Внутри ядра Земли обнаружен неизвестный ранее слой — привычные модели строения планеты теперь под вопросом

Теперь ученые считают, что центр Земли представляет собой не единую однородную сферу, а более сложную структуру с отдельной зоной, скрытой внутри твёрдого внутреннего ядра. Эта область, часто называемая «самым внутренним ядром», меняет представление о самых глубоких недрах планеты и может содержать ключи к пониманию того, как сформировалась Земля.

Традиционно Земля делится на четыре слоя: 

• кора, 
• мантия, 
• внешнее ядро,
• внутреннее ядро. 

Идея еще одного, отдельного слоя была предложена пару десятилетий назад, но данные по этому вопросу были очень неоднозначными. В исследовании, опубликованном в журнале Journal of Geophysical Research: Solid Earth, были выявлены признаки наличия дополнительного слоя во внутреннем ядре, что указывает на более сложную структуру в центре Земли.

Внутреннее ядро ​​представляет собой плотную твердую сферу, состоящую в основном из железа и никеля, с температурой, превышающей 5000 °С . Хотя это и составляет всего около 1 % объема Земли, ядро дает важные сведения об истории планеты. Поскольку его нельзя наблюдать напрямую, ученые изучают его с помощью сейсмических волн от землетрясений. Эти волны распространяются с разной скоростью в зависимости от материала, через который они проходят.

Исследователи из Австралийского национального университета (ANU) проанализировали сейсмические данные за десятилетия, используя усовершенствованный алгоритм, который протестировал тысячи моделей. Вместо усреднения данных, из-за которого могут быть незаметны важные нюансы, они более детально изучили волновые паттерны. Такой подход выявил сдвиг в сейсмическом поведении примерно в 650 километрах от центра Земли, что указывает на наличие границы внутри внутреннего ядра.

Важную подсказку дает анизотропия, когда сейсмические волны распространяются с разной скоростью в зависимости от их направления. Во многих моделях волны распространяются быстрее вдоль оси вращения Земли, чем вдоль экватора. В недавно выявленном центральном регионе эта закономерность меняется. Наименьшие скорости распространения волн наблюдаются при угле около 54 ° относительно оси вращения, что указывает на различающееся расположение кристаллов железа.

Это различие может отражать важные события в прошлом Земли. Например, оно может указывать на изменение структуры железа, что предполагает, возможно, два отдельных периода похолодания в истории Земли. Также скрытый слой может отражать ранее неизвестное, но важное событие в истории Земли, хотя его точная природа остается неясной.

Дополнительное подтверждение этому было получено в исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications, в котором использовалась другая методика. Вместо того, чтобы фокусироваться только на прямых сейсмических волнах, исследователи проанализировали редкие сигналы, которые многократно отражаются от Земли. Некоторые из этих волн проходят через ядро ​​до пяти раз.

Повторяющиеся сигналы выявили аналогичную центральную область диаметром около 650 километров. В этой области сейсмические волны снова показали различия в направлении, при этом самые низкие скорости наблюдались примерно под углом 50 ° относительно оси вращения Земли. Окружающая часть внутреннего ядра выглядела более однородной, с менее выраженными различиями в направленности.

Эти результаты могут помочь объяснить, почему некоторые прошлые эксперименты не соответствовали существующим моделям строения Земли. Ученые давно подозревали о наличии более глубокого слоя во внутреннем ядре, причем более ранние данные указывали на то, что кристаллы железа там могут быть расположены иначе.

Однако ученые признают, что работа еще не закончена. Они ограничены распределением глобальных землетрясений и приемников, особенно на полярных антиподах. Пробелы в данных могут снизить уверенность в некоторых моделях, а восполнить эти пробелы помогут будущие исследования.