Продолжительность земных суток не является постоянной величиной. На протяжении десятилетий учёные фиксируют незначительные колебания этого показателя. Эти изменения крайне малы — порой речь идёт всего о нескольких миллисекундах — и почти незаметны, однако специалисты стремятся разобраться в их причинах, поскольку они указывают на куда более масштабный процесс: скорость вращения нашей планеты меняется.
Учёные уже выявили ряд причин, которые накладываются друг на друга. Колебания в атмосфере и океанах способны слегка ускорять или замедлять вращение Земли; крупные землетрясения могут перераспределять часть массы планеты; свою роль играет и таяние континентальных льдов, которое поставляет в океаны огромные объёмы воды.
Эти факторы объясняют часть более резких и недавних изменений, однако на временных отрезках в несколько десятилетий некоторые колебания, по всей видимости, имеют источник гораздо глубже внутри Земли. Под каменистой мантией расположено внешнее ядро — слой сверхгорячего жидкого металла толщиной около 1400 миль, который находится в постоянном движении. Когда эти потоки меняются, они могут немного влиять на скорость вращения остальной части планеты.
Однако то, как эти силы передаются из одного региона в другой, до сих пор оставалось загадкой. Трения между ядром и мантией слишком слабо, поэтому геологи искали другие механизмы, действующие в недрах Земли.
В новом исследовании, опубликованном на этой неделе в журнале Nature, учёные, как они полагают, обнаружили одну из таких скрытых «шестерён». Они предполагают, что гравитация внутреннего ядра толкает вращение в одном направлении, тогда как другие взаимодействия между ядром и мантией противодействуют этому. Итог этого противостояния, накапливающийся десятилетиями, выражается в небольших ускорениях и замедлениях вращения планеты.
В основе идеи лежит тот факт, что внутреннее ядро вращается не с той же скоростью, что и остальная часть планеты, из-за чего оно оказывается слегка смещённым относительно некоторых неоднородностей массы в мантии. Но ядро «хочет быть выровненным», заявил в пресс-релизе Матьё Дамберри, геофизик из Альбертского университета, участвовавший в исследовании. Это означает, что гравитация пытается вернуть слои внутренней Земли в более гармоничное положение, что влияет — пусть и минимально — на вращение поверхности планеты. Авторы восстановили, как это взаимодействие влияло на вращение Земли в период с 1964 по 2019 год, используя сейсмические оценки вращения внутреннего ядра и модели потоков жидкого металла во внешнем ядре. Их гравитационная модель точно воспроизвела как timing, так и величину реальных постепенных изменений, наблюдавшихся за эти десятилетия.
Вероятно, задействованы и другие, пока неизвестные факторы, но это предположение раскрывает важную составляющую изменчивости наших суток. Модель также не учитывала все конкурирующие силы, но для убедительного результата этого и не требовалось. По словам Дамберри, это может быть перетягиванием каната, однако «гравитация всё равно побеждает».