Naukowcy potwierdzili, że wewnętrzne jądro Ziemi zwolniło tak bardzo, że cofa się. Oto, co to może oznaczać

Zapisz się na newsletter CNN „Teoria cudów”. Odkrywaj wszechświat dzięki wiadomościom o fascynujących odkryciach, postępach naukowych i nie tylko.

CNN
—

Głęboko w Ziemi znajduje się solidna metalowa kula, która obraca się niezależnie od naszej obracającej się planety, niczym bączek wewnątrz większego wierzchołka, owiana tajemnicą.

Ten wewnętrzny rdzeń intryguje badaczy od czasu jego odkrycia przez duńską sejsmolog Inge Lehmann w 1936 r., a sposób jego poruszania się – prędkość i kierunek obrotu – był przedmiotem trwającej dziesięciolecia debaty. Coraz więcej dowodów sugeruje, że rotacja jądra zmieniła się dramatycznie w ostatnich latach, ale naukowcy nadal nie są podzieleni co do tego, co się dzieje i co to oznacza.

Część problemu polega na niemożności bezpośredniej obserwacji lub pobrania próbek z głębokiego wnętrza Ziemi. Sejsmolodzy zebrali informacje na temat ruchu jądra wewnętrznego, badając zachowanie fal powstałych w wyniku dużych trzęsień ziemi, które nawiedzają ten region. Różnice pomiędzy falami o podobnej sile, które przeszły przez jądro w różnym czasie, umożliwiły naukowcom zmierzenie zmian w położeniu wewnętrznego jądra i obliczenie jego rotacji.

„Zróżnicowaną rotację jądra wewnętrznego proponowano jako zjawisko w latach 70. i 80. XX wieku, ale dowody sejsmiczne opublikowano dopiero w latach 90. XX wieku” – powiedziała dr Lauren Waszczyk, starszy wykładowca nauk fizycznych na Uniwersytecie Jamesa Cooka w Australii.

Jednak badacze debatowali nad tym, jak zinterpretować te wyniki, „przede wszystkim ze względu na wyzwanie, jakim jest przeprowadzenie szczegółowych obserwacji jądra wewnętrznego, ze względu na jego oddalenie i ograniczoną ilość dostępnych danych” – powiedział Wasek. W rezultacie – dodała – „późniejsze badania prowadzone przez kolejne lata i dziesięciolecia nie są zgodne co do szybkości rotacji, a także jej kierunku względem płaszcza”. Niektóre analizy sugerują nawet, że jądro w ogóle się nie obraca.

Obiecujący model Zaproponowany w 2023 r Naukowcy opisują wewnętrzne jądro, które kiedyś obracało się szybciej niż sama Ziemia, ale obecnie obraca się z mniejszą prędkością. Naukowcy poinformowali, że rotacja jądra przez pewien okres czasu odpowiadała obrotowi Ziemi. Następnie zwolniło jeszcze bardziej, aż rdzeń zaczął się cofać w stosunku do otaczających warstw cieczy.

Niektórzy eksperci ostrzegali wówczas, że potrzeba więcej danych, aby potwierdzić ten wniosek, a teraz inny zespół naukowców dostarczył nowe, przekonujące dowody na poparcie tej hipotezy dotyczącej szybkości rotacji jądra wewnętrznego. Wyniki badania opublikowano 12 czerwca w czasopiśmie Natura Ale to nie tylko potwierdza leżące u podstaw spowolnienia gospodarczego, ale potwierdza sugestię z 2023 r., że to fundamentalne spowolnienie jest częścią długoterminowego wzorca spowolnienia i przyspieszenia.

Nowe odkrycia potwierdzają również, że według jednego z autorów badania zmiany prędkości obrotowej następują w cyklu 70-letnim. Doktor John VidalDziekan profesor nauk o Ziemi w Dornsife College of Letters, Arts and Sciences na Uniwersytecie Południowej Kalifornii.

„Spieramy się na ten temat od 20 lat i myślę, że to właściwe rozwiązanie” – powiedział Vidal. „Myślę, że zakończyliśmy dyskusję na temat tego, czy jądro wewnętrzne się porusza i jaki jest jego wzór ostatnie dwie dekady.”

