地球的核心正在向后移动

地球内部深处有一个固体金属球，它独立于我们旋转的星球旋转，就像一个陀螺在一个更大的陀螺内旋转，笼罩在神秘之中。

自 1936 年丹麦地震学家英格·莱曼 (Inge Lehmann) 发现地核以来，它就一直吸引着研究人员的注意，而地核的旋转方式（旋转速度和方向）也一直是数十年来争论的焦点。越来越多的证据表明，地核的旋转方式近年来发生了巨大变化，但科学家们对于到底发生了什么以及这意味着什么仍存在分歧。

部分问题在于地球深处无法直接观察或采样。地震学家通过研究大地震对地球内核的震波行为，收集了有关内核运动的信息。不同时间穿过内核的类似强度的震波之间的差异使科学家能够测量内核位置的变化并计算其自转。

澳大利亚詹姆斯库克大学物理学高级讲师劳伦·瓦泽克博士说：“内核差异旋转现象早在 20 世纪 70 和 80 年代就被提出，但直到 90 年代才有地震学证据被发表。”

但研究人员对如何解释这些发现存在争议，“主要是因为内核位置偏远，可用数据有限，因此很难对其进行详细观察，”瓦泽克说。因此，“接下来几年和几十年的研究对旋转速度以及相对于地幔的方向存在分歧，”她补充道。一些分析甚至提出，内核根本没有旋转。

2023 年提出的一个有希望的模型描述了一个内核，它过去旋转得比地球本身还快，但现在旋转得更慢了。科学家报告说，有一段时间，地核的自转速度与地球的自转速度一致。然后它的速度进一步减慢，直到地核相对于周围的流体层向后移动。

当时，一些专家警告称，需要更多数据来支持这一结论，而现在，另一组科学家为内核旋转速度的这一假设提供了令人信服的新证据。6 月 12 日发表在《自然》杂志上的研究不仅证实了内核减速，还支持了 2023 年提出的假设，即内核减速是数十年来减速和加速模式的一部分。

这项研究的共同作者、南加州大学多恩西夫文学、艺术与科学学院地球科学系主任教授约翰·维代尔博士说，新发现还证实了自转速度的变化遵循一个 70 年的周期。

“我们为此争论了 20 年，我认为这次终于有了定论，”维代尔说。“我认为我们已经结束了有关内核是否移动以及过去几十年内核移动模式的争论。”

但并非所有人都相信问题已得到解决，内核减速将如何影响我们的星球仍是一个悬而未决的问题——尽管一些专家表示地球磁场可能会发挥作用。

磁引力

地球内部约 3,220 英里（5,180 公里）深处埋藏着固体金属内核，液态金属外核则包裹着内核。内核主要由铁和镍组成，据估计温度与太阳表面相当——约 9,800 华氏度（5,400 摄氏度）。

地球磁场拉扯着这个坚硬的热金属球，使其旋转。同时，流体外核和地幔的重力和流动拖拽着地核。维代尔说，几十年来，这些力量的推拉导致地核转速发生变化。

当科学家试图“看”遍整个地球时，他们通常会追踪两种类型的地震波：压力波或 P 波，以及剪切波或 S 波。根据美国地质调查局的数据，P 波可以穿过所有类型的物质；S 波只能穿过固体或极其粘稠的液体。

地震学家在 19 世纪 80 年代注意到地震产生的 S 波并没有穿过整个地球，因此他们得出结论，地球的核心是熔融的。但一些 P 波在穿过地球核心后，出现在意想不到的地方——莱曼称之为“阴影区”——产生了无法解释的异常现象。莱曼是第一个提出任性的 P 波可能与液态外核内的固体内核相互作用的人，这是基于 1929 年新西兰大地震的数据。

通过追踪自 1964 年以来沿类似路径穿过地球内核的地震产生的地震波，2023 年研究的作者发现，内核的旋转遵循 70 年的周期。到 20 世纪 70 年代，内核的旋转速度比地球略快。它在 2008 年左右减慢，从 2008 年到 2023 年开始相对于地幔略微反向移动。

未来核心旋转

在这项新研究中，维达尔和他的合著者观察了同一地点不同时间发生的地震产生的地震波。他们发现，在 1991 年至 2023 年期间，南桑威奇群岛发生了 121 起此类地震。南桑威奇群岛是大西洋上的火山群岛，位于南美洲最南端以东。研究人员还研究了 1971 年至 1974 年间苏联核试验产生的穿透地核的冲击波。

维代尔表示，地核转动会影响地震波到达的时间。通过比较地震信号接触地核的时间，可以发现地核旋转随时间的变化，证实了 70 年的旋转周期。根据研究人员的计算，地核即将再次加速。

与其他地震学研究相比，只使用成对地震会减少可用数据量，而这些研究会测量单个地震穿过地核时的情况（无论它们何时发生），而 Waszek 表示，“这让该方法更具挑战性”。不过，Vidale 表示，这样做也让科学家能够更精确地测量地核旋转的变化。如果他团队的模型是正确的，地核旋转将在大约 5 到 10 年后再次开始加速。

地震仪还显示，在 70 年的周期内，地核的旋转速度会以不同的速度减慢和加速，“这需要解释，”维代尔说。一种可能性是金属内核并不像预期的那样坚固。他说，如果它在旋转时变形，可能会影响其旋转速度的对称性。

研究小组的计算还表明，地核在正向和反向运动时具有不同的旋转速度，这为“论述增添了有趣的贡献”，瓦泽克说。

但她补充说，内核的深度和难以接近性意味着不确定性仍然存在。至于有关内核旋转的争论是否真的结束了，“我们需要更多的数据和改进的跨学科工具来进一步研究这一点，”瓦泽克说。

“充满潜力”

维达尔表示，地核自转的变化虽然可以追踪和测量，但对于地球表面的人来说几乎察觉不到。地核旋转速度变慢时，地幔旋转速度就会加快。这种变化使地球自转速度加快，一天的长度就会缩短。但他说，这种自转变化只相当于一天长度的千分之一秒。

“就对人的一生的影响而言？”他说。“我无法想象这意味着什么。”

科学家研究内核是为了了解地球深层内部是如何形成的，以及活动如何贯穿地球所有地下层。维代尔补充说，液态外核包裹固体内核的神秘区域尤其有趣。作为液体和固体的交汇处，这一边界“充满了活动的可能性”，地核-地幔边界和地幔-地壳边界也是如此。

他说：“例如，内核边界上可能存在火山，固体和流体在此相遇并移动。”

由于内核的旋转会影响外核的运动，因此内核旋转被认为有助于为地球磁场提供动力，尽管需要更多研究来揭示其确切作用。瓦泽克说，关于内核的整体结构还有很多需要了解的地方。

“新颖且即将出现的方法对于回答有关地球内核（包括自转）的持续问题至关重要。”

明迪·韦斯伯格 (Mindy Weisberger) 是一位科学作家和媒体制作人，其作品曾发表在《生活科学》、《科学美国人》和《How It Works》杂志上。