挑战假设：地球内核的8.5年周期

December2017

倾斜内核抖动的示意图。鸣谢:丁博士/自然通讯。10.1038/s41467-023-43894-9。

（）据美国物理学家组织网（泰贾斯里·古鲁拉杰）：来自中国的研究人员已经证实，在极移和日长变化中存在大约8.5年的内核摆动(ICW)，揭示了地球内核和地幔之间大约0.17度的静态倾斜，挑战了传统的假设，并提供了对地球内部动力学和密度分布的见解。

这项研究的结果发表在《自然通讯》上。

地球的内核是一个坚固、致密的球体，主要由铁和镍组成。它位于液态外核之下，半径约为1200公里(746英里)。这个区域在地球的地球物理过程中发挥着至关重要的作用，影响着地球的磁场，并对地球内部的整体动态做出贡献。

了解内核的性质和行为对于揭开与地球结构、地震活动和磁场有关的谜团至关重要。

ICW指的是地球内核围绕其旋转轴的摆动运动。这种现象的特征是内核的图形轴的周期性振荡。

一项新的研究证实，地球的ICW有一个周期运动，其周期大约为8.5年。这种摆动运动已经在极地运动、地球旋转轴的周期性运动和日长变化(LOD)以及地球转速变化的测量中观察到。

这项研究的合著者、武汉大学地球物理系系主任丁浩教授受到了地球自由振荡中揭示的非传统密度结构的启发。

他告诉Phys.org，“我当时的博士生安亚冲博士和我在PM和LOD中发现了一个8.5年的信号，这促使我们进行了目前的研究。”

地球的自由振荡和旋转

地球有四层——地壳、地幔、外核和内核。

传统上，我们对地球自转的理解一直基于地幔和地核沿径向(从中心向外延伸)均匀密度分布的假设。这一假设导致人们相信地核的旋转轴与地幔的旋转轴是一致的。

“然而，地球自由振荡(地球作为一个整体的自然振荡)的结果表明，地球内部的密度结构是高度不均匀的，所以这个假设应该是不现实的，”丁博士解释说。

当丁教授在2018年分析地球的PM时，出现了一个周期约为8.5年的信号，这表明ICW。这个意外的发现，后来被地球自转的LOD中的类似信号所证实，引发了一个范式的转变。

基于这些发现，研究人员仔细分析了地球自转的PM和LOD，并将PM中大约8.5年的信号确定为ICW的表现。

这个结论是在排除了三个外部激发源——大气、海洋和水文——后得出的。有趣的是，8.5年的信号不仅限于PM；它也始终存在于地球旋转轴的周期性运动中，或称为LOD。

这种同时存在强烈暗示了ICW和这些旋转动力学之间的深远联系。

内核和地幔之间的静态倾斜

为了解释在PM和LOD中检测到的8.5年信号，研究人员检查了两者中ICW的振幅。这使他们推断在内核的旋转轴和地幔之间存在0.17度的静态倾斜角。

“这意味着内核的潜在东偏转角小于1度，下地幔/核-幔边界层的对称轴与上地幔不重合。”

“这些偏差为地幔的3D密度模型提供了有价值的约束，并质疑了流动性核心扁圆体的假设，突出了使用传统理论计算的完美球形的潜在偏差，”丁博士解释说。

此外，ICW大约8.5年的周期揭示了地球复杂性的另一层。周期性运动表明在内核边界处的密度跳跃约为0.52 g/cm3。

简单来说，这意味着在内核和它周围的层之间的边界上有一个明显的密度变化。

虽然研究主要集中在内核，但确定的静态倾斜和ICW可能会将其影响扩展到更广泛的地球物理现象。正如丁博士解释的那样，“静态倾斜还可能导致液核形状发生一定变化，导致流体运动发生变化，地磁场也相应发生变化。”

对未来研究的启示

这项研究揭示了地球的ICW及其相关的静态倾斜，挑战了关于地球自转的传统假设。ICW 8.5年的周期，伴随着内核边界明显的密度跳跃，揭示了我们星球内部动力学的复杂性。

丁博士和他的团队未来的研究目标是更深入地研究地球内核的分层结构和密度，探索内核运动的模式和周期。

“地球内核的分层结构和密度一直是地球科学研究中的难题。我们旨在更深入地研究地核的周期性振荡和差异旋转，寻求这些不同且可能难以共存的概念理论的清晰度。”