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来源：环球科学收集编辑：环球科学
在地球中心，一层熔融金属构成的液态圈层内，悬浮着一个主要由铁组成的固态内核。随着地球自转，内核也在同步转动，然而它的旋转速度与外部圈层并不一致，这被称为地球内核的差速旋转。最近，北京大学地球与空间科学学院的研究者发现，在近几十年里，地球内核的旋转速度正在减慢。如今，内核的旋转速度已经比外部圈层更慢了，出现了相对的反转。“在地磁场和重力耦合的作用下，内核相对地幔的转动速度也会变化，有时快一点，有时慢一点。”这项研究的通讯作者、北京大学讲席教授宋晓东这样解释道，“但是和地球的自转速度相比，这个速度差要小得多，从空间上看，内核依然在稳定地自西向东旋转。”内核可能是最神秘的地球结构，好在地震波能够穿透内核，将内核的信息带回地表。地震波穿过不同介质，波的波形和到时就会改变，因此可以根据地震波反推内核的结构特征。1996年，正在美国哥伦比亚大学从事博士后研究工作的宋晓东和该校的地震学家保罗·理查兹（Paul Richards）合作，首次利用单次地震的地震波观测到了地球内核差速旋转的证据。这项工作一经发表，就引发了广泛的争论。许多相关领域的研究者怀疑，他们观察到的差异不是地球内核旋转所致，而是地震震源位置不确定等外在原因导致的。直到2005年，宋晓东和合作者利用重复地震，有力地证实了内核的差速旋转。“在1996年发现内核旋转数据之后的20多年间，我一直在各地寻找能够观测到内核路径的地震数据。”宋晓东介绍道。重复地震一般发生在俯冲带，一组重复地震之间可以相距几个月、甚至几十年，但震源基本在同一位置，断层的破裂过程也基本一致。因此如果传播介质不变，地表台站会记录到完全一样的波形。然而当地震波穿透内核时，两次重复地震却会显示出不同的波形和到时。这强有力地证明了内核发生了变化：很可能正是地球内核的旋转，导致内核不均匀的结构发生了移动。“这就像医院的CT一样，你用同样的仪器做了两次CT，” 本研究的第一作者、正在北京大学从事博士后研究工作的杨翼这样介绍道， “对重复地震来说，震源相同、台站固定，你就可以对比两次CT图像的细微变化。”但奇怪的是，在大约十几年前，这种地震信号的时变现象突然消失了。研究团队还调查了能找到最大的时间和空间范围的重复地震记录，包括20世纪80年代至2021年的数字地震记录，和20世纪六七十年代的纸质记录。结果发现，在全球范围内，这种时变全部同时消失或大大减少。进一步定量分析显示，地球内核的差速旋转在2009年就接近停止，并且此后开始缓慢反向。观测结果似乎表明，这种反转在20世纪70年代初也曾出现，这个结果与此前利用核爆试验进行的研究类似，这意味着内核的旋转很可能存在周期约70年的振荡模式。更令人惊讶的是，在地磁场强度和地球日长（自转周期）变化的信号中，甚至在全球海平面和气温变化中，也存在同样近70年的周期信号，并且在相位上也存在一定的对应关系。这可能说明，地球的内核、外核、地幔和地表之间，形成了一个整体的周期性系统。“我们的工作第一次将这样的周期拓展到地球内核，建立起从最内核到最地表的一个周期性联系。”宋晓东说道，“对于地球整体系统的研究还处于非常初步的阶段，还有许多问题等待着我们解决，而我们的工作只是了解了其中一个小的端倪。”《环球科学》3月新刊正在热卖
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