8,5-летний ритм внутреннего ядра Земли

Внутреннее ядро Земли представляет собой твердую плотную сферу, состоящую в основном из железа и никеля. Расположенное под жидким внешним ядром, оно имеет радиус около 1 200 километров (746 миль). Эта область играет важнейшую роль в геофизических процессах Земли, влияя на магнитное поле планеты и способствуя общей динамике земных недр.

Понимание свойств и поведения внутреннего ядра необходимо для разгадки тайн, связанных со структурой Земли, сейсмической активностью и магнитным полем.

Под МКВ понимается колебательное движение внутреннего ядра Земли вокруг оси вращения. Это явление характеризуется периодическими колебаниями фигурной оси внутреннего ядра.

Новое исследование подтвердило, что МКВ Земли имеет периодическое движение с циклом около 8,5 лет. Это колебательное движение наблюдалось в измерениях полярного движения, периодического движения оси вращения Земли и изменения длины дня (ΔLOD), а также изменения скорости вращения Земли.

Профессор Хао Дин, соавтор исследования и декан факультета геофизики Уханьского университета, был вдохновлен нетрадиционными структурами плотности, обнаруженными в свободных колебаниях Земли.

Он рассказал Phys.org: «Мы с моим тогдашним аспирантом, доктором Ячонг Ан, обнаружили 8,5-летний сигнал в PM и ΔLOD, что и побудило нас провести настоящее исследование».

Свободные колебания и вращение Земли

Земля состоит из четырех слоев — коры, мантии, внешнего ядра и внутреннего ядра.

Традиционно наше понимание вращения Земли основывалось на предположении о равномерном распределении плотности в мантии и ядре в радиальном направлении (от центра наружу). Это предположение приводит к убеждению, что ось вращения ядра Земли совпадает с осью вращения мантии.

«Однако результаты исследований свободных колебаний Земли (естественных колебаний Земли в целом) показывают, что плотностные структуры земных недр крайне неоднородны, поэтому такое предположение не должно быть реалистичным», — пояснил доктор Дин.

Когда профессор Дин проанализировал ПМ Земли в 2018 году, появился сигнал с периодом около 8,5 лет, свидетельствующий о МКВ. Это неожиданное открытие, позже подтвержденное аналогичным сигналом ΔLOD вращения Земли, привело к смене парадигмы.

Основываясь на этих данных, исследователи тщательно проанализировали ЧД и ΔLOD вращения Земли и выявили примерно 8,5-летний сигнал в ЧД как проявление МКВ.

Этот вывод был сделан после исключения трех внешних источников возбуждения — атмосферного, океанического и гидрологического. Интересно, что 8,5-летний сигнал не ограничивается ПМ; он также постоянно присутствует в периодическом движении оси вращения Земли, или ΔLOD.

Такое одновременное присутствие свидетельствует о глубокой связи между ICW и вращательной динамикой.

Статический наклон между внутренним ядром и мантией

Чтобы объяснить 8,5-летний сигнал, обнаруженный в PM и ΔLOD, исследователи изучили амплитуды ICW в обоих случаях. Это привело их к выводу, что между осью вращения внутреннего ядра и мантии существует статический угол наклона в 0,17 градуса.

«Это предполагает потенциальный дифференциальный угол поворота внутреннего ядра на восток менее 1 градуса и несоответствие между осями симметрии нижней мантии/пограничного слоя ядро-мантия и верхней мантии.»

«Эти отклонения обеспечивают ценные ограничения для трехмерной модели плотности мантии и ставят под сомнение предположения о сжатии ликвидуса ядра, подчеркивая потенциальные отклонения от идеально сферической формы, рассчитанной с помощью традиционных теорий», — пояснил доктор Дин.

Более того, периодичность ICW, составляющая около 8,5 лет, раскрывает еще один уровень сложности Земли. Периодическое движение предполагает скачок плотности около 0,52 г/см3 на внутренней границе ядра.

Проще говоря, это означает заметное изменение плотности на границе между внутренним ядром и окружающими слоями.

Хотя исследование в первую очередь сосредоточено на внутреннем ядре, выявленный статический наклон и ICW могут распространить свое влияние на более широкие геофизические явления. Как пояснил доктор Дин, «статический наклон может также привести к определенному изменению формы жидкого ядра, что приведет к изменению движения жидкости и соответствующему изменению геомагнитного поля».

Значение для будущих исследований

Обнаружение в ходе исследования земного магнитопровода и связанного с ним статического наклона бросает вызов традиционным представлениям о вращении Земли. Периодичность МКВ в 8,5 лет, сопровождаемая заметным скачком плотности на границе внутреннего ядра, раскрывает тонкости внутренней динамики нашей планеты.

Будущие исследования доктора Дина и его команды направлены на то, чтобы лучше понять слоистую структуру и плотность ядра Земли, изучить закономерности и периоды движений ядра.

«Стратифицированная структура и плотность земного ядра всегда были проблемой в геонаучных исследованиях. Мы стремимся глубже изучить периодические колебания и дифференциальное вращение земного ядра, чтобы внести ясность в эти концептуальные теории, которые отличаются друг от друга и могут с трудом сосуществовать».