春节期间，国产科幻大片《流浪地球2》在全国院线热映，也引发了很多网友对未来世界和地球、宇宙的议论。当然，今天在这里，我们并不是要天马行空的探讨未来太阳系是否会毁灭、人类又要何去何从，而是想回归现实，说一说并没有撒丫子“流浪”，而是以自己的节奏不停运动着的人类的家园——地球。

地球的结构

地球由地壳、地幔和地核三部分组成。它的结构有点类似鸡蛋。最外层最薄最硬的是地壳，就像鸡蛋壳。但跟蛋壳不一样的是，地壳厚度并不均匀，最厚的是高山，最薄的地方是海洋。地壳下面是地幔，分为上地幔、下地幔。地幔类似于蛋白，由半固体岩石组成，它的体积占到全球体积的84%。地震就主要发生在地壳和上地幔顶部坚硬岩石组成的岩石圈里。地球的中心是地核，分为内核、外核，其中内核是固态的，外核是液态的，之间还有厚度约几百千米的过渡层。

地球人都知道，这颗我们热爱和生活的星球始终不停运动着。由于天体特性，在万有引力的影响下，它不但以太阳为焦点做椭圆轨迹的公转，还绕着地轴自西向东进行着自转。因为公转，地球上有了四季、有了昼夜长短变化和五带的划分；因为自转，地球上有了黑夜白天、有了日月星辰的东升西落和各地时差。

那么大家知道吗，处于地球中心的内核，其自转周期跟地球整体自转的速度并不同步，存在内核的差速旋转现象。

地球内核的

差速旋转

1996年，中国地球物理学家宋晓东教授和他的团队对同一区域地震传递到地表同一地震台站的地震波进行了分析。通常情况下，同一位置发生的地震，其地震波应当在传播过程中穿越相同的地球内部结构，同一台站也应该收到相接近的地震波形和走时记录。然而研究发现其中穿透内核的地震波传播到台站时，地震波的波形和走时随着发震时间的不同发生了系统变化，并由此推断地震波穿越了不同的内核结构，地球内核发生超速旋转。这项发现在顶尖科学杂志Nature上作为封面文章发表，被Science杂志评为当年十大科学突破之一，并被美国Discover杂志评为二十世纪最重要的发现之一。

1996年Nature的封面文章，宋晓东和Paul Richards首次观测到地球内核差速旋转的证据。

不过，彼时的方法仍有较大局限。由于是观察单次地震，地震波随时间变化的真实性、地震波变化的原因、数据和证据的可靠性等等都有待进一步验证。一直有相关的科研工作者认为这一成果中观测到的地震波变化并非是由地球内核的旋转导致，而是受其他外在原因影响。2005年，宋晓东教授和合作者采用“重复地震”（同一台站记录发生在同一地点的不同时间的多次地震）的方法，证实了穿过内核的地震波的时变性，有力地支持了内核差速旋转这一发现。相关成果发表于Science杂志，结束了一场为期9年的争论，被美国Discover杂志评为当年最重要的100个科学发现之一。

地球内核差速旋转或存在七十年左右

的摆动周期

近期，宋晓东教授团队最新研究成果发现，地球内核从1970代初起相对于地表超速旋转，到2009年左右基本与地表同步，之后开始出现缓慢的反向旋转，速率低于地表。相关成果于2023年1月23日正式发表于Nature Geoscience杂志，文章第一作者为北京大学地球与空间科学学院特聘副研究员杨翼博士，通讯作者为宋晓东教授。

从地表到内核的耦合共振系统示意图。其中包括内核（差速旋转）、外核（磁场变化）、地幔地壳（日长变化）、地表和大气（全球平均海平面和气温变化）等多个圈层（和对应的地球物理观测）。

宋晓东教授团队通过大量收集，精确分析了1964年到2021年间的地震观测数据，发现地球内核的差速旋转约在2009年接近停止并在此之后开始缓慢地反向旋转，类似的转向现象在上世纪70年代初期曾有出现。如果取第一个转折点是1974年，第二个转折点取2009年，对应的半周期为35年，那么意味着内核的旋转很可能存在周期为七十年左右的震荡模式。

重复地震的内核信号随时间变化示例图。在1998年到2004年间，地震波的波形存在明显的变化，而在2009到2017年间，并未观测到波形的变化。

目前，人类对地球内部结构之间的相互联系还尚不清楚。宋晓东教授团队的这项研究，是全世界首次将地球地表变化与地心变化相联系的关键工作。研究结果将对地球深部的动力学过程和地核地幔的耦合机制提供全新的约束，有助于我们理解地球深部圈层的运行机制。

知识小贴士

地震波是照亮

地球内部的一盏明灯 

著名的俄国地震学家伽利津曾经说过：“地震波是照亮地球内部的一盏明灯”。不同于电磁波、超声波，地震波在地球内部传播时能量大、衰减小、穿透能力强、成像分辨率高，是我们所知唯一能穿透地球内部介质的物理波。如同医生不用开刀，直接应用CT技术来探测人体结构和病变机理，科学家也正是利用地震波给地球做CT，通过追踪地震波在地下传播的路径和波动特征来研究地球内部结构。