Внутреннее ядро Земли меняет форму

Внутреннее ядро Земли, твердый металлический шар, вращающийся внутри расплавленного внешнего ядра не только замедляет свое вращение, но и, возможно, меняет форму.

Недавние исследования сейсмических волн показали, что около 15 лет назад вращение внутреннего ядра замедлилось настолько, что казалось, будто оно остановилось или даже начало вращаться в обратном направлении относительно поверхности Земли. Новый анализ предполагает, что в центре нашей планеты происходят более сложные изменения.

Геофизик Джон Видаль из Университета Южной Калифорнии в Лос-Анджелесе на собрании Американского геофизического союза 9 декабря сообщил, что наиболее вероятное объяснение заключается в том, что внутреннее ядро не просто меняет характер своего вращения, но и претерпевает изменения формы. Это открытие может помочь разрешить давние споры о том, что происходит в сердце Земли.

Ученые исследуют ядро Земли с помощью сейсмических волн, поскольку никакой прибор не может физически проникнуть в него. Они обычно используют землетрясения, происходящие на Южных Сандвичевых островах недалеко от Антарктиды, которые находятся на противоположной стороне планеты от Аляски, где расположены сейсмические станции. Сейсмические волны проходят сквозь планету, подобно звуковым волнам в воде, причем некоторые из них проходят через внутреннее ядро на пути к Аляске. Приборы регистрируют эти волны в виде зигзагообразных сигнатур, называемых формами волн, которые содержат информацию о том, что волны встретили на своем пути.

Чтобы надежно отслеживать изменения во внутреннем ядре, исследователи сравнивают похожие по силе землетрясения, произошедшие в одном и том же месте, но в разное время. Такие парные толчки должны генерировать одинаковые формы волн, если их путь через Землю был идентичен. Но исследователи заметили, что некоторые парные толчки на Южных Сандвичевых островах создают разные формы волн на Аляске, что указывает на то, что во внутреннем ядре что-то изменилось между двумя землетрясениями.

В 2023 году геофизики сообщили, что различия в формах волн связаны с замедлением вращения внутреннего ядра. Ранее в этом году команда Видаля подтвердила это предположение. Они смогли сопоставить некоторые формы волн до и после разворота, определив моменты, когда внутреннее ядро вернулось к предыдущей ориентации относительно поверхности.

В новом исследовании Видаль и его коллеги проанализировали около 200 пар землетрясений, произошедших с 1991 по 2024 год. Они сравнили соответствующие пары форм волн до и после разворота, записанные двумя отдельными группами датчиков, расположенными недалеко от Фэрбенкса (Аляска) и Йеллоунайфа (Канада).

Любопытно, что 10 пар землетрясений показали небольшие различия в формах волн в Йеллоунайфе, которых не было в Фэрбенксе. Команда знала, что волны, достигающие этих станций, которые находятся на расстоянии примерно 1600 километров друг от друга, проходят немного разные пути через Землю: волны, достигающие Фэрбенкса, проникают глубоко во внутреннее ядро, а волны, достигающие Йеллоунайфа, скользят по его внешнему краю.

«Простейшее объяснение — это деформация поверхностного слоя внутреннего ядра», — говорит Видаль. Возможно, что все геоидное внутреннее ядро деформируется, как регбийный мяч, меняющий форму, так что его концы направлены в два новых направления. Или же, по его словам, на поверхности внутреннего ядра могут появляться и исчезать небольшие выпуклости и впадины. Возможно также, что происходят оба процесса. Такие изменения могут быть вызваны гравитационным притяжением мантии — самого большого внутреннего слоя Земли — или потоками материала во внешнем ядре.

Это не первый случай, когда ученые сообщают об изменениях поверхности внутреннего ядра с течением времени. Но, в отличие от Видаля, некоторые ученые утверждают, что внутреннее ядро вращается синхронно с остальной Землей.

Что касается того, как все это влияет на жизнь на Земле, то «мы не знаем, повлияет ли это на что-либо на поверхности», — говорит Видаль. «Но мы не можем сказать точно, пока не выясним, что происходит».