Prenumeruokite CNN „Wonder Theory“ naujienlaiškį. Tyrinėkite visatą su naujienomis apie patrauklius atradimus, mokslo pažangą ir kt.

CNN
—

Giliai Žemėje yra tvirtas metalinis rutulys, kuris sukasi nepriklausomai nuo mūsų besisukančios planetos, kaip besisukantis viršūnėlis didesnėje viršūnėje, apgaubtas paslapties.

Ši vidinė šerdis sudomino tyrėjus nuo tada, kai ją atrado danų seismologė Inge Lehmann 1936 m., o jo judėjimas – sukimosi greitis ir kryptis – buvo dešimtmečius trukusių diskusijų dėmesio centre. Vis daugiau įrodymų rodo, kad branduolio sukimasis pastaraisiais metais labai pasikeitė, tačiau mokslininkai tebėra nesutarę dėl to, kas tiksliai vyksta ir ką tai reiškia.

Dalis problemos kyla dėl to, kad neįmanoma tiesiogiai stebėti arba paimti mėginių iš gilaus Žemės vidaus. Seismologai surinko informaciją apie vidinės šerdies judėjimą, nagrinėdami bangų, kylančių dėl didelių žemės drebėjimų, smogančių šį regioną, elgesį. Skirtumai tarp panašaus stiprumo bangų, perėjusių per branduolį skirtingu laiku, leido mokslininkams išmatuoti vidinio branduolio padėties pokyčius ir apskaičiuoti jo sukimąsi.

„Diferencinis vidinės šerdies sukimasis buvo pasiūlytas kaip reiškinys aštuntajame ir devintajame dešimtmetyje, tačiau seisminiai įrodymai buvo paskelbti tik 1990-aisiais“, – sakė Australijos Džeimso Kuko universiteto vyresnioji fizinių mokslų dėstytoja dr. Lauren Waszczyk.

Tačiau mokslininkai diskutavo, kaip interpretuoti šiuos rezultatus, „visų pirma dėl iššūkio atlikti išsamius vidinio branduolio stebėjimus, dėl jo atokumo ir ribotų turimų duomenų“, – sakė Wasek. Ji pridūrė, kad dėl to „vėlesnių metų ir dešimtmečių tyrimai nesutaria dėl sukimosi greičio ir jo krypties mantijos atžvilgiu“. Kai kurios analizės netgi parodė, kad branduolys visiškai nesisuka.

Perspektyvus modelis Siūloma 2023 m Mokslininkai aprašo vidinę šerdį, kuri kažkada sukosi greičiau nei pati Žemė, bet dabar sukasi lėčiau. Mokslininkai pranešė, kad branduolio sukimasis tam tikrą laiką atitiko Žemės sukimąsi. Tada jis dar labiau sulėtėjo, kol šerdis pradėjo judėti atgal, palyginti su aplinkiniais skysčio sluoksniais.

Tuo metu kai kurie ekspertai perspėjo, kad šiai išvadai patvirtinti reikia daugiau duomenų, o dabar kita mokslininkų komanda pateikė įtikinamų naujų įrodymų šiai hipotezei apie vidinės šerdies sukimosi greitį. Tyrimas buvo paskelbtas žurnale birželio 12 d gamta Tačiau tai ne tik patvirtina pagrindinį ekonomikos sulėtėjimą, bet ir patvirtina 2023 m. teiginį, kad šis esminis sulėtėjimas yra ilgalaikio lėtėjimo ir pagreitėjimo modelio dalis.

Naujos išvados taip pat patvirtina, kad sukimosi greičio pokyčiai vyksta 70 metų ciklu, teigia vienas iš tyrimo autorių. Daktaras Džonas VidalisPietų Kalifornijos universiteto Dornsife laiškų, menų ir mokslų koledžo dekano žemės mokslų profesorius.

„Mes ginčijamės dėl to 20 metų ir manau, kad tai yra teisingas sprendimas“, – sakė Vidalas pastaruosius du dešimtmečius“.

