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深藏于地球腹地的是一个固态金属球，它独立于我们所在的星球自转，仿佛一颗小陀螺在更大的陀螺中旋转，披上一层神秘的面纱。自1936年丹麦地震学家英格·莱曼初次发现以来，这个内核吸引了无数研究职员的眼光，其移动方式，旋转速度和方向，成为了数十年争议的焦点。近期，越来越多的证据表明，近年来地球核心的自旋经历了显著变化，然而，科学家们对于究竟发生了什么及其意义仍存在分歧。
地球深层的直接观测或采样几乎不可能，地震学家通过研究大地震波的传播来搜集关于内核运动的信息。相似强度的地震波在不同时期穿越核心的变化，使科学家得以测量内核位置的变动并计算其自旋速度。“在20世纪70年代至80年代，内核的微分旋转被视为一种现象，但直到90年代，地震证据才得以发表，”澳大利亚詹姆斯库克大学物理科学高级讲师劳伦·瓦斯泽克博士说道。
然而，对于如何解读这些发现，研究职员意见不一，“主要是由于观测内核的挑战，因其遥远性和有限的数据。”瓦斯泽克补充道。因此，“在随后的几年和几十年里，关于自旋速度及与地幔相对方向的研究存在分歧。”一些分析甚至质疑核心是否真正在旋转。
2023年提出的一项有前景的模型形貌了一个过去比地球本身旋转得更快，如今却更慢的内核。科学家们陈诉称，有一段时期，核心的自转与地球同步。之后，它进一步减速，直至相对于周围的流体层向后移动。当时，一些专家警告称，需要更多数据支持这一结论。现在，另一组科学家团队为关于内核旋转速率的假设提供了令人信服的新证据。这项6月12日发表在《自然》杂志上的研究不仅确认了核心减速的事实，还支持了2023年提出的观点，即这种减速是长达数十年的减速与加速模式的一部分。
新发现还证实，旋转速度的变化遵循一个70年的周期，研究的共同作者、南加州大学多恩斯菲尔德文学、艺术与科学学院地球科学教授约翰·维达尔博士表示。
“我们争论了20年，我认为这已经确定了这一点，”维达尔说，“我认为我们已经解决了关于内核是否移动以及过去几十年模式的争论。”然而，并非所有人都认为问题已经彻底解决，内核减速对地球的影响依然是一个悬而未决的问题，尽管一些专家表示地球磁场可能饰演关键脚色。
磁力的魅力。深埋于地球深处约5180公里处，固态金属内核被液态金属外核所包围。内核主要由铁和镍构成，其温度估计与太阳表面相当——约5400摄氏度。地球的磁场拉动着这个炽热的金属球，令其旋转。同时，外核流体和地幔的引力与流动在外核处产生拖曳效应。这些力量的拉锯战导致了核心旋转速度的周期性变化，维达尔解释道。
外核中富含金属的流体波动产生电流，驱动地球磁场，掩护我们的星球免受致命的太阳辐射侵袭。虽然内查对磁场的直接影响尚不明朗，但科学家在2023年曾报道，旋转速度减缓的内核可能会影响磁场，并轻微缩短一天的长度。
当科学家尝试“透视”整个地球时，他们通常追踪两种类型的地震波：压力波或P波，以及剪切波或S波。P波能穿透各种物质；而S波仅能穿过固体或极其黏稠的液体，根据美国地质调查局的说法。
地震学家在19世纪80年代注意到，地震产生的S波并未完全穿过地球，因此推断地球核心是熔融状态。然而，一些P波在穿越地核后，出现在意想不到的位置——莱曼称之为“阴影区”——这一现象无法得到合理解释。莱曼是第一个基于1929年新西兰大地震的数据，提出这些任性的P波可能与液态外核内的固体内核相互作用的人。
通过追踪自1964年以来沿类似路径穿越地球内核的地震波，2023年研究的作者发现，自旋遵循一个70年的周期。到1970年代，内核的旋转速度略高于地球。它在2008年左右放缓，从2008年到2023年，相对于地幔开始轻微反向移动。
未来的核心旋转。在这项新研究中，维达尔和他的合著者在不同时期观察了同一地点地震产生的地震波。他们在1991年至2023年间在南桑威奇群岛发现了121次这样的地震实例，南桑威奇群岛是位于南美洲最南端以东大西洋上的火山岛群。研究者还研究了1971年至1974年间苏联核试验的穿透核心冲击波。
维达尔说，当核心旋转时，这会影响波浪的到达时间。比较地震信号接触核心的时间，揭示了核心旋转随时间的变化，证实了70年的旋转周期。根据研究者的计算，核心即将准备再次加速。
瓦斯泽克指出，与其他内核地震学研究相比，这种方法通过仅使用成对地震在不同时间测量单个地震穿越内核的情况，减少了可用数据量，“使方法更具挑战性”。然而，维达尔表示，这样做也使科学家能够更准确地测量核心旋转的变化。如果团队的模型正确，核心旋转将在大约5到10年内再次加速。
地震仪还显示，在其70年的周期中，核心自旋以不同的速率减速和加速，“这需要一个解释。”维达尔说。一种可能性是金属内核并不像预期的那样刚硬。他说，如果它在旋转时变形，可能会影响其旋转速度的对称性。
团队的计算还表明，核心的前移和后移具有不同的旋转速率，这为“讨论增添了有趣的贡献”，瓦斯泽克说。
但她补充说，内核的深度和不可靠近性意味着不确定性依然存在。至于关于核心旋转的争论是否真正结束，“我们需要更多的数据和改进的跨学科工具来进一步探究这个问题。”瓦斯泽克说。
布满潜力。维达尔说，核心自旋的变化——尽管可以被追踪和测量——对地球表面的人们来说几乎是察觉不到的。当内核旋转更慢时，地幔会加速。这种转变使地球自转加快，一天的长度缩短。但他说，这种旋转变化转化为一天长度的千分之一秒。
“就对个人一生的影响而言？”他说，“我无法想象这意味着什么。”
科学家研究地核是为了理解地球深处的形成过程以及活动如何超过地球所有地下层。维达尔补充说，液体外核包裹固体内核的神秘区域尤其引人入胜。作为液体和固体交汇的地带，这个边界“布满了活动潜力”，核心-地幔边界以及地幔与地壳之间的边界同样云云。
“例如，我们可能在内核边界上有火山，固体和流体在那里相遇和移动，”他说。
由于内核的旋转影响外核的运动，内核旋转被认为有助于驱动地球磁场，尽管需要更多研究来揭示其确切机制。关于内核的整体结构，还有许多未知领域等待探索，瓦斯泽克说。
“创新和未来的方法将是解答关于地球内核的持续问题的关键，包括自转问题。”
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来源：https://view.inews.qq.com/k/20240706A07S3L00
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