Что происходит с ядром Земли? Ученые зафиксировали замедление вращения

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com

Глубоко под нашими ногами, в самом сердце нашей планеты, скрыта тайна, которая не дает покоя ученым уже не одно десятилетие. Твердое внутреннее ядро Земли, этот металлический гигант размером с Луну, не стоит на месте. Заключенное в тисках жидкого внешнего ядра, оно вращается, но не в унисон с остальной планетой. Как капризный танцор, оно то ускоряется, то замедляется, то и вовсе меняет направление своего вращения, словно играя с нашими представлениями о незыблемости земных недр.


Долгое время считалось, что внутреннее ядро вращается немного быстрее Земли, совершая оборот вокруг своей оси примерно на 0,1 градуса быстрее, чем вся планета. Однако последние исследования, основанные на анализе сейсмических волн от землетрясений, заставляют усомниться в этой теории. Новая научная работа, опубликованная в журнале Nature, приподнимает завесу тайны, открывая перед нами удивительную картину «реверсивного» вращения ядра.

Представьте себе два мощных землетрясения, происходящих в одной и той же точке земного шара с разницей в несколько лет. Сейсмические волны, порожденные этими подземными бурями, проходят сквозь недра планеты, неся на себе отпечаток ее внутренней структуры. Если внутреннее ядро неподвижно относительно мантии Земли, то и сейсмические «портреты» этих землетрясений будут идентичны. Но если ядро вращается, то и волны будут преломляться под разными углами, создавая уже отличающиеся «отпечатки».

Внутреннее ядро Земли, иллюстрация
Автор: Designer

Именно на этом принципе и основано новое исследование. Ученые проанализировали данные о повторяющихся землетрясениях, собранные за последние 30 лет с помощью сейсмических станций, расположенных в Северной Америке. Особое внимание уделялось землетрясениям, происходящим в районе Южных Сандвичевых островов — эта область земного шара находится практически на противоположной стороне от станций, что позволяет сейсмическим волнам пройти сквозь внутреннее ядро по максимально длинному пути.

a, Траектории лучей PKIKP и PKP от области источника SSI до двух решеток (ILAR и YKA). Область IC с репрезентативной зоной Френеля 1,5 Гц отмечена пунктирными кругами с центрами в точках прокола PKIKP в ICB. На вставке — траектории лучей PKP (PKP(AB) и PKP(BC)), PKiKP(CD) и PKIKP(DF). b, Карта области SSI с расположением источников, окрашенных по глубине фокуса.
Автор: Wang, W., Vidale, J.E., Pang, G. et al. Inner core backtracking by seismic waveform change reversals. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07536-4 CC-BY 4.0 Источник: www.nature.com

Результаты анализа оказались поразительными. Оказалось, что с 2003 по 2008 год внутреннее ядро действительно вращалось немного быстрее Земли, подтверждая предыдущие предположения. Однако после 2008 года направление вращения изменилось — ядро начало «отставать» от вращения планеты. Более того, скорость этого «обратного» вращения оказалась в 2-3 раза меньше, чем скорость «прямого» вращения до 2008 года.

a, Диаграмма, показывающая связь между углом поворота и интервалом повторяемости в моменты времени A, B и C при обратном дифференциальном вращении. b, c, Угол поворота (b) и интервал повторяемости (c) в моменты времени A, B и C при обратном дифференциальном вращении.
Автор: Wang, W., Vidale, J.E., Pang, G. et al. Inner core backtracking by seismic waveform change reversals. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07536-4 CC-BY 4.0 Источник: www.nature.com

Это открытие подобно обнаружению того, что часовая стрелка может внезапно замедлиться и пойти в обратном направлении, сохраняя при этом все свои прежние колебания. Представьте себе хаос, который бы это вызвало в нашем восприятии времени! В недрах Земли, похоже, происходит нечто подобное.


