Инге Леманн: Пионер сейсмологии и открытие внутреннего ядра Земли

Введение

Инге Леманн (13 мая 1888 – 21 февраля 1993) – датский сейсмолог и геофизик, известная своим открытием в 1936 году твердого внутреннего ядра Земли, существующего внутри расплавленного внешнего ядра. Сейсмический разрыв в скорости сейсмических волн на глубинах от 190 до 250 км носит название разрыва Леманна в её честь. Леманн считается пионером в сейсмологических исследованиях среди женщин и ученых.

Ранние годы и образование

Инге Леманн родилась и выросла в Остербро, части Копенгагена. В детстве она была очень застенчивой, и это поведение продолжалось всю жизнь. Ее мать, Ида Софи Торслефф, была домохозяйкой; ее отец — экспериментальный психолог Альфред Георг Людвик Леманн (1858–1921). Семья Леманн имела корни в Богемии; датская ветвь включала адвокатов, политиков и инженеров. Дедушка Инги Леманн по отцовской линии проложил первую датскую телеграфную линию (1854), а ее прадед был губернатором Национального банка. Отец ее матери, Ханс Якоб Торслефф, принадлежал к старой датской семье, в каждом поколении которой был священник. Леманн получила школьное образование в Fællesskolen, прогрессивной средней школе, где женщины и мужчины учились вместе. Школой руководила Ханна Адлер, тетя Нильса Бора. По словам Леманн, ее отец и Адлер оказали наибольшее влияние на ее интеллектуальное развитие. В 18 лет Леманн получила высший балл на вступительном экзамене в Копенгагенский университет. В 1907 году она начала изучать математику, химию и физику в Копенгагенском университете. С 1910 по 1911 год она продолжила изучение математики в Кембридже, в Ньюнхэм-колледже. Там Леманн столкнулась с гендерными предрассудками, ей не позволяли полноценно участвовать в учебе и занимать более высокие образовательные должности. В результате, в 1911 году, в свой первый год обучения, Леманн пережила нервный срыв и в 1912 году вернулась в Данию. У Леманн была младшая сестра Гарриет, ставшая актрисой. Инге Леманн всю свою взрослую жизнь жила одна. Она разорвала помолвку в марте 1917 года и решила остаться незамужней, чтобы посвятить себя академической карьере, что в то время не было необычным выбором. Однажды Леманн пожаловалась племяннику Нильсу Гросу на некомпетентность своих коллег-мужчин и написала ему: «Ты должен знать, скольким некомпетентным мужчинам мне приходилось соревноваться — безуспешно». В 1925 году Леманн была назначена помощником сейсмолога Нильса Эрика Нёрлунда. Она заинтересовалась его областью знаний и начала изучать ее самостоятельно. В 1927 году она была избрана делегатом Дании на Международный союз геодезии и геофизики, и в течение последующих сорока лет занимала эту должность еще восемь раз. К 1928 году Леманн получила степень magister scientiarum в области сейсмологии и в том же году была назначена главой сейсмологического отдела Геодезического института. На этой должности она отвечала за надзор за работой трех сейсмографических обсерваторий, две из которых находились в Гренландии. Она лично руководила станцией в Копенгагене, составляя отчеты на основе ее показаний. Хотя это не входило в ее обязанности, Леманн также занималась исследованиями на этом объекте. В 1929 году Леманн изучала землетрясение Мерчисона, произошедшее на Южном острове Новой Зеландии. Она проанализировала сейсмические данные и заметила, что в российских городах Свердловске и Иркутске были зарегистрированы волны значительной амплитуды, что было неожиданным. Это было неожиданно, поскольку теория гласила, что S-волны и некоторые P-волны отклоняются ядром, создавая теневую зону, через которую волны не могут пройти. Казалось, волны проходили через эту зону, чтобы достичь России. Это привело ее к открытию, что в центре Земли находится сферическое ядро из твердого материала. Леманн первой интерпретировала приход P-волн как отражения от внутреннего ядра. Она опубликовала свои результаты в статье под названием (1936), Теория, которую она разработала, заключалась в том, что Земля состоит из трех оболочек: мантия, внешнее ядро и внутреннее ядро. Леманн предположила, что ядро не было однородным; скорее, существует меньшее ядро, окруженное внешним ядром. Она установила, что волны движутся быстрее во внутреннем ядре, но могут отражаться, если достигают его тангенциально. Ее теория допускает дополнительное отклонение волн на этой границе, что объясняет направление и местоположение, в котором они появляются. Другие ведущие сейсмологи того времени, такие как Бену Гутенберг, Чарльз Рихтер и Гарольд Джеффрис, приняли эту интерпретацию в течение двух-трех лет, но потребовалось до 1971 года, чтобы компьютерные расчеты подтвердили ее правильность. Она продолжала свою работу во время Второй мировой войны, хотя международное сотрудничество было ограничено. Когда американский геолог Морис Юинг посетил ее станцию в 1951 году, он пригласил Леманн работать в Геологическую обсерваторию Ламонта, которой он руководил при Колумбийском университете, и она работала там в течение части 1952 года. Она ушла с должности главы сейсмологического отдела Геодезического института в 1953 году, что дало ей больше времени для проведения исследований в последующие десятилетия. На протяжении 1950-х и 1960-х годов Леманн несколько раз посещала Северную Америку и посещала различные сейсмологические обсерватории в Соединенных Штатах и Канаде. Она стала видным членом сообщества Калифорнийского университета в Беркли, одной из своих самых частых остановок. Находясь в Соединенных Штатах, Леманн сотрудничала с Морисом Юингом и Фрэнком Прессом в исследованиях земной коры и верхней мантии. В ходе этой работы она обнаружила еще одну сейсмическую неоднородность — скачкообразное увеличение скорости сейсмических волн на глубинах от 190 до 250 км. Эта неоднородность была названа неоднородностью Леманн в ее честь. Фрэнсис Берч отметил, что «неоднородность Леманн была обнаружена благодаря тщательному изучению сейсмических записей мастером «черного искусства», для которого ни одна компьютеризация, вероятно, не станет полной заменой». Леманн также участвовала в создании Международного сейсмологического центра с 1961 по 1967 год.

