Ви, напевно, пам'ятаєте, як вчили про внутрішні шари Землі на уроках географії: надзвичайно гаряче, тверде внутрішнє ядро, оточене розплавленим металевим зовнішнім ядром, і тверда, але в'язка мантія з розплавлених порід.

Це розуміння внутрішньої структури Землі існує лише близько 120 років. Коли землетруси почали відстежувати за допомогою сейсмометрів, геологи змогли виміряти первинні (P) хвилі (які можуть проходити через тверді та рідкі матеріали) і вторинні (S) хвилі (які можуть проходити лише через тверді матеріали).

Зміни в сигналах P-хвиль під час їхнього проходження вказували на те, що вони проходять через різні види матеріалів у різний час, а коли S-хвилі не досягали протилежного боку планети, було зрозуміло, що вони натрапили на рідкий матеріал.

Тепер, використовуючи дані з несподіваного джерела – підземних ядерних випробувань, проведених більше 30 років тому, – дослідники отримали більше деталей про внутрішні системи нашої планети.

У новому дослідженні геофізик Їн Чжоу з Вірджинії Тек проаналізував сейсмічні хвилі, які виникли внаслідок підземних ядерних вибухів на атолі Муруроа, Французька Полінезія, між 1977 і 1995 роками.

Ці хвилі проходили через Землю і були зафіксовані на сейсмічній станції в Казахстані, що дало Чжоу набір повторюваних "снімків" того, що відбувалося всередині планети в різні моменти часу.

Оскільки ядерні випробування відбувалися в майже одному й тому ж місці, сейсмічні хвилі слідували надзвичайно схожими шляхами через планету.

Чжоу виявив, що сейсмічні хвилі, що проходять через зовнішнє ядро, не завжди витрачали однакову кількість часу на подорож. У порівнянні з 1977 роком, хвилі були приблизно на 0,1 секунди швидшими в 1982 і 1983 роках, а між 1988 і 1990 роками – на 0,15 секунди швидшими. Але до 1995 року вони були приблизно на 0,15 до 0,2 секунди повільнішими.

Ці частки секунди можуть здаватися незначними, але для сейсмічної хвилі, що проходить тисячі кілометрів через планету, вони мають значення. Як більш точна версія первісних сейсмічних тестів, які призвели до відкриття P- і S-хвиль, ці результати показують, що хвилі проходять через гетерогенні (змішані) матеріали.

І цей матеріал, здається, переміщувався протягом 30 років, поки сейсмічні хвилі записувалися.

Дослідження також виявило раніше невизнаний тип сейсмічної хвилі, яку Чжоу називає PKrKP. На відміну від більш знайомих сейсмічних хвиль, які проходять через або відбиваються від внутрішнього ядра, хвиля PKrKP відбивається всередині середини зовнішнього ядра. Ця незвичайна поведінка допомогла Чжоу ізолювати частину сейсмічної подорожі, яка могла б виявити зміни в рідкому зовнішньому ядрі.

Дослідники порівняли ці хвилі зовнішнього ядра з іншим типом сейсмічної хвилі, званою PP, яка проходить через мантію, а не через зовнішнє ядро.

Аналіз використовував 112 пар ядерних випробувань, вибухи в кожній парі відбувалися на відстані менше 0,05 градуса один від одного.

Отже, що могло змусити ці особливі хвилі, що проходять через зовнішнє ядро, прискорюватися і сповільнюватися за кілька років?

Масштаб і швидкість змін вказують на те, що зовнішнє ядро зазнає інтенсивного змішування. Чжоу, пишучи в дослідженні, оцінює, що широка аномалія якогось роду "з боковим розширенням понад 700 кілометрів і товщиною близько 100 кілометрів у південній частині Тихого океану може пояснити спостережувані аномалії часу подорожі PKP від 0,1 до 0,2 секунди."

Чжоу пропонує, що ця значна аномалія, ймовірно, є підвішеним твердим матеріалом, що переміщується через рідке зовнішнє ядро, як величезні шматки грінок, що плавають у томатному супі.

Ці результати свідчать про те, що, ймовірно, зовнішнє ядро не є просто величезним басейном чисто рідкого розплавленого металу.

Гігантські аномалії, що змінюють рух зовнішнього ядра, є захоплюючими самі по собі, але розуміння цього руху також може допомогти геологам краще зрозуміти, що викликає (або потенційно змінює) процеси, відповідальні за магнітне поле Землі.

Попередні дослідження з Університету Південної Каліфорнії вказали на те, що зовнішнє ядро може змушувати внутрішнє ядро змінювати форму, що також може порушити магнітне поле Землі.

Це дослідження особливо вражаюче через часові рамки. Попередні спроби виявити зміни в зовнішньому ядрі часто покладалися на сейсмічні події, розділені десятиліттями, і сигнал може бути важко відрізнити від невизначеностей у тому, де насправді відбулися ці землетруси.

Тут ядерні випробування надали набагато більш контрольований і обмежений за часом набір повторюваних сейсмічних джерел.

Ці десятирічні вибухи – які залишили неймовірно руйнівні сліди в інакше незайманих екосистемах – принаймні дали вченим можливість "почути" найглибші механізми Землі.

Повне дослідження в Journal of Geophysical Research.