Пока ученые не могут дать однозначного ответа на вопрос о причинах такой аномалии. Существующие модели взаимодействия ядра, мантии и магнитного поля Земли не могут объяснить подобное «реверсивное» вращение. Возможно, ключом к разгадке являются гравитационные силы, действующие между внутренним ядром и мантией, или же в игру вступают еще неизвестные нам факторы.

Точки — годы событий, линии соединяют повторяющиеся пары. Черная линия слева показывает, что тренд первых событий в паре с прогрессивно более короткими интервалами происходит прогрессивно позже с 2000 по 2005 год. Черная линия справа показывает, что второе событие в паре с постепенно увеличивающимися интервалами происходит постепенно с 2010 по 2023 год. Пары с интервалом менее 10 лет заштрихованы, так как разделение на несколько лет в течение всего периода, очевидно, не влечет за собой достаточного движения ИС, чтобы всегда менять форму волны. Линии парных измерений массива ILAR подняты на 0,4 года, чтобы визуально отделить их от линий массива YKA для тех же пар событий.
Автор: Wang, W., Vidale, J.E., Pang, G. et al. Inner core backtracking by seismic waveform change reversals. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07536-4 CC-BY 4.0 Источник: www.nature.com

Одно можно сказать с уверенностью — открытие «реверсивного» вращения внутреннего ядра Земли переворачивает наши представления о том, что происходит в самом сердце нашей планеты. Оно заставляет нас переосмыслить все, что мы знаем о динамике земных недр и ее влиянии на такие важные для нас процессы, как формирование магнитного поля и изменение уровня моря.

Возможно, именно эта тайна станет ключом к пониманию того, как устроена наша планета и какие сюрпризы она еще может нам преподнести.

Если внутреннее ядро Земли меняет направление вращения, может ли оно и вовсе остановиться? И к каким последствиям это приведет?

Остановка вращения внутреннего ядра — крайне маловероятное событие, по крайней мере, в ближайшие тысячелетия. Динамика земных недр определяется сложным взаимодействием гравитационных и магнитных сил, и остановка одного из элементов этой системы потребовала бы колоссального количества энергии.

Однако, если представить себе такой гипотетический сценарий, то последствия могли бы быть весьма драматичными. Магнитное поле Земли, защищающее нас от солнечной радиации, генерируется именно движением жидкого внешнего ядра вокруг твердого внутреннего. Остановка последнего могла бы привести к ослаблению или даже полному исчезновению магнитного поля, что сделало бы нашу планету уязвимой перед губительным воздействием космических лучей.


В статье говорится о том, что скорость «обратного» вращения ядра меньше, чем «прямого». Можно ли предположить, что в будущем ядро будет вращаться все медленнее и медленнее, подобно заводной игрушке?

Предположение о постепенном замедлении вращения ядра — это лишь одна из гипотез, требующая дальнейшей проверки. Пока мы имеем данные лишь о нескольких десятилетиях наблюдений, и делать далеко идущие выводы на основе такой ограниченной выборки было бы преждевременным.

Не исключено, что изменения в скорости и направлении вращения ядра — это часть некоего цикла, о продолжительности которого мы пока можем только догадываться. Возможно, через несколько десятилетий ядро вновь ускорится и начнет вращаться быстрее Земли.

Можем ли мы как-то повлиять на вращение внутреннего ядра Земли, например, с помощью мощных подземных взрывов или бурения сверхглубоких скважин?

На данный момент наши технологические возможности слишком ограничены, чтобы оказывать хоть какое-то заметное влияние на процессы, происходящие в ядре Земли. Даже самые мощные ядерные испытания, проводившиеся в прошлом веке, не смогли изменить скорость вращения планеты или вызвать заметные сдвиги в ее недрах.

Внутреннее ядро находится на глубине более 5000 километров, и достичь его с помощью современных технологий бурения не представляется возможным. Даже если бы мы и смогли пробурить скважину такой глубины, влияние нашего воздействия на гигантскую массу ядра было бы ничтожно малым.