Внутреннее ядро Земли может быть местом вулканов и оползней

Более чем в 5000 километрах под нашими ногами железное внутреннее ядро Земли, похоже, вращается, растет и время от времени ускоряется или замедляется. Оно также, вероятно, меняет форму, согласно исследованию, опубликованному в Nature Geoscience , при этом некоторые области поднимаются и опускаются до 1 километра в течение нескольких лет. Хотя большинство изменений, вероятно, представляют собой едва заметные неровности на железном ландшафте, некоторые могут отражать подъемы гор и оползни. Хотя эти движения, воспринимаемые как сейсмические волны, проходящие через планету, оказывают незначительное влияние на нас, обитателей поверхности, они помогают сфокусировать более динамичную картину недр Земли.

Северин Роза, геофизик из CNRS, французского национального исследовательского агентства, которая не принимала участия в работе, говорит, что она «удивлена», что команда смогла обнаружить такие тонкие и мимолетные изменения в ядре Земли. «Это весьма обнадеживает других сейсмологов».

Внутреннее ядро представляет собой шар с температурой около 5200ºC и длиной 2500 км, состоящий в основном из твердого железа, который помогает питать магнитное поле Земли. Поскольку ни один инструмент не может проникнуть даже отдаленно близко к глубинам, необходимым для изучения ядра, ученые вместо этого используют природные явления, которые проносятся прямо сквозь него: сейсмические волны от землетрясений. Когда эти волны проходят через Землю, они могут либо пройти через внутреннее ядро, либо отразиться на его поверхности, регистрируя свои пути в виде волнистых линий, которые детекторы регистрируют на противоположной стороне планеты. Когда два землетрясения происходят в одном и том же месте в разное время в истории, ученые могут сравнить их пути, чтобы увидеть, что изменилось в центре Земли.

В прошлом году Джон Видейл, сейсмолог из Университета Южной Калифорнии в Дорнсайфе, и его коллеги использовали этот метод, чтобы подтвердить, что вращение ядра Земли замедлялось с 2010 года. Но этот сценарий «долгое время был запутанным», говорит Видейл, потому что «у нас возникли трудности с объяснением всех данных только вращением». Его команда предположила, что должно происходить что-то большее.

Итак, Видейл и его коллеги составили 168 пар землетрясений, произошедших в период с 1991 по 2023 год на Южных Сандвичевых островах, в горячей точке сейсмической активности в отдаленном Южном океане. Оттуда сейсмические волны распространяются напрямую через Землю к датчикам на базе ВВС Эйлсон около Фэрбанкса, Аляска, и сейсмологической станции Йеллоунайф на северо-западных территориях Канады. Исследователи сузили круг до пар землетрясений, которые произошли, когда внутреннее ядро было повернуто в одном и том же положении, так что любые изменения, которые они увидели, не могли быть вызваны вращением. Действительно, в данных с 2004 по 2008 год необъяснимые изменения возникли в волнах, прибывающих в Йеллоунайф, которые проходят через внешнюю часть внутреннего ядра, а не проникают глубоко, как волны, связанные с Эйлсоном.

Это привело команду к выводу, что внутреннее ядро, как и сама Земля, не является обычной сферой, а постепенно смещается с пятнами, которые поднимаются и опускаются на километры в течение лет и отклоняют сейсмические волны, поражающие эти места. Хотя изменения формы ядра были теоретическими, говорит Видейл, теперь мы «по сути видим это впервые».

Что касается того, что движет этими деформациями, существует множество идей. Поскольку точка замерзания железа составляет приятные 1500ºC, Видейл считает, что материал на границе между внутренним и внешним ядром может постоянно плавиться и замерзать, образуя новые структуры. Также могут быть «отрыжки» железа, выплескивающегося из внутреннего ядра на его поверхность. Или поверхность внутреннего ядра может становиться более бугристой и текстурированной, поскольку она толкается гравитацией и текущим внешним ядром.

«Это все похоже на поверхность Земли», — говорит Видейл, предполагая, что вулканы и оползни вдоль границы внутреннего и внешнего ядра вполне возможны.

Ляньсин Вэнь, сейсмолог из Университета Стоуни-Брук, десятилетиями отстаивал существование этих поверхностных изменений. Однако он считает, что они достаточно значительны, чтобы объяснить все изменения, наблюдаемые в парах сейсмических волн, — другими словами, что внутреннее ядро вообще не обязательно должно вращаться, чтобы объяснить эти данные.

«Это, вероятно, лучшее покрытие данных» изменений формы внутреннего ядра, которые когда-либо собирались, говорит Вэнь. Он считает, что исследование представляет собой «окончательное признание» того, что изменения формы должны играть ключевую роль глубоко внутри Земли, хотя исследователи предполагают, что вращение и изменения формы не являются взаимоисключающими.

Несмотря на это, сейсмологи сходятся во мнении, что внутреннее ядро Земли — далеко не статичная часть нашей планеты. «Такого рода исследования требуют регистрации данных на протяжении десятилетий», — говорит Видейл. «Так что некоторые доказательства накапливались, и это, я думаю, лучшее доказательство на сегодняшний день».