Analizując dane sejsmiczne, naukowcy odkryli sześcioletni cykl super- i sub-rotacji wewnętrznego jądra Ziemi, który wpływa na długość dnia na naszej planecie.
Ziemia zbudowana jest warstwowo. W samym środku znajduje się wewnętrzne jądro. Idąc na zewnątrz, wyróżniamy: jądro zewnętrzne, dolny płaszcz, górny płaszcz, skorupę i atmosferę. Wewnętrzne jądro jest najgorętszą częścią Ziemi. Jego temperatura to około 5400°C, co jest wartością zbliżoną do powierzchniowej temperatury powierzchni Słońca! Uważa się, że wewnętrzne jądro składa się głównie ze stopu żelaza i niklu, i że jest litą kulą o promieniu około 1220 km.
Na ilustracji: Budowa wnętrza Ziemi. Źródło: Wikipedia
Dotychczas sądzono, że wewnętrzne jądro stale obraca się z prędkością większą niż prędkość obrotu powierzchni planety. Takie zjawisko nazywamy super-rotacją. W nowym badaniu, Wei Wang i John E. Vidale z University of Southern California (USC) znaleźli dowody na to, że wewnętrzne jądro Ziemi oscyluje, co jest sprzeczne z wcześniej przyjętymi modelami.
Ich badanie, oparte na analizie danych sejsmicznych zgromadzonych w czasie sześciu lat (od roku 1969 do roku 1974) pokazuje, że w tym czasie jądro wewnętrzne zmieniło kierunek rotacji. Badacze twierdzą, że ich model ruchu jądra wewnętrznego wyjaśnia również zmienność długości dnia, która jak wykazano, oscyluje w sposób nieprzerwany od kilkudziesięciu lat.
Nasza analiza potwierdziła dobrze znany fakt, że powierzchnia Ziemi rotuje w innym tempie niż wewnętrzne jądro. Jednak nasze ostatnie badania pokazują, że w latach 1969-71 jądro wewnętrzne Ziemi rotowało nieco wolniej, a następnie w latach 1971-74 zmieniło kierunek rotacji. Zauważamy również, że zmianom tym towarzyszyły zmiany długości dnia, która, zgodnie z przewidywaniami rosła lub malała. – powiedział John E. Vidale, współautor badania. Zbieżność tych dwóch niezależnych obserwacji sprawia, że oscylacja wewnętrznego jądra Ziemi jest prawdopodobną interpretacją.
Na ilustracji: Schemat budowy Ziemi z zaznaczeniem wewnętrznego jądra, które może oscylować zmieniając kierunek swojej rotacji w sześcioletnim cyklu super- i sub-rotacji. Źródło: Edward Sotelo/USC
W ciągu ostatnich 30 lat, nasze rozumienie budowy i własności wewnętrznego jądra Ziemi, które jest gorącą litą kulą wielkości Plutona, znacznie się poprawiło. Wiemy, że jego dynamika zmienia się w skali dziesięcioleci. Ponieważ jednak wewnętrznego jądra nie można obserwować bezpośrednio, badacze zmagają się z pomiarami pośrednimi w celu wyznaczenia prędkości i wyjaśnienia przyczyn obserwowanego ruchu.
Badania opublikowane w 1996 roku jako pierwsze zasugerowały, że jądro wewnętrzne obraca się szybciej niż reszta planety (super-rotacja) o około 1 stopień rocznie. Późniejsze odkrycia Vidale'a potwierdziły ideę, że wewnętrzne jądro super-rotuje, choć w wolniejszym tempie.
Wykorzystując dane z Large Aperture Seismic Array (LASA), obiektu Sił Powietrznych Stanów Zjednoczonych w Montanie, Wang i Vidale odkryli, że wewnętrzne jądro Ziemi obraca się wolniej niż wcześniej przewidywano, około 0,1 stopnia rocznie. W badaniu przeanalizowano fale sejsmiczne generowane podczas testów sowieckich podziemnych bomb atomowych w latach 1971-74 na archipelagu arktycznym Nowa Ziemia, przy użyciu nowatorskiej techniki opracowanej przez Vidale.
Na ilustracji: Mapa lokalizacji testów jądrowych i ośrodka LASA. (A) Lokalizacje dwóch par testów jądrowych i położenie LASA. Czarny trójkąt oznacza lokalizację LASA. Gwiazdy w kolorze magenta pokazują lokalizacje pary bliźniaczych testów jądrowych użytych w tym badaniu. (D) Ścieżki promieni fal rozproszonych o nazwach PKiKP i IC, które były analizowane w badaniu. Źródło: https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abm9916
Gdy naukowcy zastosowali tę samą technikę do analizy fal sejsmicznych powstałych podczas dwóch wcześniejszych testów atomowych pod wyspą Amchitka na krańcu archipelagu Alaski (Milrow w 1969 roku i Cannikin w 1971 roku), odkryli, że jądro wewnętrzne Ziemi miało odwrotny kierunek rotacji, wykazując sub-rotację, czyli rotując wolniej niż powierzchnia, o co najmniej jedną dziesiątą stopnia rocznie.
Autorzy zauważają, że postęp badań będzie zależeć od możliwości pozyskania wystarczająco dokładnych obserwacji do analizy. Wykorzystując dane sejsmologiczne z testów atomowych, byli oni w stanie określić dokładną lokalizację i moment pojedynczego incydentu sejsmicznego. Jednak LASA zamknięto w 1978 r., a era amerykańskich podziemnych testów atomowych dobiegła końca. To oznacza, że naukowcy aktualnie musieliby polegać na stosunkowo nieprecyzyjnych danych dotyczących trzęsień ziemi.
Przeprowadzone badanie, dotyczące analizy zmian długości dnia, wynoszących plus lub minus 0,2 sekundy w ciągu sześciu lat, oraz zmienności pola geomagnetycznego, potwierdza wcześniejsze spekulacje, że jądro wewnętrzne Ziemi oscyluje.
Wewnętrzne jądro Ziemi nie jest niezmienne. Porusza się pod naszymi stopami i wydaje się, że co sześć lat wykonuje ruch tam i z powrotem o kilka kilometrów – powiedział Vidale. W naszym badaniu staramy się dociec, jak to jądro się uformowało i jak wygląda jego dynamika w krótkich i długich skalach czasowych.
Więcej informacji: publikacja Wei Wang & John E. Vidale “Seismological observation of Earth’s oscillating inner core”, 10 June 2022, Science Advances, DOI: 10.1126/sciadv.abm9916
Opracowanie: Joanna Molenda-Żakowicz
Na ilustracji: Budowa Ziemi. Źródło: freepic / pixiesuperstar