Inge Lehmann was born and grew up in Østerbro, a part of Copenhagen. She was very shy as a child, a behaviour that continued throughout her life. Her mother, Ida Sophie Tørsleff, was a housewife; her father was experimental psychologist Alfred Georg Ludvik Lehmann (1858–1921). The Lehmann family had its roots in Bohemia; the Danish branch included barristers, politicians and engineers. Inge Lehmann's paternal grandfather laid out the first Danish telegraph line (1854) and her great grandfather was Governor of the National Bank. Her mother's father, Hans Jakob Torsleff belonged to an old Danish family with a priest in every generation. Lehmann received her school education at Fællesskolen, a remarkably progressive high school that taught women and men the same subjects together. This school was led by Hanna Adler, Niels Bohr's aunt. According to Lehmann, her father and Adler were the most significant influences on her intellectual development. At age 18, Lehmann achieved a first rank mark in the entrance exam for Copenhagen University. In 1907, she started her studies in mathematics, chemistry and physics at the University of Copenhagen. She continued her studies of mathematics in Cambridge from 1910 to 1911 at Newnham College. There, Lehmann faced gender based adversities, not being allowed to fully participate in her studies, nor to achieve higher positions of education. As a result, Lehmann had a mental breakdown during her first year in 1911, and in 1912 returned to Denmark. Lehmann had a younger sister, Harriet, who became an actress. Inge Lehmann lived by herself all her adult life. She broke off an engagement in March 1917 and decided to remain unmarried, in order to pursue an academic career, which was not an unusual choice at the time. Lehmann once complained to her nephew Niels Groes about the incompetence of her male colleagues, and wrote him: "You should know how many incompetent men I had to compete with—in vain."]] In 1925, Lehmann was assigned to be the assistant of seismologist Niels Erik Nørlund. She took an interest in his field, and she began studying it on her own. She was chosen as a delegate for Denmark to attend the International Union of Geodesy and Geophysics in 1927—a role she filled another eight times over the next forty years. By 1928, Lehmann obtained a magister scientiarum in seismology, and she was appointed head the Geodætisk Institut's seismological department the same year. In this position, she was responsible for overseeing the operation of three seismographic observatories, two of which were in Greenland. She personally operated the one in Copenhagen, producing reports based on its readings. Though it was not part of her job, Lehmann also engaged in research at the facility. In 1929, Lehmann studied the Murchison earthquake which struck on the South Island of New Zealand. She analyzed the seismic data from the earthquake and noticed that there were waves of significant amplitude recorded in the Russian cities of Sverdlovsk and Irkutsk, both unexpected locations. They were unexpected locations due to the theory that S waves and some P waves are deflected by the core creating a shadow area in which waves are not able to pass through. The waves seemed to pass through that area to reach Russia. This led to her discovering that there is a spherical core of solid material at the Earth's centre. Lehmann was the first to interpret P wave arrivals as reflections from an inner core. She published her findings in a paper titled (1936), The theory she developed was that the Earth consisted of 3 shells: the mantle, outer core and inner core. Lehmann inferred that the core wasn't homogeneous; rather, there is a smaller core that exists that is surrounded by the outer core. She deduced that waves travel faster in the smaller core, but the waves can be reflected off if it arrived tangentially. Her theory allows for another wave deflection at the extra boundary and this accounts for the direction and location in which the waves emerge. Other leading seismologists of the time, such as Beno Gutenberg, Charles Richter, and Harold Jeffreys, adopted this interpretation within two or three years, but it took until 1971 for the interpretation to be shown correct by computer calculations. She continued her work during World War II, though international collaboration was limited. When American geologist Maurice Ewing visited her station in 1951, he invited Lehmann to work at the Lamont Geological Observatory that he ran at Columbia University, and she studied there for some of 1952. She retired from her position as head of the Geodætisk Institut's seismological department in 1953, giving her more time to conduct research over the following decades. Throughout the 1950s and 1960s, Lehmann traveled to North America several times and visited different seismological observatories throughout the United States and Canada. She became a prominent member of the community at the University of California, Berkeley, one of her most frequent stops. While in the United States, Lehmann collaborated with Maurice Ewing and Frank Press on investigations of the Earth's crust and upper mantle. During this work, she discovered another seismic discontinuity, which is a step change increase in the speed of seismic waves at depths between 190 and 250 km. This discontinuity was named the Lehmann discontinuity after her. Francis Birch noted that the "Lehmann discontinuity was discovered through exacting scrutiny of seismic records by a master of a black art for which no amount of computerization is likely to be a complete substitute." Lehmann was also involved in the creation of the International Seismological Centre from 1961 to 1967.

