Ядро Землі довгий час уявляли як досить просту систему: тверде внутрішнє ядро, навколо нього — рідкий шар розплавленого металу, а вище — мантія та тонка земна кора. Але нове дослідження показує, що зовнішнє ядро може бути набагато складнішим, ніж здавалося. Повне дослідження опубліковано в Journal of Geophysical Research.
Вчені використали для цього несподіване джерело даних — підземні ядерні випробування, проведені понад 30 років тому.
Землю «прослухали» за допомогою вибухів
Геофізик Ян Чжоу з Virginia Tech проаналізувала сейсмічні хвилі, які виникали під час підземних ядерних вибухів на атолі Муруроа у Французькій Полінезії в період із 1977 до 1995 року.
Особливість цих випробувань полягала в тому, що вибухи відбувалися приблизно в одному й тому самому районі. Їхні хвилі проходили крізь Землю подібними маршрутами, а потім реєструвалися сейсмічною станцією в Казахстані.
Фактично дослідники отримали серію своєрідних «знімків» надр планети, зроблених у різні роки. І тут з’явилася цікава деталь: хвилям, які проходили через зовнішнє ядро, у різні періоди було потрібно трохи різний час для подолання шляху.
У 1982–1983 роках вони прибували приблизно на 0,1 секунди раніше, ніж у 1977-му. Наприкінці 1980-х різниця сягала близько 0,15 секунди. А до 1995 року хвилі, навпаки, стали приблизно на 0,15–0,2 секунди повільнішими. Для подорожі на тисячі кілометрів крізь Землю такі зміни вже є суттєвими.
У зовнішньому ядрі може бути «щось ще»
Аналіз показав, що зовнішнє ядро, ймовірно, неоднорідне. Тобто це не просто величезний рівномірний океан розплавленого металу.
Чжоу також виявила незвичайний тип сейсмічної хвилі, який назвала PKrKP. На відміну від відомих хвиль, що проходять крізь внутрішнє ядро або відбиваються від нього, ця хвиля відбивається всередині самого зовнішнього ядра. Це дозволило дослідниці окремо проаналізувати зміни саме в рідкому шарі навколо внутрішнього ядра.
За розрахунками, результати може пояснити велика область аномального матеріалу в південній частині Тихого океану. Вона може простягатися більш ніж на 700 км по горизонталі та мати товщину близько 100 км.
Одна з можливостей полягає в тому, що всередині зовнішнього ядра рухаються великі об’єми твердої речовини. Якщо провести просту аналогію, це може нагадувати шматочки їжі, що плавають у густому супі: основне середовище залишається рідким, але всередині нього переміщуються значні тверді фрагменти.
Чому це важливо для магнітного поля
Зовнішнє ядро відіграє ключову роль у формуванні магнітного поля Землі. Рух розплавленого металу створює процеси, які підтримують нашу планетарну «магнітну оболонку». Тому будь-які зміни в циркуляції зовнішнього ядра можуть мати значення для розуміння того, як поводиться магнітне поле Землі.
Нове дослідження не означає, що вчені вже повністю розгадали механізм цих процесів. Але воно дає важливий аргумент на користь того, що зовнішнє ядро постійно перемішується, а його структура може бути значно складнішою за звичайну модель однорідного шару рідкого металу.
Парадоксально, але вибухи, які свого часу залишили серйозний слід у навколишньому середовищі, тепер допомагають ученим краще зрозуміти те, що відбувається на глибині тисяч кілометрів під нашими ногами.