具有挑战性的假设地球内核8.5年的节奏

中国研究人员证实，在极移和日长变化中都存在约8.5年的内核摆动(ICW)，揭示了地球内核和地幔之间约0.17度的静态倾斜，挑战传统假设并提供对地球内部动力学和密度分布的见解。

研究结果发表在NatureCommunications上。

地球内核是一个固体致密球体，主要由铁和镍组成。它位于液体外核下方，半径约为 1,200 公里(746 英里)。该区域在地球的地球物理过程中发挥着至关重要的作用，影响地球的磁场并促进地球内部的整体动力学。

了解内核的特性和行为对于解开与地球结构、地震活动和磁场相关的谜团至关重要。

ICW 是指地球内核绕其旋转轴的摆动运动。这种现象的特点是内核图形轴的周期性振荡。

一项新的研究证实，地球的ICW存在周期性运动，周期持续约8.5年。这种摆动运动已在极移(地球自转轴)的测量中被观察到。周期性运动和日长变化(ΔLOD)，以及地球自转速度的变化。

该研究的合著者、武汉大学地球物理系主任丁浩教授受到非常规密度结构的启发地球的自由振荡揭示了这一点。

他告诉 Phys.org，“我当时的博士学位。我的学生安亚崇博士和我在 PM 和 ΔLOD 中发现了 8.5 年的信号，促使我们进行本研究。”

地球的自由振荡和自转

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重合。

“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异质的，因此这个假设不应该是现实的，”丁博士解释道。

丁教授在分析2018年地球PM时，出现了一个周期约为8.5年的信号，表明ICW。这一意外发现后来被地球自转 ΔLOD 中的类似信号所证实，引发了范式转变。

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

这一结论是在排除大气、海洋和水文这三种外部激励源后得出的。有趣的是，8.5 年的信号不仅仅局限于 PM;它也始终存在于地球自转轴(ΔLOD)的周期性运动中。

这种同时存在强烈表明 ICW 与这些旋转动力学之间存在深刻的联系。

内核与地幔之间的静态倾斜

为了解释 PM 和 ΔLOD 中检测到的 8.5 年信号，研究人员检查了两者中 ICW 的振幅。这使得他们推断内核和地幔之间的旋转轴之间存在0.17度的静态倾斜角。

“这意味着内核潜在的向东差异旋转角小于 1 度，并且下地幔/核-地幔边界层的对称轴与上地幔不重合。”

“这些偏差为地幔 3D 密度模型提供了有价值的约束，并质疑了流动性核心扁球体的假设，凸显了与使用传统理论计算的完美球形形式的潜在偏差，”丁博士解释道。

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

简而言之，这意味着内核与其周围层之间的边界处的密度发生了明显的变化。

虽然研究主要集中在内核，但已确定的静态倾斜和 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的变化，从而导致流体运动的变化以及地磁场的相应变化。”

对未来研究的影响

这项研究揭示了地球 ICW 及其相关的静态倾斜，挑战了有关地球自转的传统假设。 ICW 的 8.5 年周期，伴随着内核边界处明显的密度跳跃，揭示了我们星球内部的复杂性动态。

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

“地核的层状结构和密度一直是地球科学研究的一个难题。我们的目标是更深入地研究地核的周期性振荡和差分旋转，以澄清这些不同且可能难以共存的概念理论。”