Смещённый центр: железное «семечко» Земли

То, что в разрезе наша планета напоминает слоеный пирог, сегодня известно даже школьникам. Тонкая кора покрывает глубокий слой расплавленной магмы, под которой находится ядро: наружная часть, состоящая из расплавленного железа и никели, окружает твердую внутреннюю, почти чисто железную. Твердое «семечко» Земли.

Об этих глубинных областях известно крайне мало, и все сведения получены лишь косвенными наблюдениями – в частности, за характером движения сейсмических волн через эти недосягаемые пока слои. Сотрясения распространяются, подобно другим волнам, по-разному отражаясь и преломляясь в разных средах. А не так давно была обнаружена любопытная странность: сквозь область, соответствующую западной полусфере внутреннего ядра, сейсмические колебания путешествуют словно бы медленнее, чем сквозь восточную полусферу.

Объяснить это оказалось затруднительно. Была предложена гипотеза о том, что полусферы, составляющие внутреннее ядро Земли, имеют слегка различный состав или структуру. Например, из-за чуть разной скорости роста кристаллов железа они могут получить и разную плотность, а следовательно – и волны сквозь них будут распространяться с разной скоростью. Такое возможно в том случае, если температурные условия образования полусфер были различными – но тогда надо объяснить такое различие.

Оно может вызываться скоростью вращения внутреннего ядра, отличной от скорости вращения внешнего, что и создает градиент температуры. В самом деле, некоторые наблюдения могут свидетельствовать о том, что внутреннее ядро слегка опережает в своем вращение остальные слои планеты – хотя сказать, насколько именно, пока нельзя. Словом, положение довольно запутанное.

Возможно, этот Гордиев узел будет разрублен благодаря работе румынского исследователя Кэлина Вамоша (Calin Vamos) и его коллеги из Германии Николае Сициу (Nicolae Suciu). Ученые выдвинули весьма неожиданную гипотезу, которая притом отлично объясняет ту странность распространения сейсмических волн сквозь внутреннее ядро, с которой мы начали. Вернее говоря, странность не объясняется, а отвергается: никакой разницы в скорости их движения через разные полусферы внутреннего ядра просто нет, проблема в том, что мы неверно оценили положение внутреннего ядра.

Вместо того, чтобы ориентироваться в самом центре Земли, оно слегка смещено к востоку – всего на несколько десятков километров, что при радиусе внутреннего ядра около 1300 км почти незаметно. Однако за счет этого восточная часть ядра оказывается чуть ближе к поверхности планеты. Соответственно, сейсмическим волнам, которые доходят до внутреннего ядра с востока и, отразившись, возвращаются на поверхность, просто приходится преодолевать меньшее расстояние, что и создает иллюзию более быстрого движения.

Согласитесь, объяснение подкупает своей простотой и элегантностью. Однако вопрос еще вовсе не закрыт: даже такое небольшое, на первый взгляд, смещение центра внутреннего ядра может иметь важные последствия, сказываясь на его механических, температурных, магнитных и иных свойствах. Эти последствия еще предстоит просчитать, оценить и сравнить с имеющимися данными. До тех пор гипотеза остается гипотезой, пускай и весьма элегантной.

По публикации MIT Technology Review / Physics ArXiv Blog