Nie wszyscy jednak są przekonani, że sprawa została rozstrzygnięta, a to, jak spowolnienie jądra wewnętrznego może wpłynąć na naszą planetę, pozostaje nadal otwartą kwestią – choć niektórzy eksperci twierdzą, że pole magnetyczne Ziemi może odgrywać pewną rolę.

Stałe, metalowe jądro wewnętrzne znajduje się 5180 kilometrów wewnątrz Ziemi i jest otoczone ciekłym metalicznym jądrem zewnętrznym. Jądro wewnętrzne składa się głównie z żelaza i niklu i szacuje się, że jest tak gorące jak powierzchnia Słońca – około 9800 stopni Fahrenheita (5400 stopni Celsjusza).

Ziemskie pole magnetyczne przyciąga tę solidną kulę gorącego metalu, powodując jej wirowanie. Jednocześnie grawitacja i przepływ płynnego jądra zewnętrznego i płaszcza przyciągają rdzeń. Vidal powiedział, że przez wiele dziesięcioleci napieranie i przyciąganie tych sił powoduje różnice w prędkości obrotowej jądra.

Przepływ bogatego w minerały płynu w zewnętrznym jądrze generuje prądy elektryczne, które zasilają ziemskie pole magnetyczne, które chroni naszą planetę przed śmiercionośnym promieniowaniem słonecznym. Chociaż bezpośredni wpływ jądra wewnętrznego na pole magnetyczne nie jest znany, naukowcy już wcześniej informowali o… W 2023 r Wolno obracające się jądro może na to wpływać, a także może częściowo skrócić długość dnia.

Kiedy naukowcy próbują „zobaczyć” całą planetę, zazwyczaj śledzą dwa typy fal sejsmicznych: fale ciśnienia, czyli fale P, i fale ścinające, czyli fale P, które przemieszczają się przez każdy rodzaj materii; Według nich fale S przemieszczają się wyłącznie przez ciała stałe lub ciecze o dużej lepkości Służba Geologiczna Stanów Zjednoczonych.

Sejsmolodzy w latach osiemdziesiątych XIX wieku zauważyli, że fale S generowane przez trzęsienia ziemi nie przechodzą przez całą Ziemię, więc doszli do wniosku, że jądro Ziemi zostało stopione. Jednak niektóre fale P po przejściu przez jądro Ziemi pojawiły się w nieoczekiwanych miejscach – „strefie cienia” – powiedział Lehman. Nazwij to -Tworzenie anomalii, których nie da się wytłumaczyć. Lyman jako pierwszy zasugerował, że turbulentne fale P mogą oddziaływać ze stałym rdzeniem wewnętrznym w płynnym jądrze zewnętrznym, na podstawie danych z potężnego trzęsienia ziemi w Nowej Zelandii w 1929 roku.

Śledząc fale sejsmiczne powstałe w wyniku trzęsień ziemi, które przeszły przez wewnętrzne jądro Ziemi po podobnych ścieżkach od 1964 r., autorzy badania z 2023 r. odkryli, że rotacja następuje w cyklu 70-letnim. W latach siedemdziesiątych wewnętrzne jądro obracało się nieco szybciej niż planeta. Następnie około 2008 roku zwolniło, a od 2008 do 2023 roku zaczęło poruszać się nieco w przeciwnym kierunku względem płaszcza.

W nowym badaniu Vidal i jego współpracownicy zaobserwowali fale sejsmiczne generowane przez trzęsienia ziemi w tych samych miejscach w różnym czasie. Znaleźli 121 przykładów takich trzęsień ziemi, które miały miejsce w latach 1991–2023 na Sandwich Południowym – archipelagu wysp wulkanicznych na Oceanie Atlantyckim na wschód od najbardziej wysuniętego na południe krańca Ameryki Południowej. Naukowcy przyjrzeli się także falom uderzeniowym, które przedostały się do rdzenia podczas sowieckich testów nuklearnych przeprowadzonych w latach 1971–1974.

