近日，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了地球內(nèi)核振蕩的證據(jù)，即地球內(nèi)核不僅旋轉(zhuǎn)速度較快，而且每6年改變一次旋轉(zhuǎn)方向。相關(guān)成果發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》(Science Advances)。

圖片來自《科學(xué)進(jìn)展》(Science Advances)

地球的內(nèi)部大致可分為三個(gè)組成物質(zhì)和性質(zhì)不同的同心圈層，由地心至地表依次為：地核(core)、地幔(mantle)、地殼(crust)。地核是地球的核心部分，主要由鐵、鎳元素組成，溫度非常高，地核中心溫度高達(dá)6000攝氏度左右。

長期以來，科學(xué)家對(duì)地核的研究不斷深入。由于無法直接觀察到地核，科學(xué)家致力于通過間接測量來解釋其運(yùn)動(dòng)變化的模式、速度和原因。18世紀(jì)末，英國科學(xué)家亨利·卡文迪許(Henry Cavendish)用非常簡單的扭秤測量了地球密度，其結(jié)果與現(xiàn)今科學(xué)測量結(jié)果相差不多。幾十年后，德國物理學(xué)家埃米爾·維舍特(Emil Wiechert)提出雙層地球模型，他認(rèn)為地球內(nèi)部一定有一層密度更高的鐵鎳核。但1936年，丹麥地球物理學(xué)家英厄·萊曼(Inge Lehmann)證實(shí)地球有一個(gè)液態(tài)外核和一個(gè)固態(tài)內(nèi)核。

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利用地震波研究地球的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以追溯到19世紀(jì)。彼時(shí)，科學(xué)家在研究天然地震時(shí)發(fā)現(xiàn)，震源會(huì)產(chǎn)生在地下傳播的體波和沿地表傳播的面波，其中體波又分為壓縮波(P波)和剪切波(S波)兩類，P波總是比S波快，而且S波不能穿過液體傳播。1897年，英國地質(zhì)學(xué)家奧爾德姆(Richard Dixon Oldham)首先在地震圖上識(shí)別出了P波和S波，拉開了用地震波研究地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)的帷幕。基于此，后續(xù)科學(xué)家確立了地球的“地殼—地幔—地核”三層結(jié)構(gòu)模型。

此次根據(jù)對(duì)地震數(shù)據(jù)的分析，美國南加州大學(xué)地球科學(xué)系主任教授John Vidale與Wei Wang研究團(tuán)隊(duì)證實(shí)，地球內(nèi)核在1969年到1974年這六年時(shí)間里改變了旋轉(zhuǎn)方向。研究人員表示，他們所研究的內(nèi)核運(yùn)動(dòng)模型也可以用于解釋一天時(shí)長的變化。

1996年，一項(xiàng)科學(xué)研究首次提出，地球內(nèi)核旋轉(zhuǎn)的速度比地球其他部分更快，大約為每年1度。南加州大學(xué)團(tuán)隊(duì)在研究中也支持了“內(nèi)核超級(jí)自轉(zhuǎn)”觀點(diǎn)，但發(fā)現(xiàn)其速度更慢。“我們的最新觀測顯示，從1969年到1971年，地球內(nèi)核旋轉(zhuǎn)的速度稍微慢了一些，然后從1971年到1974年，地球內(nèi)核轉(zhuǎn)向了另一個(gè)方向。我們還注意到，一天的長度如預(yù)測的那樣有增有減。”Vidale表示這些觀測結(jié)果均指向地球內(nèi)核振蕩。

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研究人員利用美國空軍設(shè)在蒙大拿州的大孔徑地震臺(tái)陣(LASA)1969年至1974年間一系列試驗(yàn)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)地球內(nèi)核的旋轉(zhuǎn)速度大約為每年0.1度。這項(xiàng)研究主要利用Vidale開發(fā)的一種新型波束形成技術(shù)，分析了蘇聯(lián)1971年至1974年在北極新地島進(jìn)行的地下核彈試驗(yàn)產(chǎn)生的波束，以及位于阿姆奇特卡島1969年的“Milrow”和1971年的“Cannikin”兩次地下核彈試驗(yàn)數(shù)據(jù)。通過測量核爆炸產(chǎn)生的縱波，他們發(fā)現(xiàn)在6年中，地球內(nèi)核的旋轉(zhuǎn)方向改變過一次。

前述研究標(biāo)志著科學(xué)家首次通過直接地震學(xué)觀測，證明地球內(nèi)核旋轉(zhuǎn)方向每6年變化一次。同時(shí)支持了一種推測，即地球內(nèi)核的振蕩是基于一天時(shí)長的變化和地磁場變化。

“地球內(nèi)核不是固定不動(dòng)的，它在我們腳下移動(dòng)，而且似乎每6年就來回移動(dòng)幾公里。”Vidale說道。未來，研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃找到更多足夠精確的觀測數(shù)據(jù)與前述結(jié)果進(jìn)行比較，以進(jìn)一步了解地球內(nèi)核如何形成，以及如何隨時(shí)間的推移產(chǎn)生移動(dòng)。