人们知道地球的自转周期并非标准的24小时整，而是每天都有着微弱的变化。更为奇妙的是，处于地球最中心的固态内核，有着和外部圈层不一样的自转周期，也就是地球内核的差速旋转现象。地球中心的地核的主要成分是铁合金，分为液态的外核和固态的内核两个主要圈层。外核的对流是地球磁场的来源，其施加在内核上的电磁力矩驱动了内核的差速旋转。同时在万有引力的作用下，固态且不均一的内核和地幔之间也有重力耦合效应，这将影响内核差速旋转的状态。然而无论是通过地球动力学的模拟还是地震学的观测，地球内核差速旋转的速度和模式的确定，都极具挑战性。这一问题的解决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。该研究成为深地科学的重点探索任务。

北京大学地球与空间科学学院宋晓东教授和特聘副研究员杨翼博士最新的研究结果揭示了地球内核近七十年来的差速旋转模式的变化。该研究利用在同一震源重复发生的天然地震追踪地球内核的旋转模式。重复地震的地震波在同一个台站接收到的记录通常具有相同的波形，然而当地震波采样到地球内核时，却会显示出不一样的波形和到时（例如图1），这是由于内核的旋转导致其内部的不均匀结构发生了横向移动，两次地震记录有着空间中的同样路径却采样到了不同的内核结构。通过分析长期的波形的变化模式，就可以推断出内核旋转的模式。令人惊讶的是，近十余年来，这种地震信号的时变现象在全球的地震波路径上统一消失了。经过更精确的分析得出了地球内核的差速旋转在2009年就接近停止并开始缓慢地反向。类似的反向旋转现象在上世纪70年代初期也有出现，意味着内核的旋转很可能存在周期为六七十年左右的震荡模式。

同时，在地磁场强度和地球日长（自转周期）变化的信号中，甚至在全球平均海平面和气温变化当中，也存在着同样的六七十年周期的信号，并且它们在相位上也存在着一定的对应关系。地磁场的变化意味着外核流体运动模式的变化，日长的变化代表着地幔和地壳旋转的角速度变化，而全球海平面和气温变化源自地表（和大气圈）的变化。由此可见地球的内核、外核、地幔和地表之间，由于电磁和重力等耦合效应，形成了一个周期为六七十年、从内核到浅表的耦合共振系统，这对于揭示地球作为一个系统的运行机制有重要意义（图2）。

该成果于2023年1月23日正式发表在《自然.地球科学》(Nature Geoscience)上，研究论文题为“Multidecadal variation of the Earth’s inner-core rotation”，同刊发表的研究简文题为“Rotation of the Earth's inner core changes over decades and has come to near-halt”。杨翼博士为两篇文章的第一作者，宋晓东是北大讲席教授为两篇文章的通讯作者。

该研究是中国地质科学院和北京大学地空学院共建的“自然资源部深地科学与探测技术实验室”（SinoProbe Laboratory）的成果，受到科技部“地球系统与全球变化”重点专项、自然科学基金地震联合基金和青年基金、以及博士后面上基金的资助。

“自然资源部深地科学与探测技术实验室”于2021年2月经自然资源部批复并正式挂牌，依托中国地质科学院建实。主要目标是联合我国有关部门研究力量，组织实施国家深地领域研究任务，推进国际合作，打造国家级深地领域研究平台。实验室聚焦深部结构探测、深部物质探测、深部资源探测和深部过程等前沿，搭建深地科学数据、探测技术与装备和实验测试支持等平台。实验室面向国际开放与合作，向全球招聘科学家，与国际组织和机构、大学合作研究。前期深部探测实验专项（SinoProbe-1，2008-2014)已奠定了扎实的基础，储备了技术装备和人才队伍，在国际上产生良好的反响。

北京大学地球与空间科学学院设有5个本科生专业（地质、地球化学、固体地球物理学、空间科学与技术、地理信息系统）。地球科学与空间科学既是一门基础科学，又是一门在现代国防和国民经济建设中有着广泛应用的科学。北大地质学及地球物理学均为我国同类专业中历史最悠久的学科，地空学院是我国地球科学科研和人才培养的重要基地，承担着为国家现代化建设输送高级专门人才的重任，对我国现代科学发展和国民经济建设发挥了重要作用。

为进一步提升水上物探技术能力，科学实施鄱阳湖老爷庙水域水-陆联合地质结构探测，服务江西鄱阳湖地区综合地质调查工作，2021年7月20-25日，中国地质调查局武汉地质调查中心在鄱阳湖老爷庙水域，组织开展了水上瞬变电磁测深技术野外现场试验。武汉地调中心勘查技术室地球物理专业人员、“鄱阳湖-洞庭湖-丹江口库区综合地质调查”二级项目负责人参加，武汉地大华睿物联技术有限公司有关专家提供了技术支持。 

本次水上瞬变电磁测深技术试验，主要内容有等值反磁通瞬变电磁技术与常规瞬变电磁（使用重叠回线）技术对比、不同装置距水面不同高度耦合效应对比。试验过程分为浅水区试验、深水区试验2个阶段。试验前，勘查技术室及二级项目负责人进行了安全教育提醒。在浅水区试验阶段，项目组成员将做好防水处理的不同装置分别架设在塑料艇上、用救生圈将装置固定在水面上和悬浮在水中，进行对比试验，从中选择适合目标水域施工并满足项目勘探深度要求的装置，优化关键技术参数。在深水区试验阶段，在柴油机动力船的牵引下，上述装置沿垂直主构造方向低速移动，做了连续测量与单点测量效果对比、瞬变电磁观测点RTK GPS定位等试验，最终完成整条剖面勘探。

本次试验最终顺利完成，试验结果表明：在鄱阳湖水域，重叠回线测量深度较大，但浅部信息缺失并且数据质量欠佳，反磁通线圈回线的探测深度则较小，但基本能够满足项目需求；与将线圈贴在水面上相比，线圈不接触水面时的探测效果更好。

此次水上物探试验是武汉地调中心加强水上物探方法技术能力提升的重要举措。通过此次试验与培训，勘查技术室相关地球物理专业人员掌握了水上瞬变电磁法的野外工作流程，进一步明确了安全生产注意事项，为实施好“鄱阳湖-洞庭湖-丹江口库区综合地质调查”项目2021年物探工作奠定了重要基础，为支撑服务好长江中游城市群鄱阳湖沿湖地区高质量发展提供了地质物理工作技术条件,也将为武汉地调中心地球物理工作业务转型发展与成果转化工作提供后续技术方法储备。

浅水区等值反磁通瞬变电磁法水上试验 

浅水区重叠回线瞬变电磁法水上试验 

深水区水上瞬变电磁法试验准备 

深水区水上瞬变电磁法试验