Аналізуючи дані наземних сейсмічних спостережень, китайські вчені дійшли висновку, що внутрішнє земне ядро уповільнилося, і швидкість його обертання зрівнялась зі швидкістю обертання поверхні Землі. На думку науковців, зафіксовані ними закономірності в русі земного ядра збігаються з даними інших геофізичних спостережень, зокрема зафіксованими змінами у магнітосфері Землі. Результатами своєї роботи сейсмологи поділилися у журналі Nature Geoscience.
Johan Swanepoel / SPL
👋 Підпишіться на наш телеграм-канал! А ще у нас є ютуб 🎬
Що знаходиться в центрі Землі?
Ще на ранніх етапах еволюції Землі розплавлений метал, здебільшого залізо, опустився у її надра, сформувавши рідке залізне ядро. З часом, у ході повільного його охолодження, всередині утворилося тверде внутрішнє ядро. Таким чином, ядро Землі можна поділити на тверде внутрішнє, радіус якого оцінюють в 1 300 кілометрів, та рідке зовнішнє товщиною в 2 200 кілометрів.
Дослідження ядра Землі стало можливим зокрема завдяки спостереженням за поширенням сейсмічних хвиль надрами планети. Інформація про швидкість поширення сейсмічних хвиль, наприклад, від землетрусів, дає можливість визначати зміни тиску і щільності під поверхнею планети, що дозволяє вченим робити припущення про будову надр Землі. І у своїй роботі пара сейсмологів з Пекінського університету представила свідчення уповільнення обертання внутрішнього земного ядра, аналізуючи сейсмічні хвилі, що перетинали ядро, з 1960-х років до 2021.
Як обертається земне ядро?
Під впливом геодинамо та гравітаційної взаємодії з мантією — шаром за зовнішнім ядром — , вважається, що тверде ядро обертається у рідкому шарі навколо себе. На це вказав аналіз часу проходження сейсмічних хвиль, наприклад, від землетрусів, які перетинали внутрішнє ядро Землі. Вчені враховували повздовжні хвилі, що поширювалися в мантії, зовнішньому та внутрішньому ядрі, звертаючи увагу на подвійні події. Невеликі, але систематичні коливання, на думку науковців, можна інтерпретувати як свідчення обертання внутрішнього ядра.
Так швидкість обертання ядра оцінили як близько на 1 градус на рік більшу, ніж добове обертання мантії та земної кори. Це кілька десятків кілометрів на рік — у сотню тисяч разів більше за найшвидший зафіксований відносний рух тектонічних плит. Втім, аналіз більшої кількості даних, який провели вчені, вказує, що внутрішнє ядро Землі уповільнюється останні десять років.
Шляхи поширення сейсмічних хвиль, які вчені враховували у своїй роботі. Yi Yang, Xiaodong Song / Nature Geoscience, 2023
Як ядро може призупинитися?
На обертання ядра окрім механічної взаємодії з зовнішнім рідким шаром впливає також конкуренція між впливом крутного моменту від його електромагнітної взаємодії з зовнішнім рідким шаром та гравітаційним крутним моментом, що виникає від взаємодії з мантією. Невеликого дисбалансу між електромагнітним та гравітаційним крутними моментами достатньо, щоб змінити обертання внутрішнього ядра, як це спостерігали вчені.
Часові зміни у поширенні сейсмічних хвиль, що вказували на швидший рух внутрішнього ядра відносно мантії і кори Землі, як пишуть науковці, зникли у спостереженнях з 2000-х років до початку 2010-х. Це свідчить про те, що швидкість обертання ядра зрівнялась зі швидкістю обертання решти земних шарів, що на думку сейсмологів, пов'язано з динамічною взаємодією між найглибшими і поверхневими шарами планети, яка, імовірно, відбувається через поверхневі деформації і обмін кутовим моментом від ядра і мантії до поверхні.
Результати дослідження допоможуть уточнити, яку роль відіграє внутрішнє ядро у підтримці магнітного поля планети, а також, чи впливає воно на швидкість її обертання в цілому, тобто і на інші геофізичні явища, як-от тривалість дня.
Сеймічні дані допомагають розібратися у будові не лише Землі, а й інших планет. Наприклад, завдяки сейсмографу станції InSight вдалося виміряти товщину кори та розміри ядра Марса. А розміри та склад ядра Сатурна викрили коливання його кілець, які вивчав апарат «Кассіні».