Как ученые использовали подземные ядерные взрывы для изучения ядра Земли

Фото из открытых источников
В 1960-х и 70-х годах США и Советский Союз провели ряд ядерных испытаний. Несмотря на то, что они разрушительны для непосредственной окружающей среды, у них есть удивительная положительная сторона: ученые использовали их для изучения ядра Земли.
 
Конечно, не существует прямых способов увидеть ядро ​​Земли, по крайней мере, без того, чтобы сгореть дотла или пробиваться сквозь людей-кротов. Самая глубокая яма, которую мы когда-либо выкапывали, — ласково названная «входом в ад», — достигла 12 263 метров, что еще далеко от прорыва земной коры до нижних слоев. Однако мы можем довольно эффективно заглянуть под поверхность, используя землетрясения в технике, известной как сейсмическая томография.
 
Когда происходят землетрясения, волны энергии рассылаются во всех направлениях. Измеряя толчки в нескольких местах на поверхности, ученые могут создать карту недр Земли. Поскольку камни и жидкости внутри Земли имеют разную плотность, волны проходят через них с разной скоростью, что позволяет геологам выяснить, через какой тип материала проходят волны.
 
В 1990-х годах ученые предположили, что ядро ​​Земли вращается быстрее, чем другие слои планеты. В исследовании 2022 года исследователи из Университета Южной Калифорнии (USC) использовали данные о волнах, полученные с помощью сейсмической решетки с большой апертурой (LASA) в Монтане, собранные во время подземных испытаний ядерной бомбы, проведенных Советским Союзом на арктическом архипелаге Новая Земля в 1971-74 годах. Используя разработанные ими методы, они обнаружили, что ядро ​​вращается медленнее, чем предполагалось ранее, примерно на 0,1 градуса в год.
 
Затем команда изучила данные испытаний, проведенных США возле Аляски в 1969 и 1971 годах, и обнаружила, что внутреннее ядро ​​изменило направление, вращаясь (т.е. медленнее, чем поверхность) на десятую долю градуса по крайней мере в год.
 
«Идея о том, что внутреннее ядро ​​колеблется, была моделью, которая существовала, но сообщество разделилось во мнениях относительно ее жизнеспособности», — сказал профессор Джон Э. Видейл из Университета Южной Калифорнии. «Мы пришли к этому, ожидая увидеть то же направление и скорость вращения в более ранней паре атомных испытаний, но вместо этого увидели обратное. Мы были весьма удивлены, обнаружив, что он движется в другом направлении».
 
По словам ученых, колебание может объяснить колебания продолжительности земных дней, которые меняются примерно на плюс-минус 0,2 секунды в шестилетнем цикле.
 
«Из наших выводов мы можем видеть сдвиги поверхности Земли по сравнению с ее внутренним ядром, как утверждали люди в течение 20 лет», — сказал Видейл. «Однако наши последние наблюдения показывают, что внутреннее ядро ​​вращалось немного медленнее с 1969 по 1971 год, а затем двигалось в другом направлении с 1971 по 1974 год. Мы также отмечаем, что продолжительность дня увеличивалась и уменьшалась, как и предсказывалось. Совпадение этих двух наблюдений делает осцилляцию вероятной интерпретацией».
 
Продолжительность земных дней более изменчива, чем вы предполагаете, если только вы не очень внимательно следите за своими очень точными часами. Есть всевозможные факторы, влияющие на скорость вращения, такие как изменение уровня моря и землетрясения, хотя самым большим фактором является то, что Луна удаляется от Земли (кто может ее винить) — когда два тела взаимодействуют, результат Земля замедляется, хотя время от времени со всплесками скорости. Это исследование предполагает, что внутреннее ядро ​​​​также является фактором, влияющим на продолжительность наших дней.
 
«Внутреннее ядро ​​не зафиксировано — оно движется под нашими ногами, и кажется, что оно перемещается туда-сюда на пару километров каждые шесть лет», — добавил Видейл. «Один из вопросов, на который мы пытались ответить, заключается в том, движется ли внутреннее ядро ​​постепенно или оно в основном заблокировано по сравнению со всем остальным в долгосрочной перспективе? Мы пытаемся понять, как сформировалось внутреннее ядро ​​и как оно перемещается с течением времени — это важный шаг в лучшем понимании этого процесса».