Vidal powiedział, że rotacja serca wpływa na czas przybycia fali. Porównanie czasu sygnałów sejsmicznych w momencie ich kontaktu z rdzeniem ujawniło zmiany w rotacji rdzenia w czasie, potwierdzając 70-letni cykl rotacji. Według obliczeń naukowców serce jest prawie gotowe do ponownego przyspieszenia.

W porównaniu z innymi badaniami sejsmicznymi, które mierzą pojedyncze trzęsienia ziemi przechodzące przez rdzeń – niezależnie od tego, kiedy one występują – wykorzystanie wyłącznie sparowanych trzęsień ziemi zmniejsza ilość użytecznych danych, „co czyni tę metodę trudniejszą” – powiedział Waszek. Zdaniem Vidala umożliwiło to jednak naukowcom dokładniejszy pomiar zmian w rotacji jądra. Jeśli model jego zespołu jest prawidłowy, rotacja jądra zacznie ponownie przyspieszać za około pięć do dziesięciu lat.

Sejsmometry wykazały również, że w cyklu 70-letnim rotacja jądra zwalnia i przyspiesza w różnym tempie, „co będzie wymagało wyjaśnienia” – powiedział Vidal. Jedną z możliwości jest to, że metalowy rdzeń wewnętrzny nie jest tak solidny, jak oczekiwano. Jeśli odkształci się podczas obrotu, może to wpłynąć na stabilność jego prędkości obrotowej, powiedział.

Obliczenia zespołu sugerują również, że jądro ma różną prędkość rotacji dla ruchu do przodu i do tyłu, co „wnosi interesujący wkład w mowę” – powiedział Waszk.

Dodała jednak, że głębokość i niedostępność wewnętrznego rdzenia oznacza, że ​​wątpliwości pozostają. Jeśli chodzi o to, czy debata na temat rotacji jądra rzeczywiście się zakończyła, Wasek powiedział: „Potrzebujemy więcej danych i ulepszonych multidyscyplinarnych narzędzi, aby dokładniej zbadać tę kwestię”.

Chociaż można je śledzić i mierzyć, zmiany w rotacji jądra są prawie niezauważalne dla ludzi na Ziemi, powiedział Vidal. Kiedy rdzeń obraca się wolniej, ruch płaszcza przyspiesza. To przesunięcie powoduje, że Ziemia obraca się szybciej i skraca długość dnia. Ale takie przesunięcia rotacyjne przekładają się na zaledwie milisekundę długości dnia, powiedział.

„Pod względem wpływu na życie człowieka?” Powiedział. – Nie wyobrażam sobie, żeby to miało zbyt duże znaczenie.

Naukowcy badają jądro wewnętrzne, aby dowiedzieć się, jak powstało głębokie wnętrze Ziemi i jakie są powiązania aktywności we wszystkich podpowierzchniowych warstwach planety. Vidal dodał, że szczególnie interesujący jest tajemniczy obszar, w którym płynne jądro zewnętrzne otacza stałe jądro wewnętrzne. Jako miejsce, w którym spotykają się ciecz i ciało stałe, granica ta jest „pełna potencjału aktywności”, podobnie jak granica rdzeń-płaszcz i granica płaszcz-skorupa.

„Możemy mieć wulkany na przykład na granicy jądra wewnętrznego, gdzie spotykają się i poruszają ciała stałe i ciecze” – powiedział.

Ponieważ rotacja jądra wewnętrznego wpływa na ruch jądra zewnętrznego, uważa się, że rotacja jądra wewnętrznego pomaga zasilać pole magnetyczne Ziemi, chociaż potrzebne są dalsze badania, aby odkryć jego dokładną rolę. Waszczyk powiedział, że jest wiele do nauczenia się na temat ogólnej struktury jądra wewnętrznego.

„Nowe i przyszłe metodologie będą miały kluczowe znaczenie dla odpowiedzi na ciągłe pytania dotyczące wewnętrznego jądra Ziemi, w tym rotacji”.

Mindy Weissberger jest pisarką naukową i producentem medialnym, której prace ukazywały się w „Live Science”, „Scientific American” i „How It Works”.