新的研究發現,地球核心的自轉可能已經減慢,地球的心臟現在以比上層稍慢的速度旋轉。這種減速可能會改變整個地球的旋轉速度,並影響核心隨時間的演變。
在這項發表在《自然地球科學》雜誌上的新研究中,科學家使用了一個地震資料庫來探測地球固體核心隨時間的行為。核心像滾珠軸承一樣懸浮在外核的熔融金屬海洋中。由於這種液態繭的存在,“滾珠軸承”的旋轉速度可能與地球其他部分不同。多年來,一些研究人員發現,核心的旋轉速度略快於地幔和地殼,這種情況稱為“超旋轉”。但研究並未返回一致的數字,最早觀察到核心差異旋轉的研究估計,核心的旋轉速度比地球其他部分每年快達一度;其他研究則發現每年僅加速極小的度數。
這些差異並不顯著。核心和地球其餘部分之間的旋轉時間差異非常小。這些差異也不會對地表上的生命構成威脅:與2003年的科幻電影《地心搶險記》相反,沒有必要召集一支由地球物理學家和宇航員組成的精銳團隊鑽到地球中心並開始炸燬東西。充其量,核心的旋轉可能會影響地球的整體自轉,並導致地球磁場的波動。每年,隨著外核中一些熔融鐵的凝固,核心會膨脹約一毫米,地震研究表明。凝固還會驅動外核的迴圈,從而產生地球的磁場。中國北京大學的地球物理學家、該研究的作者宋曉東表示,核心的旋轉可能會以尚未完全理解的方式影響這種凝固過程,從而影響磁場。
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南加州大學的地球物理學家約翰·維達爾(John Vidale)說,旋轉對於核心在數十億年中的生長方式也很重要,他沒有參與這項研究,但研究過核心的旋轉。
然而,問題在於,沒有人真正知道核心的旋轉速度有多快。在新研究中,同樣在北京大學的宋和地球物理學家楊毅發現,在20世紀70年代到21世紀初,核心似乎保持著穩定的旋轉速度,快於地球的整體自轉速度。宋說,然而,在2009年左右,這種旋轉速度突然減慢,與地球的速度相匹配,然後也許減慢得如此之多,以至於現在地球其餘部分的旋轉速度更快。
宋和楊透過使用來自同一地點、僅在時間上分開的幾乎相同的地震對來測量這種旋轉。由於地震幾乎相同,它們的衝擊波在穿過核心並返回到行星周圍的地震儀檢測到的地方時也應該看起來相同——也就是說,除非核心本身發生變化並改變其中一個地震波相對於另一個的路徑。如果核心的旋轉速度與地球其餘部分不同,那麼相隔幾個月或幾年發生的相同地震波將會在略微不同的位置撞擊核心,因此會以一些細微的差異反彈回來。研究人員比較了追溯到1964年的地震波,以追蹤核心隨時間變化的移動方式。如果他們是對的,那麼核心的旋轉現在比整個地球落後一小部分。
宋說:“我們假設這種[減緩的旋轉]將在未來幾年和幾十年內繼續下去,我們應該能夠在[我們]相對較短的人類時間框架內看到這一點。”
新發現可能不會結束關於核心的辯論。維達爾說,這項工作做得很好,並且在結合不同資料方面做得令人欽佩。但是,對於正在發生的事情有幾種相互競爭的解釋。例如,維達爾的研究暗示,核心可能每六年左右改變一次其旋轉,而研究人員龐冠寧(Guanning Pang)和基思·科珀(Keith Koper)報告說,在21世紀初發生了一次“震動”,自此之後幾乎沒有變化,在2022年的一項研究中。“我不認為[這項新工作]完全是結論性的,”維達爾說。
石溪大學的地球動力學家、沒有參與這項新研究的溫連星也研究核心的旋轉。他不認為核心的旋轉速度與地球其餘部分有任何不同。溫說,對穿過核心的地震波變化的更好解釋是,核心的表面不像滾珠軸承那樣光滑,而是不平坦且不斷變化的。“我們認為,核心具有不斷變化的地形,這最好地解釋了觀測到的反映核心的地震波的時間變化,”他說。溫說,這項新研究將這些變化誤解為由核心的旋轉引起的,而不是其波動的表面引起的。
幸運的是,宋說,對地球的地震監測比以往任何時候都好,提供了比過去幾十年更豐富的關於地球內部的資料。透過繼續觀察地震波,研究人員應該能夠證明他們關於核心旋轉的說法是否正確。
宋說:“令人興奮的訊息是,我們不必等太久。”