Tačiau ne visi yra įsitikinę, kad reikalas išspręstas ir kaip vidinio branduolio lėtėjimas gali paveikti mūsų planetą, vis dar atviras klausimas – nors kai kurie ekspertai teigia, kad Žemės magnetinis laukas gali atlikti tam tikrą vaidmenį.

Kietas metalinis vidinis šerdis yra 3220 mylių (5180 kilometrų) Žemės viduje, apsuptas skysto metalo išorinės šerdies. Vidinę šerdį daugiausia sudaro geležis ir nikelis, o manoma, kad ji yra tokia pat karšta kaip Saulės paviršius – apie 9800 laipsnių pagal Farenheitą (5400 laipsnių Celsijaus).

Žemės magnetinis laukas traukia šį kietą karšto metalo rutulį, todėl jis sukasi. Tuo pačiu metu skysčio išorinės šerdies ir mantijos gravitacija ir srautas traukia šerdį. Per daugelį dešimtmečių šių jėgų stūmimas ir traukimas sukelia šerdies sukimosi greičio skirtumus, sakė Vidalas.

Skysčio, kuriame gausu mineralų, srautas išorinėje šerdyje sukuria elektros sroves, maitinančias Žemės magnetinį lauką, kuris apsaugo mūsų planetą nuo mirtinos saulės spinduliuotės. Nors tiesioginis vidinės šerdies poveikis magnetiniam laukui nežinomas, mokslininkai anksčiau pranešė… 2023 metais Lėtai besisukantis branduolys gali jį paveikti ir iš dalies sutrumpinti dienos trukmę.

Kai mokslininkai bando „matyti“ visą planetą, jie paprastai seka dviejų tipų seismines bangas: slėgio bangas, arba P bangas, ir šlyties bangas, arba S bangas, judančias per visų tipų medžiagas. S bangos juda tik per kietas medžiagas arba labai klampius skysčius JAV geologijos tarnyba.

1880-ųjų seismologai pastebėjo, kad žemės drebėjimų sukeltos S bangos neprasiskverbia per visą Žemę, todėl padarė išvadą, kad Žemės šerdis yra išsilydžiusi. Tačiau kai kurios P ​​bangos, perėjusios per Žemės šerdį, pasirodė netikėtose vietose – „šešėlinėje zonoje“, sakė Lehmanas. Pavadink – Kurti anomalijas, kurių neįmanoma paaiškinti. Lymanas pirmasis pasiūlė, kad turbulentinės P bangos gali sąveikauti su kieta vidine šerdimi skystoje išorinėje šerdyje, remiantis 1929 m. masinio žemės drebėjimo Naujojoje Zelandijoje duomenimis.

Stebėdami seismines bangas, kilusias iš žemės drebėjimų, kurie per Žemės vidinę šerdį praėjo panašiais takais nuo 1964 m., 2023 m. tyrimo autoriai nustatė, kad sukimasis vyksta 70 metų ciklu. Aštuntajame dešimtmetyje vidinė šerdis sukasi šiek tiek greičiau nei planeta. Tada jis sulėtėjo apie 2008 m., o nuo 2008 iki 2023 m. pradėjo šiek tiek judėti priešinga kryptimi, palyginti su mantija.

Naujajame tyrime Vidalis ir jo kolegos stebėjo seismines bangas, kurias sukėlė žemės drebėjimai tose pačiose vietose skirtingu laiku. Jie rado 121 tokių žemės drebėjimų, įvykusių 1991–2023 m., pavyzdį Pietų Sandvičo salose – vulkaninių salų salyne Atlanto vandenyne į rytus nuo piečiausio Pietų Amerikos galo. Tyrėjai taip pat ištyrė smūgines bangas, kurios prasiskverbė į branduolį po sovietų branduolinių bandymų, atliktų 1971–1974 m.

