科技日报记者 唐芳

【资料图】

地球存在“表里不一”的特征，处于地球最中心的固态内核，有着和外部圈层不一样的自转周期，这就是地球内核的“差速旋转”现象。

对于地球内核的旋转速度和方向的确定极具挑战性，我国学者最新的研究结果，首次揭示了内核长达57年的差速旋转模式。

论文通讯作者、北京大学地球与空间科学学院教授宋晓东向科技日报记者表示，研究发现，从20世纪70年代初期到2009年左右，地球内核为正向差速旋转，速率快于地球自转，而从2009年之后，内核开始反向差速旋转，速率慢于地球自转。

“我们分析，内核的旋转很可能还存在周期为70年左右的震荡模式。”论文第一作者、北京大学地球与空间科学学院特聘副研究员杨翼博士表示，此周期同时存在于地球其他圈层中，比如外核、地幔以及地表，“研究首次揭示，地球可能存在着一个从地心到地表的共振系统，不同圈层很可能存在耦合关系。”

相关成果于2023年1月23日在线发表在英国《自然·地球科学》杂志上。

地震波探测发现

2009年起地球内核“反转”

科学家通过地震波来探测地球内核的物理特性。记者了解到，研究者利用在同一震源重复发生的天然地震，分析了1964年到2021年间的地震观测数据，追踪地球内核的旋转模式。

通常，同一位置发生的两次地震，在同一地震台站会产生几乎同样的地震波形和到时记录。然而，当某些地震波穿透地球内核时，研究者发现，两次波形和到时有着明显不同。

“这意味着同一采样路径却采样到了不同的内核结构，正是由于内核的旋转使其内部的不均匀结构发生了横向移动。”杨翼博士说。

令人惊讶的是，2009年以来，这种地震信号的时变现象在全球的地震波路径上统一消失了。经过更精确的分析，研究者认为，地球内核的正向差速旋转在2009年就接近停止并开始缓慢地反向。

首次揭示地球不同圈层

70年周期振荡模式

类似的反向旋转现象在20世纪70年代初期也有出现，研究者认为，这表明内核的旋转很可能存在周期为六七十年左右的震荡模式。

“如果取第一个转折点是1974年，第二个转折点取2009年，对应的半周期为35年，则完整的振荡周期约为70年左右。”宋晓东解释说。

巧合的是，地球不同圈层都存在约70年的周期变化，包括地球自转、地球磁场、海平面和全球地表温度等。

“地球系统从地表到地心不同圈层很可能存在耦合关系。同时，类似的周期可能代表一个共振系统，产生相互放大作用。”宋晓东指出，这对地球系统科学有着重要的启发意义，有助于我们理解地球深部圈层的运行机制。

审稿人认为，该研究是有关核幔耦合机制的重要问题，揭示了地核和地表的潜在联系。

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