Какие профессии востребованы сегодня?
Подробнее
  • Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
14 июня
Иван Лавренов
7 249

Вращение внутреннего ядра Земли оказалось неравномерным

5.0

Обработав сейсмограммы ядерных испытаний на рубеже 1970-х годов, ученые показали, что период вращения внутреннего ядра Земли изменяется циклически.

Иллюстрация неравномерности вращения внутреннего ядра Земли
Иллюстрация неравномерности вращения внутреннего ядра Земли / © Edward Sotelo/USC

Все космические тела вращаются вокруг своей оси. Твердые тела, к которым относится наша Земля, вращаются как единое целое и, как правило, весьма равномерно. Поэтому секунда, ранее определявшаяся как одна 86400-я доля земных суток, долго служила эталоном единицы времени. В любой точке поверхности Земли результат ее измерения окажется одним и тем же.

Гигантские планеты и звезды, не обладающие твердостью, проявляют дифференциальное вращение: период обращения вокруг оси различен для разных участков тела. На солнечном экваторе вещество совершает один оборот вокруг оси за 25 суток, а близ полюсов — за 34.

При более точном рассмотрении все оказывается не столь однозначно. Если в недрах небесного тела с твердой поверхностью есть расплавленные слои, движение жидкости в них может влиять на вращение всего тела. На вращение Земли влияют многие процессы, связанные с перераспределением массы в атмосфере и в глубине планеты, из-за чего продолжительность земных суток колеблется с амплитудой в несколько миллисекунд. Также она увеличивается на 2,3 миллисекунды за столетие из-за торможения вращения Земли приливными силами.

Вариации периода вращения Земли вокруг собственной оси за период с 1962 до 2022 года. По вертикали слева - отклонения продолжительности суток в миллисекундах (серая и зеленая кривая), справа - суммарная набегающая разница (красная кривая, интеграл от зеленой). Серым показаны мгновенные отклонения, годовая периодичность которых вызвана сезонными перераспределениями массы в атмосфере и на поверхности, а зеленым - усредненные за год величины, проявляющие несколько периодов колебаний. Одним из периодов является шестилетний, о котором пойдет речь далее.
Вариации периода вращения Земли вокруг собственной оси за период с 1962 до 2022 года. По вертикали слева – отклонения продолжительности суток в миллисекундах (серая и зеленая кривая), справа – суммарная набегающая разница (красная кривая, интеграл от зеленой). Серым показаны мгновенные отклонения, годовая периодичность которых вызвана сезонными перераспределениями массы в атмосфере и на поверхности, а зеленым – усредненные за год величины, проявляющие несколько периодов колебаний. Одним из периодов является шестилетний, о котором пойдет речь далее. / © Wikipedia

Внутреннее ядро Земли, состоящее из твердого железа, отделено от остальной массы планеты толстым слоем расплавленного железа, и ученые давно предполагали, что его вращение может отличаться от суточного. В частности, логично ожидать, что оно «не поспевает» за приливным замедлением и вращается чуть быстрее земной поверхности (это называется суперротацией). Первые сейсмические исследования показывали, что так оно и есть, но попытки уточнения разницы скорости вращения привели к противоречивым результатам: от 0,1 до одного градуса в год.

В новой работе ученые из Университета Южной Калифорнии (USC) во главе с Джоном Видалем (John Vidale) уточнили параметры вращения внутреннего ядра Земли и обнаружили более сложную картину: оно то опережает вращение самой планеты, то отстает от него. Полные результаты их работы опубликованы в открытом виде здесь.

Каким образом вообще можно узнать, что происходит с внутренним ядром Земли, если оно находится примерно в 5200 километрах под нашими ногами? Тем же методом, которым было открыто его существование, — сейсмологией. Проходящие через Землю волны отражаются и преломляются на границах слоев, а также рассеиваются и отклоняются неоднородностями внутри самих слоев.

Схема распространения различных сейсмических волн в Земле. Основные процессы – рефракция (изгиб) при распространении в среде с изменяющейся плотностью, и отражение на границах разнородных слоев. Через внутреннее ядро способна проходить только очень малая доля волн, которые испытывают при этом множественные отражения.
Схема распространения различных сейсмических волн в Земле. Основные процессы – рефракция (изгиб) при распространении в среде с изменяющейся плотностью, и отражение на границах разнородных слоев. Через внутреннее ядро способна проходить только очень малая доля волн, которые испытывают при этом множественные отражения. Буквы обозначают тип волн (P – продольные, S – поперечные), а так же пройденные слои. PKIKP – волны, использовавшиеся в данном исследовании. / © https://elementy.ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/431424/Planety_na_lente_seysmometra

Изучение сейсмограмм позволило открыть области пониженной скорости распространения сейсмических волн в нижней мантии Земли и даже рассмотреть в них структуру толщиной всего пару десятков километров. При вращении внутреннего ядра его неоднородности смещаются, что выражается в изменяющемся сдвиге сейсмических волн, обогнувших центр Земли с разных сторон.

