Во внешнем ядре Земли происходят изменения, о чем свидетельствуют данные сейсмических волн

Большая часть наших знаний о том, что находится в центре нашей планеты, получена в результате изучения сейсмических волн, возникающих при землетрясениях. Тщательный анализ этих волн позволяет выявить состав горных пород и металла под поверхностью Земли.

Новое исследование сейсмических волн, распространяющихся от двух разных землетрясений - в схожих местах, но с разницей в 20 лет - выявило изменения, происходящие во внешнем ядре Земли, вихревом слое жидкого железа и никеля между мантией (породой под поверхностью) и внутренним ядром (самым глубоким слоем).

Внешнее ядро и содержащееся в нем железо напрямую влияют на магнитное поле нашей планеты, которое, в свою очередь, обеспечивает защиту от космического и солнечного излучения, которое в противном случае сделало бы жизнь на Земле невозможной.

Это делает понимание внешнего ядра и его эволюции во времени жизненно важным. Данные, записанные с четырех мониторов сейсмических волн во время обоих землетрясений, показали, что волны от более позднего события распространялись примерно на одну секунду быстрее, проходя через ту же область внешнего ядра.

"Что-то изменилось на пути этой волны, поэтому теперь она может идти быстрее", - говорит геофизик Инг Чжоу (Ying Zhou) из Вирджинского технологического института. "Материала, который был там 20 лет назад, там больше нет".

"Это новый материал, и он легче. Эти легкие элементы будут двигаться вверх и изменять плотность в регионе, где они находятся".

Анализируемые здесь типы волн - это SKS-волны: они проходят через мантию как сдвиговые волны (S), затем во внешнее ядро как волны сжатия (K), затем выходят с другой стороны и снова проходят через мантию как еще более сдвиговые волны (вторая S). Время этих перемещений может быть показательным.

Что касается двух землетрясений, то оба они произошли вблизи островов Кермадек в южной части Тихого океана - первое в мае 1997 года, а второе в сентябре 2018 года, что дает исследователям уникальную возможность увидеть, как могло измениться ядро Земли с течением времени.

Как сейсмические волны проходят через внешнее ядро. (Инг Чжоу)

Конвекция, происходящая в жидком железе внешнего ядра Земли при его кристаллизации на внутреннем ядре, создает текучие электрические токи, которые и управляют магнитным полем вокруг нас. Однако взаимосвязь между внешним ядром и магнитным полем Земли не до конца понятна - многое основано на гипотетическом моделировании.

"Если посмотреть на северный геомагнитный полюс, то в настоящее время он движется со скоростью около 50 километров [31 миля] в год", - говорит Чжоу. Он удаляется от Канады и движется в сторону Сибири". Магнитное поле не одинаково каждый день. Оно меняется".

"Поскольку оно меняется, мы также предполагаем, что конвекция во внешнем ядре меняется со временем, но прямых доказательств нет. Мы никогда этого не видели".

Это новое исследование - и потенциально будущие подобные ему - может дать полезные сведения о том, как именно меняется внешнее ядро и его конвекция. Хотя отмеченные здесь изменения не являются огромными, чем больше мы знаем, тем лучше.

В данном случае Чжоу предполагает, что с 1997 года во внешнем ядре стали высвобождаться более легкие элементы, такие как водород, углерод и кислород. Это соответствует уменьшению плотности примерно на 2-3 процента и скорости конвективного потока около 40 километров (25 миль) в час, говорится в опубликованной работе.

В настоящее время в мире насчитывается 152 станции Глобальной сейсмографической сети, которые отслеживают сейсмические волны в режиме реального времени. Хотя мы не можем контролировать местоположение или время землетрясений, мы можем сделать так, чтобы о них регистрировалось как можно больше данных.

"Мы можем видеть это сейчас", - говорит Чжоу. "Если мы сможем увидеть это по сейсмическим волнам, то в будущем мы сможем установить сейсмические станции и отслеживать этот поток".

Исследование было опубликовано в журнале Nature Communications Earth & Environment.