Исследование сейсмических волн позволяет предположить, что в ядре планеты есть скрытая камера.
Ученые говорят, что внутреннее ядро Земли представляет собой не просто твердый шар из никеля и железа, как было принято думать. Оно состоит из двух слоев: центральной области и внешней оболочки. К такому выводу исследователи пришли, используя ранее неописанный тип сейсмической волны, которая не просто проходит через ядро планеты, но и отражается от него. Во время этого сложного пути ученым удалось собрать новые данные о внутренней структуре ядра.
За последнее десятилетие произошло много землетрясений магнитудой 6 и более. Ученые исследовали данные о них, которые удалось собрать на сейсмических станциях по всему миру. Объединив эти сигналы, удалось обнаружить даже очень слабые отражения сейсмических волн. Из 200 проанализированных землетрясений 16 породили сейсмические волны, которые многократно отражались от внутреннего ядра планеты.
Происхождение, структура и изменения ядра Земли представляют большой интерес. Ведь именно ядро образует магнитное поле планеты, которое защищает нас от потоков космических частиц и радиационного излучения.
Понимание того, как развивается магнитное поле, чрезвычайно важно для жизни на поверхности Земли.
Хрвое Ткалчич, сейсмолог из Австралийского национального университета в Канберре
Ядро Земли диаметром около 6600 километров состоит из двух основных частей: жидкой внешней и твердой внутренней. По мере того как богатая железом жидкая часть циркулирует во внешнем ядре, часть ее охлаждается и кристаллизуется, оседая и образуя твердую центральную часть. Благодаря этому взаимодействию и образуется магнитное поле Земли.
Когда начался этот кружащийся танец, доподлинно неизвестно, однако некоторые ученые предполагают, что всего лишь 565 миллионов лет назад. По сравнению с продолжительностью жизни нашей планеты в 4,6 миллиарда лет, это незначительный промежуток времени. Время от времени процесс прерывался: об этом свидетельствуют крошечные магнитные крупинки в камнях. Они говорят о том, что магнитные полюса планеты время от времени менялись местами в течение многих лет. В такие периоды магнитное поле становилось слабее. По мере того как значительная часть жидкого ядра кристаллизуется, процесс будет замедляться и в конечном счете прекратится — тогда магнитное поле попросту исчезнет. Однако будет это нескоро: через миллионы или даже миллиарды лет.
За счет разных типов и структур минералов, а также разного количества жидкости в ядре скорость сейсмических волн, которые проходят через Землю, меняется. По ней можно судить о внутреннем строении нашей планеты. В 2002 году исследователи отметили, что сейсмические волны, проходящие через центральную часть Земли, движутся намного медленнее в одном направлении относительно полюсов планеты, чем в других. Это говорит о необычном строении внутренней части — возможно, дело в разнице кристаллических структур. Команда ученых предположила, что скрытая камера может быть своего рода окаменелостью: сохранившемся остатком со времен раннего формирования ядра.
После этого наблюдения Ткалчич и другие ученые из Австралийского национального университета изучили другие сейсмические данные. Им удалось найти независимые доказательства, подтверждающие теорию о скрытой камере во внутреннем ядре Земли. Реверберирующие сейсмические волны, о которых написали 21 февраля в Nature Communications, также показывают замедление в центральной части — пока это самые убедительные доказательства того, что «скрытое сердце» существует.
Используя все эти данные, Ткалчич и сейсмолог Тхань-Сон Фом подсчитали, что диаметр этой древней части составляет примерно 600 километров — или примерно половину диаметра всего внутреннего ядра. Ученые смогли оценить направление самых медленных волн примерно на 50 градусов относительно оси вращения Земли, что дало больше информации об этом регионе.
По словам Ткалчича, точная причина замедления волн пока не ясна. Возможно, это явление связано со структурой кристаллов железа: ученые предполагают, что они могут по-разному «упаковываться» ближе к центру. Также дело может быть в ином выравнивании кристаллов, которое обусловлено каким-то давним глобальным событием, изменившим способ кристаллизации из внешнего во внутреннее ядро.
Внутреннее ядро Земли хранит и множество других загадок. Например, более легкие химические элементы, которые содержатся там в небольшом количестве: водород, углерод, кислород — могут обтекать твердое ядро в полужидком, «суперионном» состоянии, еще больше усложняя сейсмическую картину.
Сейсмолог Пол Ричардс из обсерватории Земли Ламонт-Доэрти Колумбийского университета считает, что исследователи из Австралии внесли неоценимый вклад в науку, который позволит изучать внутреннее ядро по-новому. Обсерватория занимается выявлением и регистрацией сейсмических волн, которые многократно отражаются в недрах планеты.
В то же время Ричардс считает, что интерпретация данных австралийских коллег может быть неверной. По его словам, одна из причин такой неопределенности — сами волны, которые многократно отражаются, становясь слабее. Из-за этого их трудно увидеть в доступных данных.