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“表里不一”的地球: 内核自转速率竟快于地表

  是什么导致了地球内核的差速旋转?专家指出,在外部力矩作用下,地球内核会相对于地幔转动,使得内核自转与地球的自转速率不一样。这个外力可能来自地球磁场与内核的耦合及地幔与内核的重力耦合。

  近日,美国南加州大学的研究团队重新分析了1969年和1971年2次地下核试验后近6年的地震波数据,发现地球内核自转速率在1969—1971年比地球整体慢了0.1度,而在1971—1974年又比地球快了0.29度。这标志着科学家首次通过地震学观测,验证了地球内核6年周期往复振荡的理论。

  为何地球内核与地球的旋转速度会不一致?宇宙中其他天体也存在这种现象吗?科学家又是如何“透视”天体内部情况的?

  地球内核被称为“星球内的星球”

  很多人认为,地球应是一个整体,内核的旋转速度和方向应该和地球保持一致。可是事实却非如此。“地球从诞生伊始发生了多种动力学过程,如星子汇集聚合、沉积分异、岩浆海和地壳冷却等,这使得地球整体由外向内出现了地壳、地幔、液体外核、固体内核等类似洋葱或煮熟鸡蛋那样的分层结构。”中国科学院国家天文台研究员平劲松表示。

  地球物理学家、北京大学讲席教授宋晓东对科技日报记者表示,地球作为一个天体,是整体自转的;但是根据以往的观测,地球内核自转与地球自转在速率上稍微有点差别,这就是内核的“差速旋转”。因此,地球内核也被称为“星球内的星球”。最新数据显示,地球与地球内核的转动速率每年相差大约0.1度,不过这个速率很可能随时间而变化。

  是什么导致了地球内核的差速旋转?宋晓东指出,在外部力矩作用下,地球内核会相对于地幔转动,使得内核自转与地球的自转速率不一样。这个外力可能来自地球磁场与内核的耦合及地幔与内核的重力耦合。理论上,内核自转既可以比地球自转快,也可能稍慢。

  记者了解到,目前地核研究的主流理论模型认为,地球内核的转速是恒定的,地球自转存在一个约6年(5.9年)的周期震荡。在解释6年周期震荡机理方面,科学家给出了包括地球内部地磁异常、核幔耦合振荡、地球内核震荡等多种推测。

  不过,在本世纪初,平劲松所在的研究地球自转固体潮汐的团队使用长期固体潮汐监测数据发现了11.5—12年的地球内核振荡周期,这个周期与木星的轨道周期一致。“地球自转5.9年的周期变化,正是木星公转周期的一半。”平劲松认为,正是木星协同太阳合相作用在地球壳、幔上力矩大小的周期变化,引起了地球内核自转速率的变化。

  “地球内核的自转速度或许会稍快于地幔,但是速率会一直保持恒定。而地壳和地幔的自转因受到内部和外部的力矩、荷载等因素影响,转速会出现时快时慢或相对方向变化的现象。”平劲松说,多重因素作用下,导致地球自转变化不可简单预测、预报。

  平劲松指出,除了地球之外,内部结构与地球类似的伴星如月球,以及金星、火星和气体行星的卫星、矮行星等,其自转也会发生时快时慢或方向变化的现象。

  其中,人类已利用地月激光测距技术对月球自转周期的变化持续观测了约50年;近几年,火星的自转变化也被“洞察”号上的星地微波链路所证实。

  法国图卢兹天体物理和行星研究所博士后李刚补充道,恒星内部圈层间也存在自转速度的差别,被称作“较差自转”。天文学家发现,小到白矮星、中子星等,大到星团和星系都存在较差自转。以太阳为例,在深度为0.7个太阳半径处,有一个厚度为0.04个太阳半径、被称作“差旋层”的区域,以这里为界线,太阳的自转情况发生了急剧变化:在差旋层以里,太阳的较差自转不是很明显;而在差旋层以外,太阳在不同深度和不同纬度都呈现出非常明显的较差自转。

  天体“气质”与其内核密切相关

  所有行星内核都存在差速旋转机制吗?平劲松介绍,行星的内核主要有3种类型,分别为固体核、液体核以及液体外核与固体内核的组合体。地球的内核归属于第三类,既包括一个巨大的液体外核,又含有一个富含铁镍的固体内核。

