Продолжительность земных суток не остается постоянной. Она меняется под воздействием разных процессов — от приливного взаимодействия с Луной до сезонных изменений в атмосфере. Но колебания продолжительностью в несколько десятилетий долгое время было сложно объяснить с помощью конкретного механизма. Новое исследование связывает эти изменения прежде всего с гравитационным взаимодействием внутреннего ядра Земли с мантией.
Ученые изучили изменения продолжительности суток в период с 1964 по 2019 год. За это время продолжительность суток менялась на несколько миллисекунд с разными периодами. Ученые сравнили наблюдаемые изменения с моделями различных взаимодействий между ядром и мантией.
Главную роль, согласно расчетам, играет гравитационный момент, связанный с внутренним ядром. Оно вращается относительно мантии, а его положение постепенно меняется. При этом гравитация стремится вернуть внутреннее ядро к определенному положению относительно неоднородностей мантии. Возникающее взаимодействие передает момент импульса между внутренними слоями планеты и влияет на скорость вращения Земли.
Исследователи использовали данные о вращении внутреннего ядра, полученные из сейсмических наблюдений, а также модели потоков во внешнем ядре. Согласно их расчетам, примерно 70-летние изменения движения внутреннего ядра хорошо совпадают с наблюдаемыми колебаниями продолжительности суток. При этом электромагнитные и механические взаимодействия на границе ядра и мантии, вероятно, действуют в противоположном направлении и частично компенсируют гравитационный эффект.
Модель также указывает на то, что внутреннее ядро не является полностью жестким. Его граница может постепенно деформироваться и возвращаться к равновесному состоянию. Расчеты дают характерное время такой перестройки примерно от нескольких до нескольких десятков лет.
При этом ученые подчеркивают ограничения работы: выводы зависят от точности моделей вращения внутреннего ядра и потоков во внешнем ядре. Исследование описывает прежде всего многодесятилетние изменения продолжительности суток, тогда как более короткие колебания могут иметь другое происхождение.
Результаты дают дополнительную информацию о процессах в самых глубоких слоях Земли и помогают уточнить представления о взаимодействии внутреннего ядра, внешнего ядра и мантии.
Читайте также:
Российские физики изменили мир десятью научными открытиями
Самые точные атомные часы в мире могут ошибиться на секунду за 300 млрд лет