Ядерные испытания 20 века раскрыли нечто новое о ядре Земли

Однако такое представление о планете появилось лишь около 120 лет назад. Изучать ее глубины ученым позволили сейсмические волны. Одни из них способны проходить и через твердые, и через жидкие вещества, тогда как другие распространяются только в твердых средах. Именно по изменению скорости и направления этих волн удалось понять, что внутри Земля состоит из нескольких различных слоев.

Теперь исследователи получили новые сведения о глубинах планеты благодаря весьма необычному источнику — подземным ядерным испытаниям, проведенным более 30 лет назад.

Геофизик Ин Чжоу из Виргинского политехнического института проанализировала сейсмические волны от подземных ядерных взрывов, которые Франция проводила на атолле Муруроа во Французской Полинезии с 1977 по 1995 год.

Возникшие при взрывах волны проходили через недра Земли и регистрировались сейсмической станцией в Казахстане. В результате ученые получили своеобразную серию повторных «снимков» внутренней части планеты, сделанных в разные годы.

Особенно ценно то, что испытания проводились практически в одном и том же месте. Поэтому сейсмические волны каждый раз проходили через Землю почти одинаковым маршрутом, что позволило сравнивать результаты между собой.

И оказалось, что время прохождения волн через внешнее ядро менялось.

По сравнению с 1977 годом в 1982 и 1983 годах волны проходили свой путь примерно на 0,1 секунды быстрее. В период с 1988 по 1990 год разница достигала примерно 0,15 секунды. Но к 1995 году картина изменилась: волнам требовалось уже примерно на 0,15–0,2 секунды больше.

На первый взгляд доли секунды кажутся ничтожными. Однако для сейсмической волны, проходящей тысячи километров через планету, такая разница имеет значение. Она указывает на то, что вещество внешнего ядра неоднородно и со временем меняет свое расположение.

Исследование также позволило обнаружить ранее не распознанный тип сейсмической волны, получивший обозначение PKrKP. В отличие от более привычных волн, проходящих через внутреннее ядро или отражающихся от него, эта волна отражается внутри средней части внешнего ядра.

Благодаря этому ученые смогли отдельно исследовать именно тот участок пути, который проходит через жидкое внешнее ядро. Для проверки результатов его сравнивали с волнами типа PP, распространяющимися через мантию.

Всего были проанализированы 112 пар ядерных испытаний, причем места взрывов внутри каждой пары находились чрезвычайно близко друг к другу.

Главный вопрос заключался в том, почему скорость распространения волн через внешнее ядро могла заметно меняться всего за несколько лет.

По мнению Чжоу, масштаб и скорость изменений указывают на интенсивное перемешивание вещества внутри внешнего ядра. Наблюдаемые отклонения можно объяснить существованием крупной неоднородной области в южной части Тихого океана на низких широтах.

Согласно расчетам, такая структура могла иметь протяженность более 700 километров и толщину около 100 километров.

Исследователь предполагает, что речь может идти о твердом веществе, находящемся во взвешенном состоянии внутри жидкого внешнего ядра и перемещающемся вместе с ним.

Если это объяснение верно, внешнее ядро Земли представляет собой не просто огромный однородный резервуар расплавленного металла. В нем могут существовать гигантские структуры, которые перемещаются и меняют свойства среды на протяжении сравнительно коротких по геологическим меркам промежутков времени.

Изучение этих процессов важно еще и потому, что движение вещества во внешнем ядре связано с магнитным полем Земли. Чем лучше ученые понимают происходящее на такой глубине, тем больше они могут узнать о процессах, формирующих и изменяющих магнитное поле планеты.

Предыдущие исследования также указывали на то, что внешнее ядро может воздействовать на внутреннее и даже изменять его форму, что тоже потенциально связано с изменениями магнитного поля.

Особенность новой работы заключается в масштабе времени. Ранее попытки заметить изменения во внешнем ядре часто основывались на землетрясениях, происходивших с интервалом в десятилетия. При этом результаты осложнялись неопределенностью точного местоположения самих землетрясений.

Ядерные испытания дали значительно более контролируемый набор источников сейсмических волн: взрывы происходили практически в одном месте и повторялись на протяжении ограниченного периода времени.

Испытания, нанесшие серьезный ущерб экосистемам, спустя десятилетия неожиданно предоставили ученым возможность получить новые сведения о процессах, происходящих в самых глубоких слоях нашей планеты.

Исследование опубликовано в Journal of Geophysical Research.

Источник