Гравітаційне перетягування канату всередині Землі змінює тривалість наших днів

Невеликі коливання тривалості 24-годинного дня Землі можна пояснити боротьбою між силами, породженими рухом металевого ядра планети. Про це відкриття повідомили сьогодні природи¹припускає, що геофізики можуть бути на правильному шляху до розуміння таємничих структур глибоко всередині Землі.

Швидкість обертання планети незначно змінюється з часом, спричиняючи коливання тривалості дня лише на кілька мілісекунд протягом десятиліть. Геофізики вимірюють ці зміни, спостерігаючи за положенням Землі відносно віддалених космічних об’єктів.

Дослідники давно підозрювали, що ці коливання пов’язані із взаємодією між ядром Землі та кам’янистою мантією, але було незрозуміло, які сили тут були задіяні, каже геофізик Матьє Денбері з Університету Альберти в Едмонтоні, Канада. Вчені знають, що це ядро ​​«відповідає за зміни за останні кілька десятиліть. Але як це відбувається?» каже він. «Ось тут стає незрозуміло».

крутний момент сердечника

Ядро Землі — це куля розміром з Марс у центрі планети, виготовлена ​​переважно із заліза. Внутрішнє ядро ​​є твердим і може обертатися незалежно в розплавленому зовнішньому ядрі. Дослідники запропонували кілька способів поєднання цих частин ядра з кам’янистою мантією, яка їх оточує, сповільнюючи або прискорюючи загальне обертання планети.

Внутрішнє ядро ​​Землі припинило своє дивне обертання?

Перший – шляхом створення механічного крутного моменту, який є силою кручення. Потік розплавленого зовнішнього ядра може штовхати нерівності та опуклості на межі з мантією, як річка, що тече навколо скелі. Інша можливість полягає в тому, що магнітне поле, створене потоком у зовнішньому ядрі, притягує багаті залізом частини мантії, створюючи електромагнітний крутний момент. І третя сила може виникнути через силу тяжіння, яка тягне щільні області внутрішнього ядра до аномально щільних областей мантії.

Денбері та його колега з Університету Альберти Чжан Хуйфен розробили модель для дослідження того, як різні комбінації цих сил змінюють тривалість земного дня. Ключові частини цієї моделі базуються на дослідженнях, опублікованих у 2023 році.² З 1960-х років сейсмічні хвилі від землетрусів використовували для вимірювання швидкості обертання внутрішнього ядра відносно решти Землі. Дослідження показало, що внутрішнє ядро ​​оберталося трохи швидше, ніж решта планети, приблизно до 2010 року, коли воно почало обертатися повільніше.

сила тяжіння завжди перемагає

Дослідники виявили, що їхня модель найкраще відповідає записам про зміни тривалості земного дня, коли домінуючою силою був гравітаційний момент. Але, як своєрідне геофізичне перетягування канату, його потрібно було врівноважувати електромагнітними та механічними моментами, що штовхають у протилежних напрямках. «Я не знав, що вони змагаються один проти одного, поки не побачив результатів», — сказав Чан.

Схоже, що ця боротьба «тягні-тягни» також впливає на швидкість обертання внутрішнього ядра. Відповідно до цієї моделі, внутрішнє ядро ​​«хоче вирівнятися» з мантією, тому що його приваблюють більш щільні області мантії, сказав Денбері. Однак з часом потік зовнішнього ядра, спрямований приблизно на захід, зміщує його з положення, а потім гравітація повільно повертає його назад у східне положення.