом в ΔLOD вращения Земли, привело к смене парадигмы. Теперь, основываясь на этих открытиях, исследователи провели более тщательный анализ и подтвердили первоначальные предположения.

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 ядром; 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.

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

«Это подразумевает потенциальный дифференциальный угол вращения внутреннего ядра в восточном направлении менее 1 градуса и несовпадение осей симметрии нижней мантии/пограничного слоя ядро-мантия с верхней мантией. Эти отклонения создают ценные ограничения для трехмерной модели плотности мантии и ставят под сомнение предположения о сплющении ядра ликвидности, подчеркивая потенциальные отклонения от идеально сферической формы, рассчитанные с использованием традиционных теорий», - объяснил доктор Дин.

Более того, ~8,5-летняя периодичность ICW раскрывает еще один уровень сложности Земли. Периодическое движение предполагает скачок плотности примерно на 0,52 г/см3 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 объяснил доктор Дин: «Статический наклон может также привести к определенному изменению формы жидкого ядра, что приведет к изменению движения жидкости и соответствующему изменению геомагнитного поля».

Отмечается, что открытие бросает вызов традиционным предположениям о вращении Земли. 8,5-летняя периодичность ICW, сопровождаемая заметным скачком плотности на внутренней границе ядра, раскрывает тонкости внутреннего строения нашей планеты.

Будущие исследования доктора Дина и его команды направлены на более глубокое изучение стратифицированной структуры и плотности ядра Земли, изучение закономерностей и периодов движений ядра.

«Стратифицированная структура и плотность ядра Земли всегда были проблемой в геонаучных исследованиях. Мы стремимся глубже изучить периодические колебания и дифференциальное вращение ядра Земли, стремясь внести ясность в эти концептуальные теории, которые различны и могут с трудом сосуществовать», - резюмировали авторы исследования.