Les principales contraintes observationnelles sur la rotation du noyau interne proviennent de la sismologie. Lorsqu’un tremblement de terre se produit, deux types d’ondes sismiques se déplacent vers le bas à travers la Terre : celles qui présentent un mouvement du sol dans la direction de propagation de l’onde (ondes p) et celles qui présentent un mouvement transversal (ondes s). Les ondes S ne traversent pas le noyau externe car elles impliquent une contrainte de cisaillement, un type de déformation qui ne peut se produire dans un liquide. Dans la notation sismique, une onde p est représentée par la lettre P lorsqu’elle traverse la croûte et le manteau et par la lettre K lorsqu’elle traverse le noyau externe. Une onde qui traverse le manteau, le noyau et à nouveau le manteau avant d’atteindre la surface est représentée par PKP. Pour des raisons géométriques, on distingue deux branches de PKP : PKP(AB) à travers la partie supérieure du noyau externe, et PKP(BC) à travers la partie inférieure. Une onde traversant le noyau interne est désignée par PKP(DF). (Les noms alternatifs pour ces phases sont PKP1, PKP2 et PKIKP.) Les ondes sismiques peuvent emprunter plusieurs chemins depuis un tremblement de terre jusqu’à un capteur donné.
Les ondes PKP(BC) et PKP(DF) ont des chemins similaires dans le manteau, donc toute différence dans le temps de parcours global est principalement due à la différence de vitesse des ondes entre le noyau externe et interne. Song et Richards ont étudié l’évolution de cette différence dans le temps. Les ondes voyageant du sud vers le nord (émises par les tremblements de terre dans les îles Sandwich du Sud et reçues à Fairbanks, en Alaska) avaient un différentiel qui a changé de 0,4 seconde entre 1967 et 1995. En revanche, les ondes se déplaçant près du plan équatorial (par exemple, entre Tonga et l’Allemagne) n’ont montré aucun changement.
L’une des critiques des premières estimations de la super-rotation était que les incertitudes sur les hypocentres des tremblements de terre, en particulier celles des premiers enregistrements, provoquaient des erreurs dans la mesure des temps de parcours. Cette erreur peut être réduite en utilisant les données des séismes à doublet. Il s’agit de séismes dont les formes d’onde sont très similaires, ce qui indique que les séismes étaient très proches les uns des autres (à environ un kilomètre près). En utilisant les données de doublets des îles Sandwich du Sud, une étude de 2015 est arrivée à une nouvelle estimation de 0,41° par an.
Anisotropie du noyau interneEdit
Song et Richards ont expliqué leurs observations en termes de modèle d’anisotropie du noyau interne qui prévalait à l’époque. Ils ont observé que les ondes se déplaçaient plus rapidement entre le nord et le sud que le long du plan équatorial. Un modèle de noyau interne à anisotropie uniforme présentait une direction de déplacement plus rapide inclinée à un angle de 10° par rapport à l’axe de rotation de la Terre. Depuis lors, le modèle d’anisotropie est devenu plus complexe. Les 100 premiers kilomètres sont isotropes. En dessous, l’anisotropie est plus forte dans un hémisphère « occidental » (approximativement centré sur les Amériques) que dans un hémisphère « oriental » (l’autre moitié du globe), et l’anisotropie peut augmenter avec la profondeur. Il peut également y avoir une orientation différente de l’anisotropie dans un « noyau interne le plus interne » (IMIC) d’un rayon d’environ 550 kilomètres.
Un groupe de l’Université de Cambridge a utilisé les différentiels de temps de voyage pour estimer les longitudes des limites de l’hémisphère avec une profondeur allant jusqu’à 90 kilomètres sous la limite du noyau interne. En combinant ces informations avec une estimation du taux de croissance du noyau interne, ils ont obtenu un taux de 0,1-1° par million d’années.
Les estimations du taux de rotation basées sur les différentiels de temps de voyage ont été incohérentes. Celles basées sur les séismes de l’île Sandwich ont les taux les plus rapides, bien qu’elles aient également un signal plus faible, avec PKP(DF) émergeant à peine au-dessus du bruit. Les estimations basées sur d’autres trajectoires ont été plus faibles ou même dans la direction opposée. Par une analyse, le taux de rotation est contraint à moins de 0,1° par an.
HétérogénéitéEdit
Une étude de 1997 a revisité les données des îles Sandwich et est arrivée à une conclusion différente sur l’origine des changements dans les temps de parcours, les attribuant à des hétérogénéités locales dans les vitesses des vagues. La nouvelle estimation de la super-rotation a été réduite à 0,2-0,3° par an.
La rotation du noyau interne a également été estimée en utilisant les ondes PKiKP, qui se diffusent à la surface du noyau interne, plutôt que les ondes PKP(DF). Les estimations utilisant cette méthode ont varié de 0,05 à 0,15° par an.
Modes normauxEdit
Une autre façon de contraindre la rotation du noyau interne est d’utiliser les modes normaux (ondes stationnaires sur Terre), donnant une image globale. Les hétérogénéités dans le noyau divisent les modes, et les changements dans les « fonctions de division » au fil du temps peuvent être utilisés pour estimer le taux de rotation. Toutefois, leur précision est limitée par le manque de stations sismiques dans les années 1970 et 1980, et la rotation déduite peut être positive ou négative selon le mode. Dans l’ensemble, les modes normaux sont incapables de distinguer le taux de rotation de zéro.