  固体核与液体核的行星“气质”各不相同。平劲松指出,固体核的行星,其核心的转动与行星整体保持同步。而液体外核,液体或半液体核幔边界的行星,其固体内核或固体核的转动可以与幔不同步。

  一个拥有液体内核的行星,极大可能是处于行星形成的早期阶段,其自身的转动有点像一个旋转着的生鸡蛋,转速较快且方向和转速都不稳定;随着能量耗散衰减、分层固化,自转速度逐步减慢和稳定。

  那么,恒星的内核又是什么样子的?李刚表示,恒星通常有一个正在核反应燃烧的内核。不过,不同年龄的恒星内核差别也很大。他举例道,太阳这类正值壮年的恒星,有着燃烧氢元素的内核;而年老的恒星,有的内核可能已停止燃烧,但存在一层围绕内核燃烧的包层;有的可能内核被再次点燃,继续燃烧氦元素或者更重的元素;还有的可能最终走向死亡,只留下一个燃烧殆尽、慢慢冷却的内核。

  “恒星内核的性质直接决定了恒星的外貌。”李刚解释说,相比于太阳,年老的恒星大多温度低但明亮;而已经死亡的恒星,如白矮星和中子星则显得暗淡但温度高。

  借助震动波透视天体内核

  科学家是如何透过天体表面,探测天体内核旋转方向的?

  宋晓东告诉记者,一直以来,科学家通过地震波来探测地球内核的多种物理特性。他解释道,地球发生地震之后会产生地震波,地震波会向地球深部传播,研究地震波的传播速度等性质,可以了解地球深部的结构分层及运动状况。

  宋晓东及其团队于1996年首次观测到了地震波通过地球内核时的时间和速度产生了变化,从而推测出地球内核是相对于地幔发生旋转的。不过,地球内核的旋转速率目前仍有不确定性,因为旋转速率本身也很可能在变化。

  平劲松指出,利用地震波探测天体内部的方法十分普遍,19世纪科学家就用它对地球分层结构进行了探测;20世纪70年代美国月球探测任务用地震波探测月球的内部分层构造;近年来,欧洲火星探测任务将其用于探测火星的内部构造。

  对于恒星,天文学家更难以直接观测到恒星内部的结构,于是他们借助“星震学”来探测恒星内部。

  李刚表示,星震学与地震学很类似,都是通过研究天体内部的震动波来推断天体的内部结构,有点像日常生活中我们通过“拍西瓜”来判断瓜熟不熟。但是星震与地震的不同之处在于,星震是持续不断的震动,而地震只是偶然发生。恒星的震动波会局部压缩气体,从而造成恒星温度和亮度的变化。基于这一特性,天文学家通过长时间监测恒星亮度的变化来观测恒星的震动,并测量震动的频率。

  恒星震动的频率会因其内部不同物理过程的扰动而有所变化。“打个比方说,熟西瓜和生西瓜用手拍一拍,听到的声音也不相同。”李刚说,天文学家通过高精度的频率测量和细致的物理模型推演,来计算恒星内部旋转速率、元素分布等不同物理特性。

  比如对恒星年老后形成的红巨星,天文学家通过分析一些红巨星的震动信号发现,红巨星有着非常强烈的较差自转现象,其内核自转速率一般比表面快数十倍。

  来源:科技日报

【 中疾控:#我国尚无猴痘病例报告# ,#一般人群暂无感染风险# 】6月22日,中国疾控中心发布猴痘健康提示。对于个人防护,中疾控提出四点建议。

猴痘是一种由猴痘病毒(Monkeypox virus,MPXV)感染所致的人兽共患病毒性疾病,临床上主要表现为发热、皮疹、淋巴结肿大。该病主要流行于中非和西非。2022年5月以来,一些非地方性流行地区的国家先后发现大量猴痘病例,且已出现人际间传播。为保护我国公民健康,特对猴痘疫情情况及疾病预防与治疗等信息进行整理,提出以下健康提示。

