De binnenste kern van de aarde is zo gekrompen dat hij achteruit beweegt, bevestigen wetenschappers. Dit is wat het betekent

Meld u aan voor de wetenschapsnieuwsbrief Wonder Theory van CNN. Verken het universum met nieuws over fascinerende ontdekkingen, wetenschappelijke doorbraken en meer.

CNN
—

Diep in de aarde bevindt zich een massieve metalen bal die onafhankelijk van onze roterende planeet ronddraait, een top die ronddraait in een gigantische koepel, gehuld in mysterie.

Deze binnenste kern heeft onderzoekers gefascineerd sinds deze in 1936 werd ontdekt door de Deense seismoloog Inge Lehmann, en hoe deze beweegt (de rotatiesnelheid en richting) staat centraal in een decennialang debat. Er komen steeds meer aanwijzingen dat de rotatie van de kern de afgelopen jaren dramatisch is veranderd, maar wetenschappers zijn verdeeld over wat er precies gebeurt – en wat dat betekent.

Een deel van het probleem is dat het onmogelijk is om het diepe binnenland van de aarde rechtstreeks te observeren of te modelleren. Seismologen hebben informatie verzameld over de beweging van de binnenste kern door te bestuderen hoe de golven van grote aardbevingen die de regio bereiken, zich gedragen. Variaties tussen golven van vergelijkbare sterkte die op verschillende tijdstippen door de kern gingen, stelden wetenschappers in staat veranderingen in de positie van de binnenste kern te meten en de rotatie ervan te berekenen.

“Divergente rotatie van de binnenste kern werd in de jaren zeventig en tachtig als een fenomeen voorgesteld, maar pas in de jaren negentig werd seismisch bewijsmateriaal gepubliceerd”, zegt dr. Lauren Waszek, hoofddocent aan de afdeling Fysische Wetenschappen van James Cook. Universiteit in Australië.

Maar onderzoekers debatteerden over de manier waarop ze deze bevindingen moesten interpreteren, “vooral vanwege de uitdaging om gedetailleerde observaties van de binnenste kern te maken, vanwege de afgelegen ligging en de beperkte hoeveelheid gegevens”, zei Waszek. Als gevolg hiervan “waren de onderzoeken die volgden in de jaren en decennia die volgden het niet eens over de rotatiesnelheid, en ook niet over de richting ervan met betrekking tot de korst”, voegde hij eraan toe. Sommige analyses hebben voorgesteld dat de kern helemaal niet roteert.

Een veelbelovend model Voorgesteld in 2023 Hij beschreef een binnenkern die in het verleden sneller had rondgedraaid dan de aarde, maar nu langzamer draaide. Een tijdlang kwam de draaiing van de kern overeen met de draaiing van de aarde, zeiden wetenschappers. Daarna vertraagt ​​het nog meer totdat de kern achteruit beweegt ten opzichte van de vloeistoflagen eromheen.

Destijds waarschuwden sommige experts dat er meer gegevens nodig waren om deze conclusie te versterken, en nu heeft een andere groep wetenschappers nieuw bewijs geleverd voor deze hypothese over de rotatiesnelheid van de binnenste kern. Het onderzoek werd op 12 juni gepubliceerd in het tijdschrift Natuur 2023 bevestigt niet alleen een grote recessie, maar ondersteunt ook de stelling dat deze kernvertraging deel uitmaakt van een decennialange cyclus van vertragen en versnellen.

De nieuwe bevindingen bevestigen dat veranderingen in de cyclussnelheid een cyclus van 70 jaar volgen, aldus de co-auteur van het onderzoek. dr. Johannes VidalDornsife hoogleraar aardwetenschappen aan het College of Letters, Arts and Sciences van de University of Southern California.

“We discussiëren hier al twintig jaar over, en ik denk dat dit de druk opvoert”, zei Vidal. “Ik denk dat we klaar zijn met het debat over de vraag of de innerlijke kern in beweging is en wat het patroon ervan de afgelopen twintig jaar is geweest.”

