Статический наклон внутреннего ядра, выведенный из десятилетних колебаний вращения Земли
Бросая вызов традиционным предположениям и давая представление о внутренней динамике Земли и распределении плотности, исследователи из Китая подтвердили существование примерно 8,5-летнего колебания внутреннего ядра (ICW) как в движении полюсов, так и в вариациях длины дня, обнаружив статический наклон около 0,17 градусов между внутренним ядром Земли и мантией. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.
Схематическое изображение наклонного внутреннего колебания ядра.
Авторы и права: доктор Дин/Nature Communications. 10.1038/s41467-023-43894-9.
Внутреннее ядро Земли представляет собой твердую плотную сферу, состоящую в основном из железа и никеля. Расположенная под жидким внешним ядром, она имеет радиус около 1200 километров (746 миль). Этот регион играет решающую роль в геофизических процессах Земли, влияя на магнитное поле планеты и внося свой вклад в общую динамику недр Земли.
Понимание свойств и поведения внутреннего ядра имеет важное значение для разгадки тайн, связанных со структурой Земли, сейсмической активностью и магнитным полем.
ICW относится к колебательному движению внутреннего ядра Земли вокруг ее оси вращения. Это явление характеризуется периодическими колебаниями оси фигуры внутреннего ядра.
Новое исследование подтвердило, что ICW Земли имеет периодическое движение с циклом продолжительностью около 8,5 лет. Это колебательное движение наблюдалось при измерениях полярного движения оси вращения Земли, периодическое движение и изменения продолжительности дня (ΔLOD), а также изменения скорости вращения Земли.
Профессор Хао Дин, соавтор этого исследования и декан факультета геофизики Уханьского университета, был вдохновлен нетрадиционными плотными структурами в свободных колебаниях Земли.
Он рассказал Phys.org: «Мой тогдашний доктор философии. Студент, доктор Ячонг Ан, и я обнаружили 8,5-летний сигнал в PM и ΔLOD, что побудило нас провести настоящее исследование».
Различные слои Земли. Фото: Амит Сенгупта/YouTube
Земля имеет четыре слоя — кору, мантию, внешнее ядро и внутреннее ядро.
Традиционно наше понимание вращения Земли основывалось на предположении о равномерном распределении плотности в мантии и ядре в радиальном направлении (расширяющемся от центра наружу). Это предположение приводит к убеждению, что ось вращения ядра Земли совпадает с осью вращения мантии.
«Однако результаты свободных колебаний Земли (естественных колебаний Земли в целом) указывают на то, что плотностные структуры недр Земли весьма неоднородны, поэтому это предположение не должно быть реалистичным», — сказал доктор Дин.
Когда профессор Дин проанализировал ПМ Земли в 2018 году, появился сигнал с периодом примерно 8,5 лет, предполагающий ИКВ. Это неожиданное открытие, позже подтвержденное аналогичным сигналом в ΔLOD вращения Земли, привело к смене парадигмы.
Основываясь на этих открытиях, исследователи тщательно проанализировали PM и ΔLOD вращения Земли и определили примерно 8,5-летний сигнал в PM как проявление ICW.
К такому выводу можно прийти после исключения трех внешних источников возбуждения — атмосферного, океанического и гидрологического. Интересно, что сигнал за 8,5 лет не ограничивается только ТЧ; он также постоянно присутствует в периодическом движении оси вращения Земли, или ΔLOD.
Это одновременное присутствие убедительно свидетельствует о глубокой связи между ICW и динамикой вращения.
Статический наклон между внутренним ядром и мантией
Чтобы объяснить 8,5-летний сигнал, обнаруженный в PM и ΔLOD, исследователи исследовали амплитуды ICW в обоих случаях. Это привело их к выводу, что между осью вращения внутреннего ядра и мантии существует статический угол наклона 0,17 градуса.
«Это подразумевает потенциальный дифференциальный угол вращения внутреннего ядра в восточном направлении менее 1 градуса и несовпадение осей симметрии нижней мантии/пограничного слоя ядро-мантия с верхней мантией».
«Эти отклонения создают ценные ограничения для трехмерной модели плотности мантии и ставят под сомнение предположения о сплющении ядра ликвидности, подчеркивая потенциальные отклонения от идеально сферической формы, рассчитанные с использованием традиционных теорий», - сказал доктор Дин.
Более того, ~8,5-летняя периодичность ICW раскрывает еще один уровень сложности Земли. Периодическое движение предполагает скачок плотности примерно на 0,52 г/см3 на внутренней границе ядра.
Проще говоря, это означает заметное изменение плотности на границе между внутренним ядром и окружающими его слоями.
Хотя исследования в первую очередь сосредоточены на внутреннем ядре, выявленный статический наклон и ICW могут распространить свое влияние на более широкие геофизические явления. Как объяснил 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
Открытие исследования ICW Земли и связанного с ним статического наклона бросает вызов традиционным предположениям о вращении Земли. 8,5-летняя периодичность ICW, сопровождаемая заметным скачком плотности на внутренней границе ядра, раскрывает тонкости внутреннего строения нашей планеты.
Будущие исследования доктора Дина и его команды направлены на более глубокое изучение стратифицированной структуры и плотности ядра Земли, изучение закономерностей и периодов движений ядра.
«Стратифицированная структура и плотность ядра Земли всегда были проблемой в геонаучных исследованиях. Мы стремимся глубже изучить периодические колебания и дифференциальное вращение ядра Земли, стремясь внести ясность в эти концептуальные теории, которые различны и могут с трудом сосуществовать».