一、猴痘疫情情况

1970年在刚果民主共和国确诊了全球首例人感染猴痘病毒病例。此后,非洲陆续有国家报告猴痘病例,目前,已有11个非洲国家(贝宁、刚果民主共和国、刚果共和国、喀麦隆、中非共和国、尼日利亚、科特迪瓦、利比里亚、塞拉利昂、加蓬和南苏丹)发生过猴痘疫情。因此,目前认为,非洲的中部和西部地区为猴痘地方性流行地区,而且,病例主要分布在非洲中、西部热带雨林地带。

非洲以外地区为非地方性流行地区,既往发生的猴痘疫情较少,且本地传播有限。美国2003年猴痘疫情为历史上首次在非洲以外地区发现猴痘病例。此后,英国也曾在2018年、2019年和2021年报告了少量猴痘病例。上述病例中,绝大多数都有非洲地区旅居史。

2022年5月13日,英国首先报告本土猴痘病例,此后,欧洲、美洲、亚洲、大洋洲和非洲(非地方性流行国家)陆续发现猴痘病例,截至6月8日,全球非地方性流行地区已有5个大洲28个国家发现猴痘疫情,累计报告确诊病例1285例和疑似病例1例,无死亡病例[1]。其中,86.5%(1112例)来自欧洲,其次为美洲(153例)、亚洲(13例)、大洋洲(6例)和非洲(1例),各国病例报告情况详见下表。

此外,2022年非洲猴痘地方性流行国家也有病例报告,截至6月8日,非洲共有8个国家发现猴痘疫情,累计报告病例1526例,死亡72人,粗病死率为4.7%。其中,刚果民主共和国报告病例数最多(病例1366例,死亡64人),其次为尼日利亚(病例141例,死亡1人)、喀麦隆(病例31例,死亡2人)、中非共和国(病例25例,死亡2人)、加纳(病例17例,无死亡)、刚果共和国(病例9例,死亡3人)、利比亚(病例4例,无死亡)和塞拉利昂(病例2例,无死亡)。

本轮疫情病例数和波及范围均增长较快,为非地方性流行区的历史之最。病例以中青年男性为主;多为男男同性恋者,疫情传播与性活动密切相关;绝大部分病例未曾前往猴痘地方性流行地区(即非洲中部和西部的11个2022年前曾报告猴痘病例的国家)旅行;临床表现相对较轻且不典型,皮疹主要分布在生殖器部位,数量明显偏少,只有几个甚至一个皮疹,未见进一步扩散。

二、猴痘基本知识

(一)猴痘病毒

猴痘病毒是全长约为197kb的双链DNA病毒,属于痘病毒科正痘病毒属,是正痘病毒中对人类致病的4种病毒之一(其余3种为天花病毒、痘苗病毒和牛痘病毒)。猴痘病毒存在2个分支(西非分支和刚果盆地分支),其中,西非分支病死率约为3.6%,刚果盆地支病死率可达10.6%[2]。2022年5月以来非地方性流行地区发现的猴痘病例样本,测序分析结果为西非分支。

猴痘病毒对热敏感,56℃30分钟或60℃10分钟可灭活,紫外线和一般消毒剂也可灭活,对次氯酸钠、氯二甲酚、戊二醛、甲醛和多聚甲醛等敏感。

(二)猴痘流行病学

猴痘病毒在自然界主要存在于非洲的啮齿类动物(非洲松鼠、树松鼠、冈比亚袋鼠、睡鼠等)体内。灵长类动物(猴、黑猩猩、人等)接触感染猴痘病毒的啮齿类动物后也会感染。感染了猴痘病毒的动物和猴痘病人都是这个疾病的传染源。

猴痘病毒主要经黏膜和破损皮肤侵入人体。人主要通过接触感染动物的呼吸道分泌物、病变渗出物、血液、其它体液,或被感染动物咬伤、抓伤而感染。人与人之间主要通过密切接触传播,也可在长时间近距离接触时通过飞沫传播,接触病毒污染的物品也有可能感染。本次猴痘疫情还发现多数病例在发病前有同性性行为,可能主要还是与性活动中的密切接触传播有关,目前尚不能确定是否会经过精液或阴道分泌物传播。猴痘病毒还可通过胎盘从孕妇传播给胎儿。

既往接种过天花疫苗者对猴痘病毒存在一定程度的交叉保护力。未接种过天花疫苗的人群(尤其是1981年后出生的人)对猴痘病毒普遍易感。

(三)猴痘病人临床表现

潜伏期5-21天,多为6-13天。

发病早期出现寒战、发热,多有发热,体温多在38.5℃以上,伴头痛、嗜睡、乏力、背部疼痛和肌痛等症状。多数患者出现颈部、腋窝、腹股沟等部位浅表淋巴结肿大。

发病后1-3天出现皮疹。典型皮疹表现为,首先出现在面部,逐渐蔓延至四肢及其他部位,皮疹多呈离心性分布,面部和四肢皮疹较躯干更为多见,手心和脚掌均可出现皮疹,皮疹数量从数个到数千个不等;也可累及口腔黏膜、消化道、生殖器、结膜和角膜等。皮疹经历从斑疹、丘疹、疱疹、脓疱疹到结痂几个阶段的变化,疱疹和脓疱疹多为球形,直径约0.5-1厘米,质地较硬,可伴明显痒感和疼痛。从发病至结痂脱落约2-4周。结痂脱落后可遗留红斑或色素沉着,甚至瘢痕,瘢痕持续时间可长达数年。

部分患者可出现并发症,包括皮损部位继发细菌感染、支气管肺炎、脑炎、角膜感染、脓毒症等。严重病例常见于年幼儿童、免疫功能低下人群。

今年在非洲以外的非地方性流行地区发现的猴痘病人的临床症状普遍较轻且不典型,皮疹主要分布在生殖器及其周围部位,数量较少。

(四)猴痘的治疗及预防

猴痘为自限性疾病,大部分预后良好。目前国内尚无特异性抗猴痘病毒药物。治疗主要是对症支持治疗和并发症的治疗。

三、健康提示

(一)个人预防

1.正在疫情国家旅行或居住的人员。需关注所在国的猴痘疫情信息。避免接触啮齿类和灵长类动物(包括动物的血和肉),食用前必须彻底煮熟。如果必须接触猴痘病人,应避免身体密切接触,避免与可疑感染者发生性行为,避免共同生活用品(如床上用品、衣物等),照看或探视病人时要做好个人防护(如佩戴一次性乳胶手套、医用防护口罩、一次性隔离衣等)。注意做好手部卫生,及时用肥皂、洗手液等在流动水下洗手。

2.近期已回国和即将回国人员。近期已回国人员需注意自我健康监测,若在国外有过可疑动物和人员或猴痘病例的接触史和暴露史,可主动联系当地疾控机构进行咨询和报备;若出现发热、皮疹等症状,应主动就医,并告知接诊医生境外旅居史,以协助诊断和治疗。即将回国人员除注意上述事项外,入境健康申报时需配合海关主动报备。

3.近期计划出国人员。需密切关注目的地国家的猴痘疫情,尽早了解猴痘预防和治疗的相关知识,如避免接触啮齿类动物和猴痘病人,避免与病人共用物品,避免与可疑感染者发生性行为,做好个人手卫生,一旦出现不明原因皮疹等症状及时就医等。

4.国内其他一般人群。我国尚无猴痘病例报告,也未在野生动物或入境检疫中发现猴痘病毒,一般人群暂无感染风险。如发现猴痘输入病例,主要在其接触者中存在一定感染风险。

(二)医疗卫生机构感染控制

医务人员接诊皮疹病人时,如发现其21天内有猴痘报告病例国家旅居史,需考虑猴痘的可能。在为疑似或确诊猴痘病人提供诊疗服务时,以及处理病人标本时,应执行标准预防措施,即佩戴一次性乳胶手套、佩戴医用防护口罩、防护面屏或护目镜、一次性隔离衣等,同时做好手卫生。采集疑似感染猴痘病毒的病人样本时,应由经过培训的人员进行操作。运送病人样本应确保安全包装,并遵守感染性物品处理指南。疑似或确诊猴痘病人在医院内可能污染的环境和物品,需随时消毒。

(三)动物贸易

建议非必要不进口啮齿类和灵长类动物,加强入境携带、寄递动物检疫,以及进口啮齿类和灵长类动物检疫。(中国疾控动态微信公众号)


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