科学家们已经证实，地球内核的速度已经大大减慢，以至于正在向后移动。 这可能意味着什么

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美国有线电视新闻网
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在地球深处有一个固体金属球，它独立于我们旋转的星球而旋转，就像一个更大的陀螺内的旋转陀螺，笼罩在神秘之中。

自 1936 年丹麦地震学家英格·莱曼 (Inge Lehmann) 发现这个内核以来，它一直引起研究人员的兴趣，而它的运动方式（旋转速度和方向）一直是长达数十年争论的焦点。 越来越多的证据表明，近年来地核的旋转发生了巨大的变化，但科学家们对于到底发生了什么以及它意味着什么仍然存在分歧。

部分问题在于无法直接观察地球内部深处或采集样本。 地震学家通过检查该地区大地震产生的波浪行为，收集了有关内核运动的信息。 不同时间穿过原子核的强度相似的波之间的差异使科学家能够测量内核位置的变化并计算其旋转。

澳大利亚詹姆斯库克大学物理科学高级讲师 Lauren Waszczyk 博士说：“内核的差异旋转在 20 世纪 70 年代和 20 世纪 80 年代就被认为是一种现象，但地震证据直到 90 年代才发表。”

但研究人员对于如何解释这些结果存在分歧，“主要是因为由于地处偏远且可用数据有限，对内核进行详细观察是一项挑战，”瓦塞克说。 因此，她补充说，“随后几年和几十年的研究对于自转速度及其相对地幔的方向存在分歧。” 一些分析甚至表明原子核根本不旋转。

有前途的模型 2023 年提出 科学家描述了一个曾经比地球本身旋转得更快的内核，但现在旋转速度较慢。 科学家报告说，在一段时间内，原子核的自转与地球的自转相匹配。 然后它进一步减慢，直到核心开始相对于周围的液体层向后移动。

当时，一些专家警告说，需要更多的数据来证实这一结论，现在另一个科学家团队为这一有关内核旋转速率的假设提供了令人信服的新证据。 该研究发表于6月12日的期刊上 自然 但这不仅证实了潜在的经济放缓，还支持了 2023 年的建议，即这种根本性放缓是长期减速和加速模式的一部分。

该研究的一位作者表示，新发现还证实转速的变化遵循 70 年的周期。 约翰·维达尔博士南加州大学多恩西夫文学、艺术与科学学院地球科学系主任教授。

“我们已经就这个问题争论了 20 年，我认为这是正确的解决方案，”维达尔说，“我认为我们已经结束了关于内核是否在移动以及它的模式是什么的讨论。过去二十年。”

但并不是所有人都相信问题已经解决，内核减速如何影响我们的星球仍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发挥作用。

固体金属内核位于地球内部 3,220 英里（5,180 公里）处，周围环绕着液态金属外核。 内核主要由铁和镍组成，估计与太阳表面一样热——约 9,800 华氏度（5,400 摄氏度）。

地球磁场吸引这个由热金属组成的实心球，使其旋转。 同时，液体外核和地幔的重力和流动对地核产生拉力。 维达尔说，几十年来，这些力的推力和拉力导致了核心旋转速度的差异。

外核中富含矿物质的流体的流动产生电流，为地球磁场提供能量，从而保护我们的星球免受致命的太阳辐射。 尽管内核对磁场的直接影响尚不清楚，但科学家此前报道过…… 2023年 缓慢旋转的原子核可能会影响它，也可能部分缩短白天的长度。

当科学家试图“看到”整个行星时，他们通常会跟踪两种类型的地震波：压力波（或称 P 波）和剪切波（或称 P 波）穿过所有类型的物质。 根据研究，S 波只能穿过固体或高粘性液体 美国地质调查局。

1880年代的地震学家注意到地震产生的S波并没有穿过整个地球，因此他们得出结论，地核是熔融的。 但一些 P 波在穿过地核后出现在意想不到的地方——“阴影区”，雷曼说。 命名它 -创造无法解释的异常现象。 莱曼根据 1929 年新西兰大地震的数据，第一个提出湍流 P 波可能与液体外核内的固体内核相互作用。

通过跟踪自 1964 年以来以类似路径穿过地球内核的地震的地震波，2023 年研究的作者发现旋转遵循 70 年的周期。 到了 20 世纪 70 年代，内核的旋转速度略快于行星的旋转速度。 然后它在 2008 年左右放缓，从 2008 年到 2023 年，它开始稍微向与地幔相反的方向移动。

在这项新研究中，维达尔和他的同事观察了不同时间同一地点的地震产生的地震波。 他们发现了 1991 年至 2023 年间在南桑威奇群岛发生的 121 起此类地震，南桑威奇群岛是大西洋上的火山群岛，位于南美洲最南端以东。 研究人员还研究了 1971 年至 1974 年间苏联进行的核试验中穿透核心的冲击波。

维达尔说，心脏的旋转会影响波的到达时间。 比较地震信号与岩心接触的时间，揭示了岩心旋转随时间的变化，证实了 70 年的旋转周期。 根据研究人员的计算，心脏几乎已经准备好再次开始加速。

与其他测量单个地震穿过核心的地震研究相比，无论它们何时发生，仅使用成对地震会减少可用数据量，“这使得该方法更具挑战性，”瓦泽克说。 然而，维达尔表示，这样做也使科学家能够更精确地测量原子核旋转的变化。 如果他的团队的模型正确，核心的旋转将在大约五到十年内再次开始加速。

地震仪还显示，在 70 年的周期中，地核的旋转以不同的速率减慢和加速，“这需要解释，”维达尔说。 一种可能性是金属内核并不像预期的那么坚固。 他说，如果它在旋转时变形，可能会影响其转速的一致性。

瓦泽克说，该团队的计算还表明，原子核向前和向后运动具有不同的旋转速率，这增加了“对语音的有趣贡献”。

但她补充说，内核的深度和难以接近意味着怀疑仍然存在。 至于关于原子核旋转的争论是否真正结束，瓦塞克说：“我们需要更多的数据和改进的多学科工具来进一步研究这个问题。”

维达尔说，尽管可以跟踪和测量，但地核旋转的变化对地球上的人们来说几乎察觉不到。 当地核旋转速度减慢时，地幔的运动就会加速。 这种转变使地球自转速度加快，白天的长度缩短。 但他说，这种轮换在一天的长度中只相当于一毫秒。

“就对一个人生活的影响而言？” 他说。 “我无法想象这意味着什么。”

科学家研究内核，以了解地球深层内部是如何形成的，以及地球所有地下层的活动如何相互联系。 维达尔补充说，液体外核包围固体内核的神秘区域特别有趣。 作为液体和固体交汇的地方，这个边界与核幔边界、幔壳边界一样“充满活动潜力”。

“例如，我们可能在内核的边界有火山，在那里固体和液体相遇并移动，”他说。

由于内核的旋转会影响外核的运动，因此人们相信内核的旋转有助于供给地球磁场，尽管还需要更多的研究来揭示其确切的作用。 瓦兹奇克表示，关于内核的整体结构还有很多东西需要了解。

“新的和未来的方法对于回答有关地球内核（包括自转）的持续问题至关重要。”

明迪·韦斯伯格 (Mindy Weissberger) 是一位科普作家和媒体制作人，其作品曾发表在《Live Science》、《科学美国人》和《How It Works》上。