Ядро Земли вращается с непостоянной скоростью, и теперь ученые обнаружили, что его форма тоже может меняться. (Автор изображения: forplayday/Getty Images)
Новая исследовательская работа, опубликованная 10 февраля в журнале Nature, предполагает, что поверхность внутреннего ядра Земли может менять свою форму. Учёные изучали волны землетрясений, которые скользили по краю внутреннего ядра, расположенного на глубине 5 150 километров. Результаты показали, что даже когда ядро поворачивалось в ранее наблюдавшуюся позицию, часто фиксировались тонкие различия.
«Скорее всего, движение во внешнем ядре слегка перемешивает верхний слой внутреннего ядра, изменяя его рельеф», — отметил Джон Видейл, руководитель исследования и сейсмолог из Университета Южной Калифорнии Дорнсиф.
Внешнее ядро Земли состоит из расплавленного металла — в основном железа и никеля. Оно окружает твердое внутреннее ядро, состоящее преимущественно из того же материала. Каждый год небольшое количество вещества из жидкого внешнего ядра кристаллизуется, присоединяясь к внутреннему ядру, которое растет примерно на один миллиметр в год.
На границе между внешним и внутренним ядрами внутреннее ядро находится почти на пределе плавления: оно твердо, но не обладает высокой жесткостью. Это может объяснять наблюдаемые изменения: поверхность ядра, несмотря на свою твердость, способна немного деформироваться. «Мы предполагаем, что перемещения могут достигать сотен метров, возможно, километра или двух, и неизвестно, насколько широким может быть это изменение — оно может охватывать сотни километров», — добавил Видейл, отмечая, что точное определение размеров деформации пока остается сложной задачей.
В одном из предыдущих исследований, в соавторстве с Видейлом, было показано, что внутреннее ядро не вращается с постоянной скоростью. До примерно 2010 года оно вращалось быстрее, чем остальная планета, а затем начало замедляться и теперь отстает от общего вращения Земли. На основании этих данных ученые смогли определить, когда одна и та же точка внутреннего ядра проходила под фиксированным местоположением на поверхности Земли в период с 1991 по 2023 год. Для измерений использовались пары землетрясений, зарегистрированных на Южных Сэндвичевых островах (Южная Атлантика), волны от которых проходили через ядро и фиксировались при приеме сигналов в Северной и Южной Америке.
При анализе 168 пар землетрясений исследователи обнаружили, что волны, проходившие через одно и то же место внутреннего ядра в его недрах, почти не изменялись с течением времени. Однако в случае волн, лишь касающихся поверхности ядра, были зафиксированы изменения, что позволило детальнее изучить внешний слой внутреннего ядра.
Исследования внутреннего ядра Земли
С момента первых исследований внутреннего ядра в 1990-х годах, когда появились свидетельства его движения, ведутся споры о том, вращается ли оно целиком или же испытывает лишь смещения на своей границе. Брюс Баффет, геонаучный специалист из Калифорнийского университета в Беркли, не участвующий в данном исследовании, отметил: «Возможно, все стороны немного правы». Хотя эта разница может показаться академической, кристаллизация внутреннего ядра является основным механизмом переноса тепла во внешнем ядре, что, в свою очередь, создает магнитное поле планеты. Никто точно не знает, когда началась кристаллизация внутреннего ядра, или каким образом функционировало магнитное поле до этого процесса. «Наша надежда заключается в том, что, изучая текстуру, структуру и динамику внутреннего ядра, мы сможем узнать что-то о истории самых глубоких слоев Земли», — добавил Баффет.
Существует множество гипотез о том, что может влиять на поведение внутреннего ядра. Среди возможных факторов — выбросы газов от вулканической активности, подземные оползни и другие процессы. Однако, по мнению Видейла, наиболее вероятной причиной изменений является турбулентное движение жидкого внешнего ядра, которое перемешивает верхний слой внутреннего ядра.
«Интересно то, что поверхность внутреннего ядра динамична. Кажется, она реагирует на изменяющиеся силы, возникающие в результате вращения, и, вероятно, поднимается и опускается на заметную величину», — отметил Видейл.
Эта интерпретация находит поддержку у других специалистов. Так, геофизик И. Янг из Нанкинского университета, соавтор первого исследования, обнаружившего изменения в скорости вращения ядра, считает, что данные свидетельствуют о динамичном поведении внутреннего ядра. Однако, по его словам, имеющиеся данные пока охватывают лишь небольшую часть внешнего слоя внутреннего ядра.
Сяодун Сон, геофизик из Пекинского университета и соавтор предыдущей работы с Янгом, отметил: «Нам необходимо продолжать накапливать данные и исследовать поведение внутреннего ядра. Я не удивлюсь, если в будущем нас ждут новые открытия относительно его динамики».
Таким образом, новые исследования подтверждают, что внутреннее ядро Земли не является статичным объектом: оно не только замедляется в своем вращении, но и демонстрирует изменения в своей форме, что может быть вызвано динамическими процессами во внешнем ядре. Эти открытия открывают новые перспективы для изучения истории и внутренней динамики нашей планеты.
Работает экологическим и научным журналистом более 15 лет. Пишет о науке, культуре, космосе и устойчивом развитии. Внештатный автор сайта «Знание – свет».