Vidalas sakė, kad širdies sukimasis turi įtakos bangos atvykimo laikui. Palyginus seisminių signalų laiką, kai jie liečiasi su šerdimi, atskleidė šerdies sukimosi pokyčius laikui bėgant, patvirtinančius 70 metų sukimosi ciklą. Tyrėjų skaičiavimais, širdis beveik pasiruošusi vėl pradėti greitėti.

Palyginti su kitais seisminiais tyrimais, kuriais matuojami atskiri žemės drebėjimai, kai jie praeina per šerdį, nepaisant to, kada jie įvyksta, naudojant tik suporuotus žemės drebėjimus sumažėja naudojamų duomenų kiekis, „todėl metodas tampa sudėtingesnis“, – sakė Waszekas. Tačiau, pasak Vidalo, tai taip pat leido mokslininkams tiksliau išmatuoti branduolio sukimosi pokyčius. Jei jo komandos modelis bus teisingas, branduolio rotacija vėl pradės spartėti maždaug po penkerių iki dešimties metų.

Seismometrai taip pat atskleidė, kad per 70 metų ciklą šerdies sukimasis sulėtėja ir pagreitėja skirtingais tempais, „ką reikės paaiškinti“, – sakė Vidalas. Viena iš galimybių yra ta, kad metalinė vidinė šerdis nėra tokia tvirta, kaip tikėtasi. Jei jis sukdamasis deformuojasi, tai gali turėti įtakos jo sukimosi greičio nuoseklumui, sakė jis.

Grupės skaičiavimai taip pat rodo, kad branduolys turi skirtingus sukimosi greičius judant pirmyn ir atgal, o tai prideda „įdomų indėlį į kalbą“, sakė Waszekas.

Tačiau vidinės šerdies gylis ir neprieinamumas reiškia, kad abejonių išlieka, pridūrė ji. Kalbant apie tai, ar diskusijos dėl branduolio sukimosi tikrai baigtos, Wasek sakė: „Mums reikia daugiau duomenų ir patobulintų daugiadalykių priemonių, kad galėtume tai toliau tirti“.

Nors juos galima sekti ir išmatuoti, šerdies sukimosi pokyčiai žmonėms Žemėje yra beveik nepastebimi, sakė Vidalas. Kai šerdis sukasi lėčiau, mantijos judėjimas pagreitėja. Dėl šio poslinkio Žemė sukasi greičiau ir sutrumpina dienos trukmę. Tačiau tokie sukimosi poslinkiai per dieną trunka tik milisekundę, sakė jis.

„Kalbant apie tą poveikį žmogaus gyvenimui? Jis pasakė. – Neįsivaizduoju, kad tai daug ką reiškia.

Mokslininkai tiria vidinę šerdį, kad sužinotų, kaip susiformavo gilus Žemės vidus ir kaip veikla yra susijusi visuose planetos požeminiuose sluoksniuose. Vidalas pridūrė, kad ypač įdomus yra paslaptingas regionas, kuriame skysta išorinė šerdis supa kietą vidinę šerdį. Kaip vieta, kur susitinka skystis ir kieta medžiaga, ši riba yra „pilna aktyvumo potencialo“, kaip ir šerdies-mantijos riba bei mantijos-plutos riba.

„Pavyzdžiui, prie vidinės šerdies ribos galime turėti ugnikalnių, kur susitinka ir juda kietosios medžiagos ir skysčiai“, – sakė jis.

Kadangi vidinės šerdies sukimasis turi įtakos judėjimui išorinėje šerdyje, manoma, kad vidinės šerdies sukimasis padeda maitinti Žemės magnetinį lauką, nors reikia daugiau tyrimų, kad būtų atskleistas tikslus jo vaidmuo. Waszczyk teigė, kad apie bendrą vidinės šerdies struktūrą reikia daug sužinoti.

„Naujos ir būsimos metodikos bus labai svarbios atsakant į nuolatinius klausimus apie vidinį Žemės branduolį, įskaitant sukimąsi.

Mindy Weissberger yra mokslo rašytoja ir žiniasklaidos prodiuserė, kurios darbai buvo paskelbti „Live Science“, „Scientific American“ ir „How It Works“.