新的研究顯示地球的內部核心在擺動 這導致一天時間長短不均

科學家們根據他們對地震數據的分析,確定了一個影響一天長度的六年超級和次級旋轉周期。地球的結構被分為幾層,內核位於中心,然後是外核、下地幔、上地幔、地殼和大氣。內核是地球上最熱的部分,溫度約為10000°F(5400°C),這與太陽表面的溫度相似,內核是地球上最熱的部分。

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據信地球內核主要由鐵鎳合金組成,主要是一個半徑約為760英里(1220公里)的固體球,它的旋轉速度比行星稍快,這被稱為超級旋轉。南加州大學(USC)的科學家們發現了地球內核振蕩的證據,這與以前接受的模型相矛盾,這些模型認為它的旋轉速度始終比地球表面快。

他們的研究今天(2022年6月10日)發表在《科學進展》雜誌上,顯示根據對地震數據的分析,內核在1969-74年的六年期間改變了方向。科學家們說,他們的內核運動模型也解釋了一天的長度變化,在過去的幾十年裡,一天的長度已經被證明是持續振蕩的。

“從我們的發現中,我們可以看到地球表面與它的內核相比發生了變化,正如人們20年來斷言的那樣,”該研究的共同作者、南加州大學Dornsife文學、藝術和科學學院地球科學系主任教授John E. Vidale說。”然而,我們最新的觀察顯示,1969-71年內核的旋轉速度稍慢,然後從1971-74年向另一個方向移動。我們還注意到,一天的長度按照預測的那樣增長和縮小。這兩個觀察結果的重合使振蕩成為可能的解釋”。

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地球的振蕩內核:南加州大學的研究人員在地球的內核中發現了一個六年的超旋轉和亞旋轉周期,這與之前接受的模型相矛盾,這些模型認為它的旋轉速度始終比地球表面的旋轉速度快。

對原子測試的分析確定了旋轉速度和方向

在過去的30年裡,我們對內核的理解有了極大的擴展。內核–一個和冥王星一樣大的熱的、密集的固體鐵球–已經被證明在幾十年中移動和/或變化。它也不可能直接觀察到,這意味着研究人員通過間接測量來努力解釋運動和變化的模式、速度和原因。1996年發表的研究首次提出,內核的旋轉速度比行星的其他部分快–也被稱為超級旋轉–大約每年1度。維達爾隨後的研究結果加強了內核超級旋轉的觀點,儘管其速度較慢。

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地球的層級結構信息圖

利用美國空軍在蒙大拿州的設施–大孔徑地震陣列(LASA)的數據,研究員Wang Wei和Vidale發現內核的旋轉速度比以前預測的慢,大約每年0.1度。該研究使用Vidale開發的一種新型波束成形技術,分析了1971-74年在北極群島新亞澤姆利亞進行的蘇聯地下核彈試驗產生的波。

當Wang和Vidale將同樣的方法應用於阿拉斯加群島頂端的Amchitka島下面的一對早期原子試驗時,出現了新的發現–1969年的Milrow和1971年的Cannikin。他們測量了核爆炸產生的壓縮波,發現內部的核心已經扭轉了方向,每年至少有十分之一的次旋轉。

這項最新的研究標誌着首次通過直接的地震學觀察證實了著名的六年振蕩。

Vidale說:”內核振蕩的想法是一個已經存在的模型,但社區在它是否可行上一直存在分歧。我們進入這個項目時,期望在早期的一對原子測試中看到相同的旋轉方向和速度,但我們看到的情況卻相反。我們相當驚訝地發現,它在向另一個方向移動。”

未來的研究將更深入地挖掘內核形成的原因

Vidale和Wang都指出,未來的研究將取決於找到足夠精確的觀測數據來與這些結果進行比較。通過在以前的研究中使用原子試驗的地震學數據,他們已經能夠確定非常簡單的地震事件的確切位置和時間。然而,蒙大拿州的LASA在1978年關閉,美國地下原子試驗的時代已經過去,這意味着研究人員需要依靠相對不精確的地震數據,即使有最近的儀器設備的進步。

這項研究支持關於內核根據日長變化–六年中正負0.2秒–和地磁場進行振蕩的推測,這兩者在振幅和相位上都符合理論。Vidale說,這些發現為研究界提出的許多問題提供了一個令人信服的理論。

“內核不是固定的–它在我們的腳下移動,而且似乎每六年來回幾公里,”Vidale說。”我們試圖回答的一個問題是,內核是逐步移動的,還是與其他東西相比,它大部分是長期鎖定的?我們正試圖了解內核是如何形成的,以及它是如何隨着時間的推移而移動的–這是更好地了解這一過程的重要一步。”