直接地震学观测首次证明:地球内核旋转方向每6年变化一次

澎湃新闻记者 王蕙蓉

2022-06-16 16:02 来源:澎湃新闻

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近日,科学家发现了地球内核振荡的证据,即地球内核不仅旋转速度较快,而且每6年改变一次旋转方向。相关成果发表在《科学进展》(Science Advances)。图片来自《科学进展》(Science Advances)

图片来自《科学进展》(Science Advances)

地球的内部大致可分为三个组成物质和性质不同的同心圈层,由地心至地表依次为:地核(core)、地幔(mantle)、地壳(crust)。地核是地球的核心部分,主要由铁、镍元素组成,温度非常高,地核中心温度高达6000摄氏度左右。
长期以来,科学家对地核的研究不断深入。由于无法直接观察到地核,科学家致力于通过间接测量来解释其运动变化的模式、速度和原因。18世纪末,英国科学家亨利·卡文迪许(Henry Cavendish)用非常简单的扭秤测量了地球密度,其结果与现今科学测量结果相差不多。几十年后,德国物理学家埃米尔·维舍特(Emil Wiechert)提出双层地球模型,他认为地球内部一定有一层密度更高的铁镍核。但1936年,丹麦地球物理学家英厄·莱曼(Inge Lehmann)证实地球有一个液态外核和一个固态内核。图片来自Illustration/AdobeStock

图片来自Illustration/AdobeStock

利用地震波研究地球的内部结构可以追溯到19世纪。彼时,科学家在研究天然地震时发现,震源会产生在地下传播的体波和沿地表传播的面波,其中体波又分为压缩波(P波)和剪切波(S波)两类,P波总是比S波快,而且S波不能穿过液体传播。1897年,英国地质学家奥尔德姆(Richard Dixon Oldham)首先在地震图上识别出了P波和S波,拉开了用地震波研究地球内部结构的帷幕。基于此,后续科学家确立了地球的“地壳—地幔—地核”三层结构模型。
此次根据对地震数据的分析,美国南加州大学地球科学系主任教授John Vidale与Wei Wang研究团队证实,地球内核在1969年到1974年这六年时间里改变了旋转方向。研究人员表示,他们所研究的内核运动模型也可以用于解释一天时长的变化。
1996年,一项科学研究首次提出,地球内核旋转的速度比地球其他部分更快,大约为每年1度。南加州大学团队在研究中也支持了“内核超级自转”观点,但发现其速度更慢。“我们的最新观测显示,从1969年到1971年,地球内核旋转的速度稍微慢了一些,然后从1971年到1974年,地球内核转向了另一个方向。我们还注意到,一天的长度如预测的那样有增有减。”Vidale表示这些观测结果均指向地球内核振荡。图片来自南加州大学USC Graphic

图片来自南加州大学USC Graphic

研究人员利用美国空军设在蒙大拿州的大孔径地震台阵(LASA)1969年至1974年间一系列试验数据,发现地球内核的旋转速度大约为每年0.1度。这项研究主要利用Vidale开发的一种新型波束形成技术,分析了苏联1971年至1974年在北极新地岛进行的地下核弹试验产生的波束,以及位于阿姆奇特卡岛1969年的“Milrow”和1971年的“Cannikin”两次地下核弹试验数据。通过测量核爆炸产生的纵波,他们发现在6年中,地球内核的旋转方向改变过一次。
前述研究标志着科学家首次通过直接地震学观测,证明地球内核旋转方向每6年变化一次。同时支持了一种推测,即地球内核的振荡是基于一天时长的变化和地磁场变化。
“地球内核不是固定不动的,它在我们脚下移动,而且似乎每6年就来回移动几公里。”Vidale说道。未来,研究团队计划找到更多足够精确的观测数据与前述结果进行比较,以进一步了解地球内核如何形成,以及如何随时间的推移产生移动。
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责任编辑:李跃群
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关键词 >> 地球内核振荡,地球内核旋转方向,直接地震学观测,《科学进展》,南加州大学

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