Connect with us

Hi, what are you looking for?

Наука и технологии

Сейсмические волны от землетрясений показывают изменения во внешнем ядре Земли

В мае 1997 года сильное землетрясение потрясло район островов Кермадек в южной части Тихого океана. Чуть более 20 лет спустя, в сентябре 2018 года, в том же месте произошло второе сильное землетрясение, волны сейсмической энергии исходили из того же региона.

Хотя землетрясения произошли с разницей в два десятилетия, поскольку они произошли в одном и том же регионе, ожидается, что они будут посылать сейсмические волны через слои Земли с одинаковой скоростью, сказал Ин Чжоу, геолог с факультета наук о Земле в Техническом колледже Вирджинии.

Внешнее ядро ​​зажато между мантией, толстым слоем породы под земной корой

Но в данных, записанных на четырех из более чем 150 станций Глобальной сейсмографической сети, которые регистрируют сейсмические колебания в режиме реального времени, Чжоу обнаружил аномалию среди двойных событий: во время землетрясения 2018 года набор сейсмических волн, известных как волны SKS, распространялся примерно на одну секунду быстрее. чем их коллеги в 1997 году.

По словам Чжоу, результаты которого были недавно опубликованы в журнале Communications Earth & Environment , это расхождение в одну секунду во времени прохождения волны SKS дает нам важный и беспрецедентный взгляд на то, что происходит глубже внутри Земли, в ее внешнем ядре .

Что внутри имеет значение

Внешнее ядро ​​зажато между мантией, толстым слоем породы под земной корой, и внутренним ядром , самым глубоким внутренним слоем планеты. Он состоит в основном из жидкого железа , которое подвергается конвекции или потоку жидкости по мере остывания Земли. Это получающееся завихрение жидкого металла производит электрические токи, ответственные за создание магнитного поля Земли, которое защищает планету и все живое на ней от вредных излучений и солнечных ветров.

Без своего магнитного поля Земля не могла бы поддерживать жизнь, а без движущихся потоков жидкого металла во внешнем ядре магнитное поле не работало бы. Но научное понимание этой динамики основано на моделировании, сказал Чжоу, доцент. «Мы знаем только то, что теоретически, если у вас есть конвекция во внешнем ядре, вы сможете генерировать магнитное поле», — сказала она.

Ученые также смогли только предположить источник наблюдаемых постепенных изменений силы и направления магнитного поля, что, вероятно, связано с изменением потоков во внешнем ядре.

«Если вы посмотрите на северный геомагнитный полюс, в настоящее время он движется со скоростью около 50 километров [31 миля] в год», — сказал Чжоу. «Он движется от Канады к Сибири. Магнитное поле не одно и то же каждый день. Оно меняется. Поскольку оно меняется, мы также предполагаем, что конвекция во внешнем ядре меняется со временем, но прямых доказательств нет. никогда не видел».

Чжоу решил найти эти доказательства. По ее словам, изменения, происходящие во внешнем ядре, не столь драматичны, но их стоит подтвердить и глубоко понять. В сейсмических волнах и их изменениях скорости в масштабе десятилетия Чжоу увидел средство для «прямой выборки» внешнего ядра. Это потому, что волны SKS, которые она изучала, проходят прямо через него.

«SKS» представляет собой три фазы волны: сначала она проходит через мантию в виде S-волны или поперечной волны; затем во внешнее ядро ​​в виде волны сжатия; затем обратно через мантию в виде S-волны. Скорость распространения этих волн частично зависит от плотности внешнего ядра, находящегося на их пути. Если плотность в области внешнего ядра ниже, когда волна проникает в него, волна будет двигаться быстрее, как это сделали аномальные волны SKS в 2018 году.

«Что-то изменилось на пути этой волны, поэтому теперь она может двигаться быстрее», — сказал Чжоу.

Для Чжоу разница в скорости волн указывает на области с низкой плотностью, формирующиеся во внешнем ядре за 20 лет после землетрясения 1997 года. По ее словам, более высокая скорость волны SKS во время землетрясения 2018 года может быть связана с высвобождением легких элементов, таких как водород, углерод и кислород, во внешнем ядре во время конвекции, которая происходит по мере остывания Земли.

«Материала, который был там 20 лет назад, больше нет», — сказал Чжоу. «Это новый материал, и он легче. Эти легкие элементы будут двигаться вверх и изменять плотность в той области, где они расположены».

Для Чжоу это свидетельство того, что в ядре действительно происходит движение, и оно меняется со временем, как предполагают ученые. «Теперь мы можем это увидеть», — сказала она. «Если мы сможем увидеть его по сейсмическим волнам, в будущем мы сможем установить сейсмические станции и отслеживать этот поток».

Что дальше

Это следующая попытка Чжоу. По ее словам, используя метод измерения волн, известный как интерферометрия, ее команда планирует анализировать непрерывные сейсмические записи с двух сейсмических станций, одна из которых будет служить «виртуальным» источником землетрясения.

«Мы можем использовать данные о землетрясениях, но ограничение использования данных о землетрясениях заключается в том, что мы не можем реально контролировать места землетрясений», — сказал Чжоу. «Но мы можем контролировать расположение сейсмических станций. Мы можем размещать станции там, где мы хотим, чтобы путь волны от одной станции к другой проходил через внешнее ядро. Если мы будем отслеживать это с течением времени, мы сможем посмотрите, как меняются проникающие в ядро ​​сейсмические волны между этими двумя станциями. Благодаря этому мы сможем лучше видеть движение жидкости во внешнем ядре с течением времени».

Сейсмические волны от землетрясений показывают изменения во внешнем ядре Земли

Теги: землетрясение

В тренде