Внутреннее ядро Земли состоит из верхней и нижней областей с разными материальными свойствами и не является однородным кристаллом железа, как думали ученые, считают сейсмологи из Обсерватории Земли Ламонт-Доэрти Колумбийского университета и Калифорнийского института Технология.
Выводы, вероятно, повлияют на текущую модель возникновения Земли и ее магнитного поля.
Исследователи, Сяодун Сун, лектор Сторке-Доэрти в Ламонте, кампусе наук о Земле Колумбийского университета в Палисейдс, штат Н. Y. и Дон В. Хелмбергер, сейсмолог и профессор Калифорнийского технологического института в Пасадене, Калифорния, использовали данные о землетрясениях для исследования внутреннего ядра. Их работа была поддержана Национальным научным фондом и опубликована в номере журнала Science от 30 октября.
Внутреннее ядро Земли представляет собой сферу шириной 1500 миль, состоящую в основном из твердого железа, которая вращается во внешнем ядре из расплавленного железа. Хотя ученым уже известна граница между внутренним и внешним ядрами, исследования, проведенные доктором Сонгом и доктором Хельмбергером, демонстрируют слои внутри самого внутреннего ядра, которое расположено примерно на 3000 миль ниже поверхности Земли. Ученые использовали сейсмические данные 11 исторических землетрясений, чтобы сделать вывод о том, что внутреннее ядро состоит из двух отдельных частей: нижней области, окруженной тонким неровным верхним слоем с разными свойствами материала. В этом отношении внутреннее ядро очень похоже на верхний слой Земли, мантию, которая имеет верхнюю и нижнюю области с разным минералогическим составом.
Исследователи получили сделанные в Германии измерения сейсмических волн, распространяющихся с запада на восток - от землетрясений на Фиджи и других островах южной части Тихого океана. Волны, распространяющиеся с юга на север - от землетрясений в регионе у южного побережья Южной Америки - измерялись на Аляске и в Канаде.
Волны от землетрясений в южной части Тихого океана были обнаружены сначала в Северной Америке, а затем в Германии, что указывает на то, что волны двигались быстрее с юга на север, чем с востока на запад. По словам исследователей, волны двигались быстрее, потому что кристаллы железа во внутреннем ядре Земли устроены таким образом, что волны двигаются быстрее в одном направлении, чем в другом.
Измерения группы показали, что волны от определенных землетрясений достигают одних северных сейсмографов раньше других. Используя компьютеры для моделирования волн, распространяющихся через Землю, пара сузила источник этих различий до внутреннего ядра и обнаружила точку перехода на глубине 120 миль под его поверхностью. Выше этой точки внутреннее ядро было изотропным, а это означало, что волны могли распространяться одинаково быстро в любом направлении. Под ним анизотропия мешала волнам двигаться в одних направлениях и способствовала в других. По словам исследователей, граница между верхней и нижней областями внутреннего ядра, по-видимому, различается по глубине в разных местах под поверхностью Земли.
Путь, пройденный сейсмическими волнами через внутреннее ядро, аналогичен пути, который проходят световые волны, проходящие через границу раздела воздух-вода, и демонстрирует существование внутренней границы ядра, сказал д-р Сонг.
«Это все равно, что положить соломинку в стакан с водой», - сказал он. Если смотреть на нее со стороны стакана, соломинка кажется согнутой. Свет преломляется, немного изгибается при переходе через воду в воздух.
"Таким же образом преломляется сейсмическая волна, когда она проходит через анизотропный слой ядра и обратно в изотропный слой, который ее окружает."
Drs. Сонг и Хельмбергер предполагают, что кристаллы железа в верхней части внутреннего ядра ориентированы случайным образом, в то время как кристаллы в нижней части выровнены по схеме север-юг, а это означает, что волны, идущие с юга на север, будут двигаться быстрее, чем волны, движущиеся с запада на юг. на восток, явление, которое наблюдала команда. Причина такого расслоения неясна, но исследователи предположили, что давление, тепловые и магнитные силы, действующие в центре Земли, заставляют верхний слой со временем менять форму.
Доктор. Недавняя работа Сонга была вдохновлена интересом к внутреннему ядру. Два года назад доктор Сонг, работая с Полом Ричардсом, профессором естественных наук Меллона в Колумбийском университете, обнаружил доказательства того, что внутреннее ядро вращается быстрее, чем сама Земля. Вращение внутреннего сердечника вызывается электромагнитным моментом, действующим на проводящий внутренний сердечник магнитным полем, создаваемым во внешнем сердечнике. Поняв структуру внутреннего ядра, Др. Сун сказал, что ученые смогут лучше понять роль внутреннего ядра в ряде земных процессов, таких как генерация магнитного поля Земли, взаимодействие между различными геологическими слоями, а также дифференциация и эволюция недр Земли.
Доктор. Сонг назвал текущее отсутствие критических данных основным ограничивающим фактором будущих исследований внутреннего ядра. По его словам, необходимо больше станций в местах в высоких широтах, таких как Аляска или Антарктида, для регистрации волн в направлениях север-юг, что облегчит будущие исследования по изучению структуры и процессов внутреннего ядра.