Исследователи из Китая недавно обнаружили, что каждые 8,5 лет внутреннее ядро Земли совершает колебания вокруг своей оси вращения — факт, который может поставить под сомнение стандартную геофизическую модель. Во время этих колебаний ось наклоняется на угол до 0,17 градуса относительно оси мантии, что может привести к серьезным изменениям во внутренней динамике планеты, таким как вариации магнитного поля.
Земля состоит из 4 слоев: коры, мантии, внешнего ядра (жидкого) и внутреннего ядра (твердого), причем последнее находится на глубине около 2 896 километров. Внутреннее ядро (состоящее в основном из железа и никеля), простирающееся в радиусе около 1 200 километров, играет важнейшую роль в геофизических процессах планеты, таких как поддержание магнитного поля и вращения.
Согласно общепринятой геофизической модели, ось вращения ядра Земли совпадает с осью вращения мантии. Это предполагает равномерное распределение плотности в обеих структурах. Однако ученые в новом исследовании обнаружили периодические сигналы отклонения от оси вращения внутреннего ядра, которые происходят каждые 8,5 лет.
По словам Хао Динга из Уханьского университета (Китай), одного из авторов исследования, “результаты свободных колебаний Земли (собственных колебаний Земли в целом) указывают на то, что распределение плотности в ее недрах очень неоднородно. Поэтому [традиционная] гипотеза не является реалистичной“.
Эти сигналы колебаний внутреннего ядра были обнаружены и в предыдущем исследовании, когда те же ученые в течение нескольких десятилетий собирали данные о полярном движении оси вращения Земли и изменениях скорости ее вращения. Целью нового исследования, опубликованного в журнале Nature Communications, было подтверждение этих наблюдений, что потенциально может привести к изменению парадигмы в нашем понимании геофизической динамики Земли.
Изменения в распределении плотности ядра
Чтобы подтвердить свои предыдущие наблюдения, китайские исследователи измерили тонкие колебания продолжительности светового дня в нескольких регионах мира. Эти колебания являются основными индикаторами изменений наклона оси вращения Земли. Затем полученные измерения были сопоставлены с данными, полученными для полярных движений.
Расчеты показали, что периодические колебания внутреннего ядра вызваны наклоном его оси вращения на 0,17 градуса относительно оси вращения мантии. “Это предполагает потенциальный дифференциальный угол поворота внутреннего ядра на восток менее 1 градуса и смещение осей симметрии пограничного слоя между нижней мантией и ядром“, — объясняет Динг.
Эти результаты противоречат традиционной геофизической теории, которая предполагает не только совпадение осей вращения мантии и ядра, но и идеальную сферическую форму ядра. Такой наклон, скорее всего, изменит форму и движение жидкого ядра, что потенциально может привести к изменениям в магнитном поле Земли. По мнению исследователей, это также может привести к разнице в плотности “слоя”, отделяющего внешнее ядро от внутреннего, порядка 0,52 г/см3. Северо-западный полюс внутреннего ядра также будет немного плотнее, чем остальная часть структуры.
Эти результаты позволяют предположить, что колебания внутреннего ядра, вызванные наклоном его оси, могут иметь важные последствия для внутренней динамики Земли в целом. Однако они были получены без учета других потенциальных источников вариаций, которые могут влиять на полярное движение, включая атмосферные, океанические и гидрологические параметры. Трудно утверждать, что эти параметры не играют никакой роли в периодических колебаниях, наблюдаемых в ходе исследования. Тем не менее это открытие вносит значительный вклад в наше понимание внутренней динамики планеты.
В ближайшем будущем Динг и его коллеги планируют продолжить изучение влияния колебаний внутреннего ядра на распределение его плотности. “Стратифицированная структура и плотность ядра Земли всегда были проблемой для геонаучных исследований. Наша цель — глубже изучить периодические колебания и дифференциальное вращение земного ядра, стремясь прояснить концептуальные теории, которые отличаются друг от друга и сосуществование которых может быть затруднено“, — заключает Динг.