Maar niet iedereen gelooft dat de zaak is opgelost, en hoe de vertraging van de binnenste kern onze planeet zou kunnen beïnvloeden is nog steeds een open vraag – hoewel sommige experts zeggen dat het magnetische veld van de aarde een rol zou kunnen spelen.

De massieve metalen binnenkern ligt zo’n 5.180 kilometer diep in de aarde begraven en wordt omgeven door een vloeibare metalen buitenkern. De binnenste kern bestaat voornamelijk uit ijzer en nikkel en is naar schatting net zo heet als het oppervlak van de zon: ongeveer 9800 graden Fahrenheit (5400 graden Celsius).

Het magnetische veld van de aarde trekt aan deze massieve bal van heet metaal, waardoor deze gaat draaien. Tegelijkertijd trekken de zwaartekracht en de stroming van de vloeibare buitenkern en mantel deze de kern in. Tientallen jaren lang veroorzaakten de duw en trek van deze krachten variaties in de rotatiesnelheid van het centrum, zei Videl.

Het klotsen van metaalrijke vloeistof in de buitenste kern creëert elektriciteit die het magnetische veld van de aarde aandrijft en onze planeet beschermt tegen dodelijke zonnestraling. Hoewel de directe invloed van de binnenkern op het magnetische veld onbekend is, hebben wetenschappers eerder gerapporteerd In 2023 Een langzaam roterende kern kan dit beïnvloeden en de lengte van een dag gedeeltelijk verkorten.

Wanneer wetenschappers over de hele planeet proberen te ‘kijken’, nemen ze doorgaans twee soorten seismische golven waar: spanningsgolven, of B-golven, en schuifgolven, of S-golven. B-golven bewegen door allerlei materialen; S-golven kunnen alleen door vaste stoffen of zeer stroperige vloeistoffen reizen Amerikaans geologisch onderzoek.

In de jaren tachtig van de negentiende eeuw merkten seismologen op dat de door aardbevingen gegenereerde S-golven niet over de aarde gingen, dus concludeerden ze dat de kern van de aarde was gesmolten. Maar sommige B-golven komen, nadat ze door de kern van de aarde zijn gegaan, op onverwachte plaatsen tevoorschijn: de ‘schaduwzone’, zoals Lehman het noemt. noemde het – Het creëren van onverklaarbare tegenstellingen. Gebaseerd op gegevens van een enorme aardbeving in Nieuw-Zeeland in 1929 suggereerde Lehmann eerst dat afwijkende P-golven zouden kunnen interageren met een vaste binnenkern in een vloeibare buitenkern.

Door seismische golven te volgen van aardbevingen die sinds 1964 op vergelijkbare paden door de binnenkern van de aarde zijn gegaan, ontdekten de auteurs van het onderzoek uit 2023 dat de vortex een cyclus van 70 jaar volgt. In de jaren zeventig draaide de binnenste kern iets sneller dan de planeet. In 2008 vertraagde het, en van 2008 tot 2023 begon het lichtjes in de tegenovergestelde richting te bewegen ten opzichte van de horizon.

Voor de nieuwe studie observeerden Vidal en zijn co-auteurs seismische golven die werden gegenereerd door aardbevingen op dezelfde locaties op verschillende tijdstippen. Ze vonden 121 voorbeelden van dergelijke aardbevingen tussen 1991 en 2023 op de Zuidelijke Sandwicheilanden, een archipel van vulkanische eilanden in de Atlantische Oceaan ten oosten van het zuidelijkste puntje van Zuid-Amerika. De onderzoekers observeerden ook kernpenetrerende schokgolven van Sovjet-kernproeven die tussen 1971 en 1974 werden uitgevoerd.

