地球の内核が最近自転を停止し、現在は自転方向を反転している可能性があることが、地震によって起きる地震波を用いて地球の最深部を探査した最近の研究から明らかになった。
地球の中心部を研究する事は難しく、地質学者らは、地殻、マントル、液体金属の外核の地下深くにある鉄の内核を調査するために、地震や、最近では核爆発の際に通過する地震波を聞くことでしかアクセスできない。そして、そういった数十年にわたる地震研究の結果、地質学者たちは内核が振動し、ある一定の期間毎に回転する方向を変えていると考えるようになった。
このような内核の自転停止は災害を意味しないと科学者らは考えているが、驚くべき発見であり、地球深部の多くの謎に光を当てるのに役立つだろう。例えば、内核が地球の磁場の維持にどのような役割を果たしているのか、地球全体の自転速度、ひいては1日の長さに影響を与えているのかなどを解明する糸口になり、地球上の生命に影響を与える気候や地質現象に関する長年の謎を解き明かす可能性がある。
地球の内核は、月の75パーセントの大きさの金属球である。液体の外核に囲まれているため、地球とは異なる速度と方向で回転することができるが、回転の速さや時間の経過に伴う速度の変化については、科学者たちもよくわかっていない。
中国の北京大学のYi Yang氏とXiaodon Song氏は、1990年代と2000年代に発生した2つの地震の地震データを調べた。データでは、内核が動いて波に対して別の顔を見せ、波が動くタイミングに影響を及ぼしていることを示している。しかし、2009年以降、地震波のタイミングにほとんど変化がないことから、内核の回転が止まっている可能性が示唆されたのだ。
さらに1960〜70年代の地震観測値をさかのぼってみた結果、内核は70年周期で振動し、約30年ごとに向きを変えていた可能性があると彼らは考えている。内核は一方向に回転していたが、一時停止し、1970年代前半のある時期に反転し、現在は一時停止して反対方向に回転しようとしていると言うのだ。
「内核に作用する2つの大きな力があります。一つは、電磁気力です。地球の磁場は、外核の流体運動によって発生します。金属製の内核に作用する磁場は、電磁気的な結合によって内核を回転させることが予想されるのです。もうひとつは、重力です。マントルと内核はともに不均質性が高いため、その構造間の重力が内核を重力平衡の位置に引きずり込む傾向があり、いわゆる重力カップリングと呼ばれます。」と、研究者らはViceのインタビューで語っている。
「もし、この2つの力が均衡していなければ、内核は加速したり減速したりします。磁場も地球の自転も60-70年という強い周期性を持っています。私たちは、提案されている内核の70年振動は、電磁気力と重力によって駆動されていると考えています。」と、彼らは付け加えた。
ただし、内核の回転についてはそれが直接観測できるものではないことから、未だ論争の的になっている。例えば、地震によって発生する地震波のわずかな時間変化について、Yang氏とSong氏はこれが内核が回転している証拠であるとする研究を1996年に出しているが、これは外核と内核の境界の現象に起因すると考える科学者もいる。
Yang氏とSong氏は、「一部の研究者は、時間的変化は内核の回転からではなく、内核の境界における局所的な変形から生じているとまだ主張しています。我々は異なるモデルを検証するために、より長い期間にわたってより多くのデータを集めようとしました」と、Viceに対して述べている。
「共振システムを形成しています。しかし、その関連性は、現時点ではあまり明確ではありません。内核とマントルの重力結合は、地表の変形を引き起こし、海面レベルに影響を与える可能性があるのです。海面や地球の自転の変化は、地球の大気循環や気温に影響を与える可能性がある。また、異なるシステムの共振により、相互の相互作用が増幅される可能性があります。」と、付け加えた。
今回の研究は、一日の長さや、地域の天候を導く気候パターンなど、我々の身近な環境が、世界の中心にある奇妙な金属球の回転サイクルによって形作られているかもしれない事を示唆するものだと言う。このような微妙な違いを解明するためには、新しいモデルや地球の謎めいた中心領域の継続的な観測が必要となる。
次のステップは、「数十年周期振動システムの物理的メカニズムに関する定量的モデルを構築すること」と「自転が将来どのように変化するかを監視すること」だと、Yang氏とSong氏は語っている。
「今後数年から数十年の間に、地球表面に対して西向きに回転することが予想されます。地震波は依然として最良の方法であり、したがって、高品質の地震観測網の継続的な運用は、この点で非常に重要です。」と結論付けている。
ポチップ論文
- Nature Geoscience: Multidecadal variation of the Earth’s inner-core rotation
参考文献
- Nature: Has Earth’s inner core stopped its strange spin?
- via Vice: Earth’s Core Has Stopped and May Be Reversing Direction, Study Says
研究の要旨
地球内コアのマントルに対する回転は、ジオダイナモによるコアダイナミクスとコア・マントル間の重力的結合の影響で生じると考えられている。この回転は、内核を同じ経路で通過するはずの繰り返し地震波の時間変化から推測されてきた。ここでは、1990年代前半の繰り返し地震波を解析し、以前は大きな時間変化を示していた経路のすべてが、過去10年間ほとんど変化していないことを示した。この全球的に一貫したパターンは、内核の回転が最近停止していることを示唆している。この最近のパターンを1964年までさかのぼる南サンドイッチ諸島のダブレットのアラスカ地震記録と比較したところ、約70年間の振動の一部として、1970年代初頭に別の転回点を持つ内核の緩やかな折り返しと関連していると思われる。この数十年の周期性は、他のいくつかの地球物理学的観測、特に日の長さと磁場の変化と一致している。これらの観測結果は、重力結合やコア・マントルから地表への角運動量の交換に起因する、最深部から地表までの地球層間の動的な相互作用の証拠を示している。
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