Награды, почетные звания и наследие

Леманн получила множество наград за свои научные достижения, среди которых премия Гарри Оскара Вуда в 1960 году, медаль Эмиля Вихерта в 1964 году, золотая медаль Датского королевского общества наук и литературы в 1965 году, Tagea Brandt Rejselegat в 1938 и 1967 годах, избрание членом Королевского общества в 1969 году, медаль Уильяма Боуи в 1971 году и медаль Сейсмологического общества Америки в 1977 году. Она была удостоена почетных докторских степеней Колумбийского университета в 1964 году и Копенгагенского университета в 1968 году, а также многочисленных почетных членств. В знак признания ее вклада в геологическую науку, в 1996 году Американский геофизический союз учредил ежегодную медаль Инге Леманн за "выдающиеся достижения в понимании структуры, состава и динамики мантии и ядра Земли". Астероид 5632 Ingelehmann был назван в ее честь. В 2015 году в честь столетия со дня получения женщинами избирательного права в Дании был назван вид жука: Globicornis (Hadrotoma) ingelehmannae. В том же году, в 127-ю годовщину ее рождения, Google посвятил ей свой всемирный Google Doodle. Мемориал, посвященный Леманн, был установлен на Фру Пладс в Копенгагене в 2017 году по проекту Элизабет Тубро.