Terwijl de kern roteert, beïnvloedt dit de aankomsttijd van de golf, zei Videl. Een vergelijking van de tijd waarop de seismische signalen het epicentrum troffen, onthulde veranderingen in de rotatie van het epicentrum in de loop van de tijd, wat een rotatiecyclus van 70 jaar bevestigde. Volgens de berekeningen van de onderzoekers is de kern klaar om weer te gaan accelereren.

Vergeleken met de andere seismologische onderzoeken van het centrum, die individuele aardbevingen meten terwijl ze door het centrum passeren – ongeacht wanneer ze zich voordoen – vermindert het gebruik van alleen gekoppelde aardbevingen de hoeveelheid bruikbare gegevens, “waardoor de methode uitdagender wordt”, zei Waszek. Hierdoor konden de wetenschappers echter veranderingen in de kerncirculatie met grotere precisie meten, zegt Videl. Als het model van zijn team correct is, zal de kernrotatie over ongeveer vijf tot tien jaar weer beginnen te versnellen.

Seismogrammen laten zien dat tijdens zijn 70-jarige cyclus de rotatie van het centrum met verschillende snelheden vertraagt ​​en versnelt, “wat een verklaring zou vereisen”, zei Videl. Eén mogelijkheid is dat de metalen binnenkern niet zo stevig is als verwacht. Als het vervormt terwijl het roteert, kan dit de symmetrie van zijn rotatiesnelheid beïnvloeden, zei hij.

De berekeningen van het team suggereren ook dat de kern verschillende rotatiesnelheden heeft voor voorwaartse en achterwaartse beweging, wat “een interessante bijdrage aan het gesprek toevoegt”, zei Waszek.

Maar de diepte en ontoegankelijkheid van de innerlijke kern betekenen dat er onzekerheden zijn, voegde hij eraan toe. Wat betreft de vraag of het debat over centrale rotatie echt voorbij is, zei Waszek: “We hebben meer gegevens en verbeterde interdisciplinaire instrumenten nodig om dit verder te onderzoeken.”

Veranderingen in de centrale bloedsomloop – hoewel ze kunnen worden waargenomen en gemeten – zijn allemaal onzichtbaar voor mensen op het aardoppervlak, zei Videl. Terwijl de kern langzaam draait, versnelt de mantel. Deze verandering zorgt ervoor dat de aarde sneller draait en dat de lengte van een dag afneemt. Maar zulke cyclische veranderingen duren slechts een duizendste van een seconde in daglengte, zei hij.

“Wat betreft dat effect op iemands leven?” hij zei. “Ik kan me niet voorstellen dat het zoveel betekent.”

Wetenschappers bestuderen de binnenste kern om te leren hoe het diepe binnenland van de aarde wordt gevormd en hoe activiteit verband houdt met alle oppervlaktelagen van de planeet. Het mysterieuze gebied waar de vloeibare buitenkern de vaste binnenkern bedekt is bijzonder interessant, voegde Videl eraan toe. Als plaats waar vloeistof en vaste stof elkaar ontmoeten, is deze grens “rijk aan potentieel voor activiteit”, net als de kern-mantelgrens en de grens tussen korst en mantel.

“Er kunnen bijvoorbeeld vulkanen zijn aan onze binnenste kerngrens, waar vaste en vloeibare stoffen elkaar ontmoeten en bewegen”, zei hij.

Omdat de draaiing van de binnenste kern de beweging in de buitenste kern beïnvloedt, wordt aangenomen dat de draaiing van de binnenste kern het magnetische veld van de aarde helpt aandrijven, hoewel verder onderzoek nodig is om de precieze rol ervan te ontrafelen. Er valt nog veel te leren over de algehele structuur van de binnenste kern, zei Vasek.

“Nieuwe en opkomende methoden zullen centraal staan ​​bij het beantwoorden van voortdurende vragen over de binnenste kern van de aarde, inclusief rotatie.”

Mindy Weisberger is een wetenschappelijk schrijver en mediaproducent wiens werk is verschenen in de tijdschriften WordsSideKick.com, Scientific American en How It Works.