地球构造像鸡蛋 内快外慢差异转

宇宙611

地球构造像鸡蛋 内快外慢差异转

地球是分层结构，主要由地壳、地幔、外核、内核等组成，各层的角速度各异，由内向外的自转角速度越来越慢。

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宋晓东等人发现地球的中心比外壳旋转快


天文信息 2005-8-31
科学时报北京8月29日讯（记者王丹红）：科学家们发现，地球内核的旋转速度每年要比地幔和地壳快0.3到 0.5度，也就是说，地球内核比地球表面构造板块的运动速度快5万倍，新发现有助于科学家们解释地球磁场 是怎样产生的。美国伊利诺伊大学地球物理学家宋晓东教授是这项研究工作的负责人，他们的成果发表在8 月26日出版的美国《科学》杂志上。新发现也结束了一场为期9年的争论。宋晓东说：“我们相信我们得到 了确凿的证据。”

加州大学圣克鲁斯分校的地球科学教授加里·格拉兹麦尔说：“这是一项有意义的发现，它减少了一个领域 中的不确定性，你能从中学到新东西。”同期的《科学》杂志专门为这一发现配发评述文章，美国的《纽约 时报》、《国家地理》杂志和英国的《物理学世界》等对这一发现进行了详细报道。美国国家科学基金会和 中国国家自然科学基金会为这项工作提供了资助。

地核由固体金属构成，它包括一个大小与月球相当的直径为2400公里的固态内核，和直径为7000公里的液态 外核。科学家们认为，内核在产生地球磁场的地球动力学中发挥了重要作用，来自地球动力学的电磁转矩导 致内核相对于地幔和地壳旋转。

早在1996年，宋晓东和保罗·理查德还是纽约哥伦比亚大学拉蒙特—多尔蒂地球观测站的地震学家，通过对 穿越地球的地震波的分析，他们第一次提出了地球内核的旋转速度比其它部分快的观点。但这在当时有相当 争议，部分地震学家怀疑推导出结果的数据有误，或是假象；也有科学家曾试图证明地球内核的运动速度并 不比其它部分快；部分科学家说，虽然内核在旋转，但它的速度比哥伦比亚学者提出的速度慢多了；有人则 说，他们没有发现迹象表明内核比地球的其它部分转得快。

之后，宋晓东到伊利诺伊大学地质系做教授，他和仍在哥伦比亚大学的理查德共同领导了一项新研究，他们 的研究将消除人们对这个结论的任何怀疑。

宋晓东说：“尽管还不能精确地测定出内核旋转的速度，但我们的论文表明这个速度不可能是零。”地球在 一天时间里自转一次，或360度，新研究表明，地球内核的旋转速度每年比其它部分快0.3到0.5度。这个更 为精确的发现比他们1996年提出的快1.1度慢一点。

通过对历史上地震波穿过地球液体核和固体内核的数据进行对比，宋晓东等发现了令人信服的证据，表明地 球的固体内核确实以不同的速度在旋转。从大西洋的南桑威奇群岛地区到美国南部海岸线，他们对18个相似 地震进行了观察。相似地震也称为波形地震对(earthquake waveform doublet), 在同一台站记录的一对地 震的波形完全一样，说明这两个地震发生在同一地点。宋晓东等发现, 这些地震对在阿拉斯加州及靠近的地 方的58个地震台站都有记录，地震对的间隔时间跨越0到35年，从而让研究人员能观察地震波随时间的变化 。

宋晓东说：“当地震对的两个事件的时间相隔大于几年时，穿越地球内核的相似地震波在旅行时间和波形上 表现出系统性的变化。惟一可信的解释就是内核的运动。”

为什么地球内核会以不同速度旋转呢？宋晓东认为最可能的解释是电磁耦合，“在外核层产生的磁层扩散到 内核层，并在那里产生出电流。电流与磁场的相互作用导致内核旋转，就像电枢在电动机中旋转”。

华盛顿大学的地震学家肯尼思·克里杰对这一发现进行评论说：“这一发现消除了地球内核是否与地幔以不 同的速度旋转的仅存不多的怀疑。”

格拉兹麦尔说，他和同事的计算机模拟显示，地球内核确实比外部旋转得快，但由于缺少详细的数据，模型 没有得出究竟快多少。现在，新研究的数据将提高计算机模型的水平，让科学家能更好地理解地球内部是如 何工作的。

这篇论文的共同作者除了宋晓东和理查德以处，还包括哥伦比亚大学的研究生张健和研究科学家费利斯·瓦 尔德豪泽，以及伊利诺伊大学的研究生李迎春和孙新雷。

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“岁差”的发现证明地壳的角速度每年比地幔慢50.260角秒。