Ядерные испытания помогли уточнить супервращение ядра Земли

Проведение двух ядерных испытаний Советским Союзом на одном полигоне с разницей в три года позволило ученым получить наиболее точные данные о скорости вращения твердого внутреннего ядра Земли. Отраженные от ядра ударные волны подтверждают, что оно вращается быстрее вышележащих слоев, но лишь на весьма малую величину, из-за чего трудно объяснить другие имеющиеся экспериментальные данные, пишут ученые в журнале Geophysical Research Letters.

По современным представлениям Земля состоит из нескольких оболочек: коры, мантии, жидкого внешнего ядра и твердого внутреннего ядра. Таким образом внутреннее ядро отделено от других твердых оболочек вышележащими жидкими слоями, в связи с чем оно может вращаться вокруг оси с иной скоростью, чем остальная планета.

В 1996 году появились первые данные об отличии скорости вращения внутреннего ядра. Сейсмологи на основе изучения временных задержек от порожденных землетрясениями P-волн, прошедших на разном расстоянии от центра Земли, пришли к выводу о большей скорости движения внутреннего ядра. Это явление получило название супервращения, а первые оценки говорили об избытке скорости на уровне от 0,4 до 1,8 градуса в год.

Однако полноценного подтверждения этой идее найдено так и не было, так как в различных работах приводились противоречащие оценки супервращения, а в некоторых исследованиях говорилось о переменности скорости движения ядра. В первую очередь это связано с неизвестной геометрией внутренних структур, которая может отличаться от сферы или эллипсоида.

Геофизик Джон Виделе (John Vidale) из Университета Южной Калифорнии представил новую оценку супервращения ядра, полученную на основе данных об отражении P-волн от внутреннего ядра, а не на прохождении сквозь недра, как в других случаях. В данном случае были взяты данные о сейсмических возмущениях, порожденных ядерными испытаниями. Автор использовал два советских подземных взрыва на полигоне Новая Земля, проведенных в сентябре 1971 и августе 1974, мощность которых была примерно 2,5 и 1,2 мегатонны соответственно.

Ученый пишет, что отраженные волны намного более чувствительны к небольшим отличиям в пространственном движении. Если отражающее твердое тело движется на километр в секунду быстрее окружающей среды, чья скорость составляет 10 километров в секунду, то отраженные волны придут с относительной задержкой в 0,2 секунды. Если же волны пройдут через две упругие среды с такими же скоростями вращения, то это приведет лишь к смещению на 0,01 секунду.

В качестве детекторов использовалась группа сейсмоприемников LASA в штате Монтана. Пара проведенных СССР взрывов оказалась удачной в плане очень близкого расположения и ориентации относительно принимающей аппаратуры (угол с вершиной в центре Земли между направлением на Новую Землю и Монтану составляет около 60 градусов). Виделе уже проводил подобный анализ около 20 лет назад, но использование современных методов позволило значительно повысить точность анализа.

Ученый приходит к выводу, что супервращение ядра Земли находится на уровне всего 0,07±0,02 градусов в год. Это одно из наименьших измеренных значений этой величины, но также одно из наиболее точных. Тем не менее, эта работа не положит конец спорам о параметрах ядра. В частности, в других исследованиях строятся модели вообще без супервращения, а полученные данные объясняются значительными отличием формы ядра от шара.

Мы подробно писали о необычных химических соединениях, возникающих при экстремальных давлениях в недрах планеты, в материале «Путешествие к центру Земли». Например, давления в центре планеты достаточно для начала реакций гелия с железом и кислородом.

Тимур Кешелава