Измерение волн, прошедших через внутреннее ядро — очень сложная задача: приходится выделять из шума и анализировать слабые и многократно искаженные сейсмические сигналы. Здесь ученым помогли подземные ядерные испытания 1960-х и 1970-х годов. Землетрясения формируют сложные волны с распределенным в пространстве источником (гипоцентром). Даже неопределенность положения источника в несколько километров сравнима с вычисляемой разностью хода сейсмических волн и способна сильно затруднить анализ сейсмограмм. Напротив, подземный ядерный взрыв — «идеальный» источник зондирующих волн. Он обладает точно известными координатами и амплитудой, и к тому же он точечный и однократный, а не протяженный в пространстве и во времени.

Ранее ученые из той же группы проанализировали сейсмические волны от ядерных испытаний на Новой Земле в 1971 и 1974 годах. В свою новую работу они включили анализ волн от двух других ядерных испытаний достаточной мощности, которые были проведены на острове Амчитка на Аляске в 1969-м и 1971 году. Обрабатывать их оказалось гораздо сложнее, поскольку рядом с местом испытаний расположена Алеутская зона субдукции, сильно рассеивающая сейсмические волны. Когда ученые убедились, что выделили искомые сигналы на всех сейсмограммах, они обнаружили следующую картину.

С 1969 по 1971 год ядро сдвинулось на 0,05 градуса против вращения Земли, а с 1971 по 1974 год оно, наоборот, повернулось вперед на 0,25 градуса. Для дополнительного подтверждения они сопоставили полученные данные с продолжительностью земных суток и нашли, что ее изменения в тот же период подтверждают их результаты.

Сопоставление отклонений вращения внутреннего ядра Земли, рассчитанных по сейсмическим данным (черные кривые, в градусах) и шестилетнего периода продолжительности суток (серая кривая на верхнем рисунке, шкала в миллисекундах). Даты ядерных испытаний, породивших использованные сотрясения, отмечены вертикальными линиями: синими – на Амчитке и красными – на Новой Земле. / © https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abm9916

Таким образом, на суперротацию внутреннего ядра накладываются колебания с периодом около шести лет, которые связаны с обменом угловым моментом между ним и верхними оболочками Земли. Задержка между кривыми на графиках обусловлена продолжительностью процессов, вызывающих этот обмен. Механизм, вызывающий колебания, скорее всего, связан с конвективными потоками во внешнем ядре, но его детали еще предстоит изучить.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
Вчера, 14:41
Мария Азарова

Эсминец, «который сражался, словно линкор» и затонул во время боя между американцами и японцами осенью 1944 года, покоится на глубине 6895 метров в Тихом океане.

24 июня
Александр Березин

Новое видео из зоны боевых действий показывает работу систем HIMARS — колесных пусковых установок реактивной артиллерии американского производства. Впрочем, по ряду причин они не смогут оказать заметное влияние на боевые действия. Несмотря на это, их применение может привести к серьезной эскалации конфликта в ином плане.

Вчера, 20:46
Мария Азарова

Авторы нового исследования решили ретроспективно измерить неравенство в отношении здоровья, сравнив смертность политиков со смертностью населения, которое они представляют.

24 июня
Александр Березин

Новое видео из зоны боевых действий показывает работу систем HIMARS — колесных пусковых установок реактивной артиллерии американского производства. Впрочем, по ряду причин они не смогут оказать заметное влияние на боевые действия. Несмотря на это, их применение может привести к серьезной эскалации конфликта в ином плане.

Вчера, 14:41
Мария Азарова

Эсминец, «который сражался, словно линкор» и затонул во время боя между американцами и японцами осенью 1944 года, покоится на глубине 6895 метров в Тихом океане.

24 июня
Сергей Васильев

Пятно AR3038 — сегодня самое крупное на Солнце — за сутки выросло еще сильнее и стало в два с половиной раза больше Земли.

24 июня
Александр Березин

Новое видео из зоны боевых действий показывает работу систем HIMARS — колесных пусковых установок реактивной артиллерии американского производства. Впрочем, по ряду причин они не смогут оказать заметное влияние на боевые действия. Несмотря на это, их применение может привести к серьезной эскалации конфликта в ином плане.

2 июня
Алиса Гаджиева

Значительная часть научного сообщества отрицает само существование культуры Ацтатлан.

28 мая
Александр Березин

Флот продемонстрировал возможность наносить неперехватываемые ракетные удары на расстоянии, делающим его опасным для авианосных групп противника.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: