Ядерные испытания показали, что ядро Земли имеет большую массу, чем считалось 

Фото из открытых источников

Многие в детстве на уроках естествознания изучали внутренние слои Земли: сверхгорячее, твердое внутреннее ядро, окруженное расплавленным металлическим внешним ядром, и твердая, но вязкая мантия, состоящая из расплавленных горных пород. Поверх всего этого скользящего вещества находится тонкая, твердая кора, из которой состоит весь мир человечества.

Такое понимание внутреннего строения Земли появилось всего около 120 лет назад. Когда землетрясения впервые начали регистрировать с помощью сейсмометров, геологи смогли измерять первичные, или P-волны (которые могут распространяться через твердые тела и жидкости), и вторичные, или S-волны (которые могут распространяться только через твердые тела).

Изменения в характеристиках P-волн по мере их распространения указывали на то, что они проходили через различные типы материалов в разное время, а когда S-волны не достигли противоположной стороны планеты, стало ясно, что они столкнулись с жидким материалом.

Теперь, используя данные из неожиданного источника — подземных ядерных испытаний, проведенных более 30 лет назад, — исследователи получили более подробную информацию о внутренних системах нашей планеты. Результаты исследования были опубликованы в Journal of Geophysical Research.

В новом исследовании геофизик Ин Чжоу из Виргинского политехнического университета проанализировал сейсмические волны, генерируемые подземными ядерными взрывами на Муруроа, атолле во Французской Полинезии, в период с 1977 по 1995 год.

Эти волны распространились по Земле и были зарегистрированы на сейсмической станции в Казахстане, предоставив Чжоу набор повторяющихся «снимков» того, что происходило внутри планеты в разные моменты времени.

Поскольку ядерные испытания проводились практически в одном и том же месте, сейсмические волны распространялись по планете по удивительно схожим траекториям.

Чжоу обнаружил, что сейсмические волны, распространяющиеся через внешнее ядро, не всегда преодолевают расстояние за одинаковое время. По сравнению с 1977 годом, в 1982 и 1983 годах скорость распространения волн была примерно на 0,1 секунды выше, а в период с 1988 по 1990 год — примерно на 0,15 секунды выше. Но к 1995 году скорость снизилась примерно на 0,15–0,2 секунды.

Эти доли секунды могут показаться незначительными, но для сейсмической волны, распространяющейся на тысячи километров по планете, они имеют большое значение. Подобно более совершенной версии первоначальных сейсмических исследований, которые привели к открытию P- и S-волн, эти результаты показывают, что волны распространяются через неоднородные (смешанные) материалы.

И этот материал, по-видимому, перемещался в течение 30 лет, пока регистрировались сейсмические волны.

В ходе исследования также был выявлен ранее неизвестный тип сейсмической волны, который Чжоу назвал PKrKP. В отличие от более известных сейсмических волн, которые распространяются через внутреннее ядро или отражаются от него, волна PKrKP отражается внутри средней части внешнего ядра. Это необычное поведение помогло Чжоу выделить ту часть сейсмического распространения, которая могла бы выявить изменения в жидком внешнем ядре.

Исследователи сравнили эти волны, распространяющиеся во внешнем ядре, с другим типом сейсмических волн, называемых ПП-волнами, которые распространяются через мантию, а не через внешнее ядро. 

В анализе использовались 112 пар ядерных испытаний, при этом взрывы в каждой паре происходили с интервалом менее 0,05 градуса.

Так что же может заставить эти особые волны, распространяющиеся через внешнее ядро, ускоряться и замедляться всего за несколько лет?

Масштаб и скорость изменений указывают на то, что внешнее ядро подвергается интенсивному перемешиванию. Чжоу, автор исследования, предполагает, что широкая аномалия какого-либо рода «с боковым распространением более 700 километров и толщиной около 100 километров в низкоширотной части южной части Тихого океана может объяснить наблюдаемые аномалии времени распространения волн PKP, составляющие от 0,1 до 0,2 секунды».

Чжоу предполагает, что эта значительная аномалия, вероятно, представляет собой взвешенный твердый материал, перемещающийся сквозь жидкое внешнее ядро, подобно огромным кускам сухариков, плавающим в томатном супе.

Эти результаты позволяют предположить, что внешнее ядро, вероятно, не представляет собой просто гигантский бассейн, состоящий исключительно из жидкого расплавленного металла. 

Изменение гигантских аномалий, влияющих на движение внешнего ядра Земли, само по себе увлекательно, но понимание этого движения также может помочь геологам лучше понять, что движет (или потенциально изменяет) процессы, ответственные за магнитное поле Земли.

Предыдущие исследования, проведенные в Университете Южной Калифорнии, показали, что внешнее ядро может вызывать изменение формы внутреннего ядра, что также может нарушать магнитное поле Земли.

Особенно примечательным в этом исследовании является временной масштаб. Предыдущие попытки обнаружить изменения во внешнем ядре часто основывались на сейсмических событиях, разделенных десятилетиями, и сигнал бывает трудно отличить от неопределенности в отношении того, где именно произошли эти землетрясения.

В данном случае ядерные испытания обеспечили гораздо более контролируемый и ограниченный по времени набор повторяющихся сейсмических источников.

Эти взрывы, произошедшие десятилетия назад и оставившие невероятно разрушительные следы в нетронутых экосистемах, по крайней мере, дали ученым возможность прислушаться к работе самых глубинных механизмов Земли.