Die wichtigsten Beobachtungen zur Rotation des inneren Kerns stammen aus der Seismologie. Bei einem Erdbeben breiten sich zwei Arten von seismischen Wellen in der Erde aus: solche mit Bodenbewegung in Ausbreitungsrichtung (p-Wellen) und solche mit Querbewegung (s-Wellen). S-Wellen breiten sich nicht durch den äußeren Kern aus, da sie mit Scherspannung verbunden sind, einer Art von Verformung, die in einer Flüssigkeit nicht auftreten kann. In der seismischen Notation wird eine p-Welle durch den Buchstaben P dargestellt, wenn sie sich durch die Kruste und den Mantel bewegt, und durch den Buchstaben K, wenn sie sich durch den äußeren Kern bewegt. Eine Welle, die den Mantel, den Kern und den Mantel durchläuft, bevor sie die Oberfläche erreicht, wird mit PKP bezeichnet. Aus geometrischen Gründen werden zwei Zweige der PKP unterschieden: PKP(AB) durch den oberen Teil des äußeren Kerns, und PKP(BC) durch den unteren Teil. Eine Welle, die durch den inneren Kern verläuft, wird als PKP(DF) bezeichnet. (Alternative Bezeichnungen für diese Phasen sind PKP1, PKP2 und PKIKP.) Seismische Wellen können mehrere Wege von einem Erdbeben zu einem bestimmten Sensor zurücklegen.
PKP(BC)- und PKP(DF)-Wellen haben ähnliche Wege im Erdmantel, so dass jeder Unterschied in der Gesamtreisezeit hauptsächlich auf den Unterschied in der Wellengeschwindigkeit zwischen dem äußeren und dem inneren Kern zurückzuführen ist. Song und Richards untersuchten, wie sich dieser Unterschied im Laufe der Zeit verändert. Bei Wellen, die sich von Süden nach Norden bewegen (die von Erdbeben auf den Südlichen Sandwichinseln ausgesandt und in Fairbanks, Alaska, empfangen werden), änderte sich der Unterschied zwischen 1967 und 1995 um 0,4 Sekunden. Im Gegensatz dazu zeigten Wellen, die sich in der Nähe der Äquatorebene (z.B. zwischen Tonga und Deutschland) bewegten, keine Veränderung.
Einer der Kritikpunkte an den frühen Schätzungen der Superrotation war, dass Unsicherheiten über die Hypozentren der Erdbeben, insbesondere in den früheren Aufzeichnungen, Fehler bei der Messung der Laufzeiten verursachten. Dieser Fehler kann durch die Verwendung von Daten für Dublettenbeben verringert werden. Dabei handelt es sich um Erdbeben, die sehr ähnliche Wellenformen aufweisen, was darauf hindeutet, dass die Beben sehr nahe beieinander lagen (innerhalb eines Kilometers). Anhand von Dublettdaten von den Südlichen Sandwichinseln kam eine Studie aus dem Jahr 2015 zu einer neuen Schätzung von 0,41° pro Jahr.
Anisotropie des inneren KernsEdit
Song und Richards erklärten ihre Beobachtungen mit dem damals vorherrschenden Modell der Anisotropie des inneren Kerns. Es wurde beobachtet, dass sich Wellen zwischen Norden und Süden schneller ausbreiten als entlang der Äquatorebene. Bei einem Modell des inneren Kerns mit gleichmäßiger Anisotropie war die Richtung, in der sich die Wellen am schnellsten ausbreiteten, in einem Winkel von 10° zur Drehachse der Erde geneigt. Seither ist das Modell für die Anisotropie komplexer geworden. Die obersten 100 Kilometer sind isotrop. Darunter ist die Anisotropie in einer „westlichen“ Hemisphäre (etwa in der Mitte Amerikas) stärker als in einer „östlichen“ Hemisphäre (der anderen Hälfte des Globus), und die Anisotropie kann mit der Tiefe zunehmen. Auch in einem „innersten inneren Kern“ (IMIC) mit einem Radius von etwa 550 Kilometern kann die Anisotropie anders ausgerichtet sein.
Eine Gruppe der Universität Cambridge schätzte anhand von Reisezeitdifferenzen die Längen der Hemisphärengrenzen in einer Tiefe von bis zu 90 Kilometern unterhalb der inneren Kerngrenze. Durch Kombination dieser Informationen mit einer Schätzung der Wachstumsrate des inneren Kerns ergab sich eine Rate von 0,1-1° pro Million Jahre.
Schätzungen der Rotationsrate auf der Grundlage von Reisezeitdifferentialen waren uneinheitlich. Diejenigen, die auf den Erdbeben der Sandwich-Inseln beruhen, haben die schnellsten Raten, obwohl sie auch ein schwächeres Signal haben, wobei PKP(DF) kaum aus dem Rauschen herausragt. Schätzungen, die auf anderen Pfaden basieren, waren niedriger oder gingen sogar in die entgegengesetzte Richtung. Einer Analyse zufolge beträgt die Rotationsrate weniger als 0,1° pro Jahr.
HeterogenitätBearbeiten
Eine Studie aus dem Jahr 1997 untersuchte die Daten der Sandwich-Inseln erneut und kam zu einer anderen Schlussfolgerung über den Ursprung der Änderungen der Reisezeiten, indem sie diese auf lokale Heterogenitäten der Wellengeschwindigkeiten zurückführte. Die neue Schätzung für die Superrotation wurde auf 0,2-0,3° pro Jahr reduziert.
Die Rotation des inneren Kerns wurde auch anhand von PKiKP-Wellen geschätzt, die an der Oberfläche des inneren Kerns streuen, und nicht anhand von PKP(DF)-Wellen. Die Schätzungen mit dieser Methode liegen zwischen 0,05 und 0,15° pro Jahr.
NormalmodenBearbeiten
Eine weitere Möglichkeit, die Rotation des inneren Kerns einzuschränken, ist die Verwendung von Normalmoden (stehende Wellen in der Erde), die ein globales Bild ergeben. Heterogenitäten im Kern spalten die Moden auf, und Änderungen der „Aufteilungsfunktionen“ im Laufe der Zeit können zur Schätzung der Rotationsrate verwendet werden. Ihre Genauigkeit ist jedoch aufgrund des Mangels an seismischen Stationen in den 1970er und 1980er Jahren begrenzt, und die abgeleitete Rotation kann je nach Modus positiv oder negativ sein. Insgesamt sind die normalen Modi nicht in der Lage, die Rotationsrate von Null zu unterscheiden.