Вътрешното ядро на Земята неясно защо променя формата си

Ново, детайлно изследване на вътрешността на Земята разкрива, че въртящото се вътрешно ядро не само променя скоростта си на въртене, но също така изглежда променя и формата си, като се наблюдават фини вариации в годишни времеви мащаби в начина, по който акустичните вълни се разпространяват през центъра на планетата. 

Това е удивително откритие, което ще доведе до по-добро разбиране на функционирането на ядрото – а оттам и до изясняване на други странни поведения на Земята.

Геофизикът Джон Видали (John Vidale) от Университета на Южна Калифорния в САЩ първоначално се заема да измери забавящото се въртене на вътрешното ядро.

„[Ние] не си поставяхме за цел да дефинираме физическата природа на вътрешното ядро“, разказва Видали.

„Да открием процес, който преди не е бил документиран, е вълнуващо“, отбелязва Видали. „Винаги се надяваме да намерим следващия странен и дълбок факт, а това наблюдение е напълно ново. Следващата стъпка ще бъде да се уверим, че сме прави, и да усъвършенстваме нашите модели.“

Въртящата се мистерия на вътрешното ядро

Диаметърът на Земята е около 12 700 км. За да се стигнете до вътрешното ядро, ще трябва да се проникне през около 5000 километра през останалите слоеве на Земята. Започвайки с много тънката кора, върху която живеем, следващият слой е предимно твърда мантия. Под мантията се намира разтопеното външно ядро, което е основно отговорно за динамото ефекта, поддържащ нашето животоспасяващо магнитно поле.

Твърдото вътрешно ядро на Земята е една от най-големите загадки в геофизиката. То се върти дълбоко под нас, обвито в течната обвивка на външното ядро, което е неразривно свързано с процеси като продължителността на деня и геомагнитното поле, което се простира в космоса благодарение на електромагнетизма, генериран от движението му.

Поради ключовата роля на ядрото в планетарните процеси, учените са силно мотивирани да разберат какво точно се случва там. Но, разбира се, не можем просто да слезем и да го наблюдаваме.

За щастие, Земята ни дава възможност да правим измервания на вътрешността ѝ чрез земетресенията. Когато земната кора се разклати, акустичните вълни се разпространяват и отразяват от различните материали, през които преминават.

Чрез анализ на вълните, засечени от сеизмичните станции по целия свят, учените могат да получат информация за ядрото. Например, знаем, че вътрешното ядро вероятно е гореща, плътна сфера от твърдо желязо и никел с диаметър около 2 440 км – малко по-голямо от Плутон. Има доказателства, че то се върти по-бързо от самата Земя (явление, наречено свръхротация), въпреки че може да се е забавило през последните години.

Схема, демонстрираща как сеизмичните вълни могат да разкрият въртенето на вътрешното ядро. Кредит: Tkalčić, 2024/GRL

Използване на земетресения за разкриване на тайните на ядрото

Видали и неговите колеги изучават вътрешното ядро от години, използвайки данни от земетресения. През 2022 г. те публикуват проучване, предполагащо връзка между промяната в скоростта на въртене на вътрешното ядро и периодични промени в дължината на земния ден. По-нататъшни изследвания обаче са показали обаче, че такава връзка не съществува.

За да разберем точно как поведението на ядрото влияе на Земята като цяло, трябва да го характеризираме правилно, отбелязва Видали.

Досега е установено трърдо, че скоростта на въртене на вътрешното ядро варира и че тази скорост е различна от въртенето на планетата. Но остава още една загадка – променливостта в сеизмичните вълни, които се отразяват от ядрото. Тази промяна идва ли от различна скорост на въртене или от промяна във формата на ядрото?

За да отговорят на този въпрос, Видали и неговият екип анализират 168 двойки повтарящи се земетресения, които преминават през планетата.

„Всяка двойка представлява две земетресения, които са почти идентични“, обяснява Видали, „така че всяка разлика в наблюдаваните данни може да се свърже с промяна в пътя на сеизмичните вълни.“

Те сравняват тези двойки от моменти, когато вътрешното ядро е заемало същата позиция, което позволява да се изключи влиянието на скоростта на въртене върху сеизмичните вариации. Резултатите показват разлики в начина, по който вълните се отразяват от повърхността на вътрешното ядро, на границата между вътрешното и външното ядро – което подсказва, че формата на вътрешното ядро се променя.

„Широко известно е, че разтопеното външно ядро ​​е турбулентно, но турбулентността му не е наблюдавана да наруши съседа му – вътрешното ядро ​​– в човешки времеви мащаб“, разказва Видали. „Това, което наблюдаваме в това изследване за първи път, е вероятно външното ядро ​​да нарушава вътрешното ядро.“

Как изглежда тази промяна?

„Трудно е да разберем със сигурност, но е възможно да има малки вдлъбнатини и издигания на границата на вътрешното ядро в отговор на енергичното движение на външното ядро“, обяснява Видали. „Възможно е промените да се случват изцяло вътре в ядрото, но това е по-малко вероятно. Знаем, че вътрешното ядро е на границата на своята точка на топене, което означава, че може да е доста меко.“

Има няколко възможни причини за тези промени, като най-вероятната е привличането на по-плътни региони вътре в Земята, известни като големи области с ниска скорост на срязване (LLSVP). Друга възможност е, че конвективните потоци във външното ядро могат да оказват натиск върху вътрешното ядро, променяйки формата му. Или може би и двете влияят едновременно.

Анимация, показваща LLSVP, изведена с помощта на сеизмична томография. Кредит: Cottaar & Lekic (2016)

Но най-вълнуващото е, че сеизмичните данни ясно показват две промени във вътрешното ядро – в скоростта на въртене и във формата му. Видали и неговите колеги възнамеряват да продължат с проучванията.

„Повече данни обикновено водят до по-добро разбиране на новите открития“, посочва Видали. „Ако вътрешното ядро продължи да се върти в същата посока, както през последните 15 години, то скоро ще се върне в позицията, която е заемало около 2000 година – когато вероятно се е случвало нещо интересно. Следващите няколко години ще бъдат просветляващи.“

Откритието отваря вратата към нови открития за скритата преди това динамика между вътрешното и външното ядро. Това може да доведе до по-добри модели на нашето магнитно поле и разпространението на топлината в рамките на Земята.

Справка: Vidale, J.E., Wang, W., Wang, R. et al. Annual-scale variability in both the rotation rate and near surface of Earth’s inner core. Nat. Geosci. (2025). https://doi.org/10.1038/s41561-025-01642-2

Източници:

A textbook-altering discovery about Earth’s inner core, Сosmos magazine

Earth's Inner Core Is Mysteriously Changing Shape, Study Reveals, ScienceAlert

Още по темата

02/09/2024

Земята

Област с форма на поничка е открита в ядрото на Земята

14/06/2024

Земята

Вътрешното ядро ​​на Земята се забавя и може да окаже влияние върху продължителността на дните

25/08/2023

Земята

Разкриват се тайните на земното ядро, изпълнено с океани и циклони

24/01/2023

Земята

Вътрешното ядро ​​на Земята обръща въртенето си, твърдят изследователи