地球內核反向旋轉？科學解讀來了-環球快看點

出品：科普中國

作者：張文華

(資料圖片)

北京大學地球與空間科學學院楊翼博士與宋曉東教授最近在《自然·地球科學》國際期刊上發表論文，研究發現在過去十年左右的時間里，地球內核的差速旋轉幾乎停止了，相對于地幔，內核開始緩慢地反向旋轉。這種旋轉的變化也發生在20 世紀70年代早期，推測地球內核的旋轉可能存在七十年左右的震蕩周期。

地球內核是什么？

地球通常劃分為外部圈層和內部圈層兩大部分。外部圈層是我們所處的地面及以上部分，包括大氣圈、水圈、生物圈，構成了我們生活的環境；內部圈層可以進一步劃分為地殼、地幔和地核，其中地核由固態內核及其外層的液態外核共同組成。

地球圈層結構

（圖片來源：veer圖庫）

內核由什么物質構成一直以來頗具爭議，許多學者研究認為在大約45億年前原生地球逐漸形成，由于鐵和鎳的質量較重，大部分沉入到了地球的內部，形成了固態的地球內核，即內核主要包含鐵和鎳。

地球內核為什么旋轉更快？

傳統認識地球是一個整體，認為內核旋轉與地球其它圈層旋轉保持同步，也就是說二者相對靜止。1996年，美國哥倫比亞大學的保爾·理查茲博士和宋曉東博士利用地震學的方法研究發現地球內核在快速旋轉，其旋轉的速度大于地球其他部分。這項發現成為了探索地球內部結構新的開端，吸引著無數學者研究，隨著科學家們的不斷研究，我們對地球的深部結構與內核有了更多的認識，逐漸改變了我們以往的固有看法。

地球內核處于距地表5100千米-6371千米的地球深部，溫度高達6000℃以上，我們無法用現有的技術手段直接深入地球內部進行測量。利用地震波研究地球內部結構與狀態，類似于“給地球做CT”，對數據進行處理和分析，可以得出地球深部的動態變化。宋曉東等利用幾十年期間所發生的五十余次地震數據及人為產生的地震波數據進行分析，計算走時，得出在1996年之前的三十多年里，通過地球內核的地震波走時發生了微小但系統的變化，這種變化就是由地球內核旋轉速率與地殼地幔不同導致的。

地球內核快速自轉的原因，有觀點認為是由于地球自轉過程中的慣性力——科里奧利力（Coriolis force）。這是一種由地球自轉產生的力，它會影響物體的運動方向，簡單來說就是讓原本直線運動的物體的運動軌跡發生彎曲。

科里奧利力的作用效果示意

（圖片來源：Wikipedia）

在地球自傳過程中，由于科里奧利力的作用，使地球淺層的自轉速度小于深層的自轉速度，這也就是地球的差異旋轉現象。也有觀點認為，地核產生的巨大磁場所產生的力矩導致地球內核旋轉速度不同。內核與地殼地幔之間隔著液態的外核，外核的低摩擦力利于內核更快速的旋轉。

宋曉東教授團隊發現，地球內核的旋轉自約2009年起就幾乎停止并且開始逐漸反向旋轉；從20世紀70年代早期到約2009年之間，地球內核的差速旋轉為正向，內核旋轉速度大于地球自轉速度；自約2009年起至今，緩慢反向旋轉，差速旋轉變為反向。所推測的內核旋轉存在六七十年的震蕩周期是否準確還需要未來更多的研究和探索。

研究內核的旋轉有什么意義？

研究地球內核的旋轉，有助于我們理解地球深部圈層的運行機制，了解地球內部構造運動規律。如在目前的一些理論中，地球磁場的產生就是由于地球液態外核的運動導致，地球外核是液態導電的，所以當它們呈現渦流時就會產生磁性——我們人人熟悉的右手螺旋定則就是描述電生磁現象。而地球的內核與外核緊密聯系，也可能對地球磁場的產生和磁場反向都有決定性影響。

地球內外核相互作用導致地磁場產生的示意圖

（圖片來源：Wikipedia）

因此理解地核運動對地球科學等領域許多研究命題有重要的意義，為傳統的地球深層內部結構的地震學研究增加了新的時間維度。差速旋轉伴隨著從原生地球形成以來的演化歷史，對地球動力學的研究也有重要影響。

雖然地球內核的研究在科研領域是一項非常巨大的突破，但是正如宋曉東教授所說，它距離我們的日常生活還很遠?！皩τ谥R的追求是具有高等智慧的人類的基本需求。對這顆我們生于斯、長于斯的星球進行了解和探究是我們需要做的一件基本的事，也是探索類地星球的基礎。”地球內核對我們來說是遙遠而神秘的，它所產生的變化如何作用于我們的日常生活還沒有一個明確的結論，這也是無數科研工作者不斷探索的方向。

標簽： 反向旋轉 地球內部 科里奧利力