• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
14.06.2022
Иван Лавренов
8 401

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 / Автор: Ptolemocratia Acerronius

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, 16:54
Ольга Иванова

Американские исследователи пришли к выводу: тихоходки способны повышать уровень продуктов генов репарации ДНК до такой степени, что это позволяет сделать их одними из самых распространенных в своем геноме. Среди прочего это помогает им выдерживать экстремальную радиацию.

Вчера, 07:22
Полина Меньшова

У детей, которые чувствуют себя обузой для других, чаще возникают суицидальные мысли, выяснили специалисты из США. Кроме того, на психологическое состояние в раннем подростковом возрасте влияют некоторые действия со стороны родителей или опекунов.

10 часов назад
НИУ ВШЭ

Северный Кавказ играл ключевую роль в древней колонизации Евразии и формировании ее культурного и генетического наследия, однако до сих пор не до конца изучена генетическая история носителей местных культур. Ученые впервые провели глубокое секвенирование древней ДНК представителей кобанской культуры, сформировавшейся в позднем бронзовом веке на Северном Кавказе, и сравнили ее с генетическими данными современных народов Кавказа. Результаты работы подтвердили роль носителей кобанской культуры как древнего генетического моста между бронзовым и железным веками на Северном Кавказе.

Вчера, 16:54
Ольга Иванова

Американские исследователи пришли к выводу: тихоходки способны повышать уровень продуктов генов репарации ДНК до такой степени, что это позволяет сделать их одними из самых распространенных в своем геноме. Среди прочего это помогает им выдерживать экстремальную радиацию.

Вчера, 07:22
Полина Меньшова

У детей, которые чувствуют себя обузой для других, чаще возникают суицидальные мысли, выяснили специалисты из США. Кроме того, на психологическое состояние в раннем подростковом возрасте влияют некоторые действия со стороны родителей или опекунов.

14 апреля
Мария Азарова

Два фешен-гиганта, одни из самых известных в мире массмаркета, — шведская компания H&M и испанская Zara — оказались косвенно причастны к разрушению окружающей среды Бразилии. К такому выводу пришли авторы крупного расследования, изучившие различные данные, в том числе полученные под прикрытием.

18 марта
Игорь Байдов

Грузовой самолет будут использовать для перевозки 90-метровых лопастей ветряных турбин, которые невозможно доставить по суше из-за размеров. Предполагается, что этот аппарат произведет революцию в сфере возобновляемых источников энергии.

8 апреля
Василий Парфенов

Режим работы, количество трудовых часов в неделю и экономическую стабильность профессии прочно ассоциируют с благополучием человека. Количественно и качественно определить эти взаимосвязи получается редко — нужны большие выборки респондентов и длительное время наблюдений. Автор новой научной работы использовал долговременное исследование более чем семи тысяч американцев, чтобы выявить основные эффекты паттернов трудовой деятельности на психическое и физическое здоровье работающих людей.

28 марта
Игорь Байдов

Американская компания JetZero, которая обещает произвести фурор в гражданской авиации, получила сертификат летной годности на испытания уменьшенной копии разрабатываемого ею сверхэффективного реактивного авиалайнера со «смешанным крылом». Предстоящая программа летных испытаний будет направлена на оценку летно-технических характеристик самолета, его устойчивости и управляемости.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
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: