Сердце планеты: ядро Земли остановилось и начало движение в обратную сторону

Земля под ногами кажется незыблемой. Но на глубине почти 4800 километров, там, где давление превышает три миллиона атмосфер, а температура достигает значений, сравнимых с поверхностью Солнца, происходит нечто, что заставляет учёных пересматривать представления о внутренней динамике нашей планеты. Твёрдое внутреннее ядро Земли, железо-никелевый шар размером около трёх четвертей диаметра Луны, замедлило своё вращение настолько, что теперь движется в обратную сторону относительно внешних слоёв планеты.

Это не сюжет научно-фантастического фильма. Это вывод, подтверждённый двумя независимыми исследованиями, опубликованными в авторитетных научных изданиях.

Как заглянуть в недра

Ни один учёный никогда не посещал внутреннее ядро Земли. Ни один прибор не был пробурён на такую глубину. Всё, что известно о сердце планеты, получено косвенным путём — через изучение сейсмических волн, которые возникают при землетрясениях и проходят сквозь всю планету.

В январе 2023 года исследователи Ян И и Сяодун Сун из Пекинского университета опубликовали в журнале Nature Geoscience работу, основанную на анализе сейсмических данных, накопленных с 1964 года. Отслеживая волны, проходившие через внутреннее ядро по практически одинаковым траекториям в разные моменты времени, они зафиксировали изменения во времени прохождения и форме сигналов. Эти изменения указывали на то, что ядро сместило свою ориентацию — а значит, изменило скорость или направление вращения.

В июне 2024 года выводы китайских учёных получили независимое подтверждение. Группа геофизиков под руководством Джона Видейла из Университета Южной Калифорнии и Вэй Вана из Китайской академии наук проанализировала данные 121 повторяющегося землетрясения, произошедшего у Южных Сандвичевых островов в период с 1991 по 2023 год. Исследователи также использовали записи советских, французских и американских ядерных испытаний 1970-х годов, сейсмические волны от которых стали дополнительными опорными точками.

Сопоставив формы волн до и после предполагаемого разворота, учёные выявили моменты, когда внутреннее ядро возвращалось к предыдущей ориентации — своего рода космическое движение назад.

Хроника замедления

Внутреннее ядро Земли окружено жидким внешним ядром, что позволяет ему вращаться независимо от остальной планеты. В течение большей части второй половины XX века ядро вращалось быстрее поверхности Земли — явление, которое учёные называют суперротацией.

Затем, примерно в 2008 году, началось замедление. К 2009–2010 годам внутреннее ядро настолько сбавило скорость, что на мгновение сравнялось с вращением поверхности, после чего продолжило замедляться и в итоге начало двигаться в противоположном направлении относительно мантии — толстого каменного слоя, расположенного над внешним ядром.

Исследование 2024 года подтвердило, что с 2003 по 2008 год ядро сохраняло суперротацию, а с 2008 по 2023 год перешло в режим субротации — движения медленнее окружающих слоёв, что с точки зрения наблюдателя на поверхности выглядит как движение назад.

Учёные обнаружили, что похожий перелом произошёл и в начале 1970-х годов. Это позволило предположить существование цикла продолжительностью около 60–70 лет, в рамках которого ядро то ускоряется, то замедляется. Движущими силами этого цикла, вероятно, являются электромагнитное взаимодействие между твёрдым внутренним ядром и жидким железным внешним ядром, а также гравитационное воздействие плотной каменной мантии. Когда баланс между этими силами нарушается, ядро меняет скорость.

Тысячная доля секунды

Громкие заголовки, сообщающие об «остановке» ядра, создают образ внезапного, драматического события — словно монета, упавшая на стол и замершая. Реальность куда тоньше.

«Разворот» ядра — это не резкий переворот. Это чрезвычайно тонкое изменение относительного движения, измеряемое долями градуса в течение нескольких лет и отслеживаемое через микроскопические различия во времени прохождения сейсмических волн. Как поясняет Джон Видейл, влияние этого сдвига на продолжительность земных суток составляет «порядка тысячной доли секунды — величину, почти теряющуюся в шуме, создаваемом океанами и атмосферой».

Тысячная доля секунды. Ни один человек не способен это почувствовать. Ни одни часы не покажут разницы. Но этого достаточно, чтобы учёные с нужными приборами и нужными данными могли зафиксировать изменения.

Почему это важно

Если сдвиг столь неуловим, зачем он вообще имеет значение? Ответ связан с двумя системами, делающими жизнь на Земле возможной.

Первая — магнитное поле планеты. Оно генерируется преимущественно движением жидкого железа во внешнем ядре и действует как невидимый щит, отклоняя опасное излучение Солнца. Без него жизнь на поверхности была бы невозможна. Вращение внутреннего ядра влияет на то, как течёт внешнее ядро, а это, в свою очередь, формирует магнитное поле. Учёные ещё не до конца понимают природу этой взаимосвязи, но замедление ядра может иметь последствия для силы и стабильности магнитного поля в долгосрочной перспективе.

Вторая связь — с продолжительностью суток. Для систем точного хранения времени, спутниковой навигации и глобальных коммуникаций даже крошечные вариации скорости вращения Земли имеют значение. Взаимодействие ядра с мантией может незначительно изменять скорость вращения планеты, влияя на измерения, которые учёные называют «длиной суток». Колебания этого параметра, отслеживаемые десятилетиями, обнаруживают закономерность, совпадающую с 60–70-летним циклом, который исследователи связывают с поведением внутреннего ядра.

Ядро меняет форму

В декабре 2024 года Джон Видейл представил на конференции Американского геофизического союза новые данные, добавляющие ещё один слой загадки. Его команда сравнивала формы волн, зарегистрированных двумя независимыми станциями наблюдения — близ Фэрбанкса на Аляске и близ Йеллоунайфа в Канаде. Десять пар землетрясений показали едва уловимые различия в волнах, зафиксированных в Йеллоунайфе, которых не было в записях из Фэрбанкса.

Если бы внутреннее ядро просто вращалось, обе станции должны были бы регистрировать одинаковые изменения. Тот факт, что этого не произошло, указывает на нечто более сложное. По предположению команды Видейла, внутреннее ядро может не только вращаться иначе, но и физически менять форму — его внешняя поверхность может медленно деформироваться под воздействием колоссальных давлений и сил, действующих на него со всех сторон.

Это открытие добавляет новое измерение в понимание того, что происходит в центре Земли. Внутреннее ядро, возможно, не является идеально застывшей сферой, спокойно вращающейся в центре планеты. Оно может быть более подвижным по форме, перестраиваясь под воздействием неуловимых сил.

Спор, длящийся три десятилетия

Дискуссия о том, что именно меняется во внутреннем ядре, продолжается с 1996 года, когда Сяодун Сун и Пол Ричардс впервые представили доказательства независимого вращения ядра. Некоторые учёные до сих пор утверждают, что изменения формы волн, которые приписывают вращению, могут объясняться процессами на границе между внешним и внутренним ядром, а не движением самого ядра. Другие считают 70-летний цикл реальным, но хотят получить больше данных, прежде чем делать окончательные выводы.

Как отмечают исследователи из Пекинского университета, «долгая история непрерывной записи сейсмических данных критически важна» для наблюдения за движением сердца планеты. А это означает, что остаётся ждать новых землетрясений и накапливать записи.

Что изменилось

За последние два года изменилась степень уверенности. До 2023 года идея обращающегося вспять ядра была интригующей гипотезой с некоторыми подтверждающими данными. После исследования Пекинского университета в 2023 году и подтверждения командой Видейла в 2024 году она превратилась в хорошо обоснованное заключение, подкреплённое независимыми анализами, множественными источниками данных и правдоподобным физическим механизмом.

Модель 70-летнего цикла теперь имеет две идентифицированные точки перелома — в начале 1970-х и около 2008–2010 годов. Обе согласуются с более широкими закономерностями, наблюдаемыми на поверхности Земли, включая тонкие колебания продолжительности суток и изменения геомагнитного поля. Такое совпадение независимых линий доказательств — то, что переводит науку из области предположений в область понимания.

Следующий перелом в этом цикле, если 70-летняя закономерность сохранится, ожидается где-то в 2070-х годах. Учёные будут внимательно наблюдать. И с каждым землетрясением, посылающим свои волны через сердце планеты, картина будет становиться всё яснее.

Земля делает это миллиарды лет. Просто нам потребовалось время, чтобы заметить.