I principali vincoli osservativi sulla rotazione del nucleo interno provengono dalla sismologia. Quando si verifica un terremoto, due tipi di onde sismiche viaggiano lungo la Terra: quelle con movimento del terreno nella direzione in cui l’onda si propaga (onde p) e quelle con movimento trasversale (onde s). Le onde S non viaggiano attraverso il nucleo esterno perché comportano uno sforzo di taglio, un tipo di deformazione che non può verificarsi in un liquido. Nella notazione sismica, un’onda p è rappresentata dalla lettera P quando viaggia attraverso la crosta e il mantello e dalla lettera K quando viaggia attraverso il nucleo esterno. Un’onda che viaggia attraverso il mantello, il nucleo e di nuovo il mantello prima di raggiungere la superficie è rappresentata da PKP. Per ragioni geometriche, si distinguono due rami della PKP: PKP(AB) attraverso la parte superiore del nucleo esterno e PKP(BC) attraverso la parte inferiore. Un’onda che passa attraverso il nucleo interno è indicata come PKP(DF). (I nomi alternativi per queste fasi sono PKP1, PKP2 e PKIKP). Le onde sismiche possono percorrere percorsi multipli da un terremoto a un dato sensore.
Le onde PKP(BC) e PKP(DF) hanno percorsi simili nel mantello, quindi qualsiasi differenza nel tempo di viaggio complessivo è dovuta principalmente alla differenza di velocità delle onde tra il nucleo esterno e quello interno. Song e Richards hanno osservato come questa differenza sia cambiata nel tempo. Le onde che viaggiano da sud a nord (emesse dai terremoti nelle isole Sandwich del Sud e ricevute a Fairbanks, Alaska) avevano un differenziale che cambiava di 0,4 secondi tra il 1967 e il 1995. Al contrario, le onde che viaggiano vicino al piano equatoriale (ad esempio, tra Tonga e la Germania) non hanno mostrato alcun cambiamento.
Una delle critiche alle prime stime della super-rotazione era che le incertezze sugli ipocentri dei terremoti, in particolare quelle nei record precedenti, causavano errori nella misurazione dei tempi di viaggio. Questo errore può essere ridotto utilizzando i dati dei terremoti doppi. Questi sono terremoti che hanno forme d’onda molto simili, indicando che i terremoti erano molto vicini l’uno all’altro (entro circa un chilometro). Utilizzando i dati dei doppietti delle isole Sandwich meridionali, uno studio del 2015 è arrivato a una nuova stima di 0,41° all’anno.
Anisotropia del nucleo internoModifica
Song e Richards hanno spiegato le loro osservazioni in termini di modello prevalente di anisotropia del nucleo interno al momento. Si è osservato che le onde viaggiano più velocemente tra nord e sud che lungo il piano equatoriale. Un modello per il nucleo interno con anisotropia uniforme aveva una direzione di viaggio più veloce inclinata ad un angolo di 10° dall’asse di rotazione della Terra. Da allora, il modello per l’anisotropia è diventato più complesso. I primi 100 chilometri sono isotropi. Al di sotto, c’è un’anisotropia più forte in un emisfero “occidentale” (approssimativamente centrato sulle Americhe) che in un emisfero “orientale” (l’altra metà del globo), e l’anisotropia può aumentare con la profondità. Ci può anche essere un diverso orientamento dell’anisotropia in un “nucleo interno più interno” (IMIC) con un raggio di circa 550 chilometri.
Un gruppo dell’Università di Cambridge ha usato i differenziali del tempo di viaggio per stimare le longitudini dei confini degli emisferi con profondità fino a 90 chilometri sotto il confine del nucleo interno. Combinando queste informazioni con una stima del tasso di crescita del nucleo interno, hanno ottenuto un tasso di 0,1-1° per milione di anni.
Le stime del tasso di rotazione basate sui differenziali del tempo di viaggio sono state inconsistenti. Quelle basate sui terremoti delle isole Sandwich hanno i tassi più veloci, sebbene abbiano anche un segnale più debole, con PKP(DF) che emerge a malapena sopra il rumore. Le stime basate su altri percorsi sono state più basse o addirittura nella direzione opposta. Da un’analisi, il tasso di rotazione è limitato a meno di 0,1° all’anno.
EterogeneitàModifica
Uno studio del 1997 ha rivisitato i dati delle isole Sandwich ed è giunto a una conclusione diversa sull’origine dei cambiamenti nei tempi di viaggio, attribuendoli a eterogeneità locali nella velocità delle onde. La nuova stima della super-rotazione è stata ridotta a 0,2-0,3° all’anno.
La rotazione del nucleo interno è stata anche stimata usando le onde PKiKP, che si disperdono sulla superficie del nucleo interno, piuttosto che le onde PKP(DF). Le stime usando questo metodo sono variate da 0,05 a 0,15° all’anno.
Modi normaliModifica
Un altro modo di vincolare la rotazione del nucleo interno è usare i modi normali (onde stazionarie nella Terra), dando un quadro globale. Le eterogeneità nel nucleo dividono i modi, e i cambiamenti nelle “funzioni di divisione” nel tempo possono essere usati per stimare il tasso di rotazione. Tuttavia, la loro accuratezza è limitata dalla carenza di stazioni sismiche negli anni ’70 e ’80, e la rotazione dedotta può essere positiva o negativa a seconda del modo. Nel complesso, i modi normali non sono in grado di distinguere il tasso di rotazione da zero.