地球内核时变信号来源的新的争议与辩论

 

  地球内核是地球最深部的圈层,有着略小于月球的大小和接近太阳表面的温度。它很有意思的一个特性是在十年左右的尺度上有着明显的时变现象。然而,关于时变信号的产生机制一直存在着争议,其中由两种解释:一是内核相对于地幔的差速旋转,二是内核的局部边界的快速变化。宋晓东教授和杨翼博士(现为北京大学博雅博士后)利用高质量的重复地震的研究表明,地球内核的时变信号主要来自于内核的内部而非边界,进一步支持了内核的差速旋转。

  然而,Yao et al.最近在Earth and Planetary Science Letter(EPSL)上发表评论文章,指出上述研究中的一组重复地震的震源深度存在着0.7公里的差距,会影响到时变信号来源的判断,校正0.7公里的深度差之后,时变信号还是来自于内核的边界。杨博士和宋教授发现Yao et al.使用不同台站的初至波进行定位,而由于地震的震源深度和发震时刻的补偿效应,Yao et al.得到的0.7公里的相对深度有着很大的误差。因此,他们采取了多种方法探讨重复地震的深度差对时变信号的影响。(1)重复Yao et al.的工作证实该方法的误差极大。(2)采取倾斜叠加的方法,提取出清晰的深度震相,并发现文中所有重复地震的深度差至多为0.2公里。(3)计算上述重复地震的SKP和PP震相的双差到时,对应约-0.2公里的深度差,与0.7公里难以吻合。(4)此前文中一共41条数据均显示内核边界的时变信号并不显著,即使改变一个数据点,也很难改变数据的整体趋势。(5)利用上述方法校正相对深度之后,确实对原结论并没有显著影响,内核的时变信号依然主要来自于其内部。相关工作最近发表在EPSL上。

  重复地震是探测地球深部的介质随时间变化的重要资料。最近,杨博士和宋教授还系统性地总结回顾了利用重复地震研究地球内核时变现象的历史:早期时变信号的发现和争议,利用重复地震确认时变现象,时变现象成因的争议,最后随着高质量数据的积累确认时变信号的来源为内核的内部,与地球发电机驱动内核差速旋转的模型吻合。相关文章发表在地球与行星物理论评(Reviews of Geophysics and Planetary Physics)上。

  上述两篇文章受到中国国家自然科学基金会(U1939204 ),美国国家科学基金会(EAR 1620595),博士后国际交流引进计划项目和北京大学博雅博士后项目的资助。宋晓东教授为两篇文章的通讯作者,杨翼博士为第一作者。文章详情请见(带星号的为新发表的文章):

  *Yang, Y., & Song, X. (2020). Reply to Yao et al.'s comment on “Origin of temporal changes of inner-core seismic waves”.Earth and Planetary Science Letters, 116639. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2020.116639

  *杨翼,宋晓东. 重复地震和地球内核的时变性. 地球与行星物理论评,2021,52(1):1-10. https://doi.org/10.16738/j.dqyxx.2020-010

  Yang, Y., & Song, X. (2020). Origin of temporal changes of inner-core seismic waves. Earth and Planetary Science Letters, 541, 116267. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2020.116267

  Yao, J., Tian, D., Sun, L., & Wen, L. (2020). Comment on "Origin of temporal changes of inner-core seismic waves" by Yang and Song (2020). Earth and Planetary Science Letters, 11640. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2020.116640