Сейсмические эхо обнаружили загадочный "пончик" внутри земного ядра

На глубине около 2890 километров под нашими ногами находится гигантский шар из жидкого металла — ядро нашей планеты. Ученые используют сейсмические волны от землетрясений как своего рода ультразвук, чтобы "увидеть" форму и структуру ядра. Применив новый метод анализа этих волн, мы с коллегой Сяолун Ма обнаружили неожиданную структуру: вблизи экватора существует крупная пончикообразная область в ядре толщиной в несколько сотен километров, где сейсмические волны распространяются примерно на 2% медленнее, чем в остальной части ядра.

Мы предполагаем, что эта область содержит больше легких элементов, таких как кремний и кислород, и может играть ключевую роль в обширных течениях жидкого металла, которые генерируют магнитное поле Земли. Наши результаты опубликованы в журнале Science Advances.

Большинство исследований сейсмических волн фокусируется на первых мощных волновых фронтах. Мы же обратились к изучению более поздней, слабой части этих волн, известной как кода. Анализируя сходство коды, записанной разными сейсмодетекторами через несколько часов после землетрясения (так называемое "кода-корреляционное волновое поле"), мы смогли обнаружить крошечные сигналы от множества реверберирующих волн. Сравнивая данные от детекторов ближе к полюсам и к экватору, мы выяснили, что волны у полюсов движутся быстрее. Моделирование показало, что для объяснения этого результата вблизи экватора во внешнем ядре должна существовать тороидальная (пончикообразная) область с пониженной скоростью волн.

Мы считаем, что в этой области должна быть более высокая концентрация легких элементов, которые, возможно, высвобождаются из твердого внутреннего ядра. Их накопление в экваториальном регионе может объясняться более интенсивным переносом тепла от ядра к мантии именно в этой зоне. Более детальное представление о составе внешнего ядра, включая новый "пончик" из легких элементов, поможет лучше понять работу геодинамо — процесса, создающего и поддерживающего магнитное поле Земли, которое защищает планету от вредного солнечного ветра и радиации.