Обычно мы воспринимаем сутки как неизменные 24 часа. Однако на самом деле вращение нашей планеты не отличается идеальной стабильностью. Разница выражается в миллисекундах, но физики способны её фиксировать. Со временем одни сутки становятся чуть короче, другие — чуть длительнее из-за незаметных процессов в земных глубинах.
Уже около тридцати лет учёным известно, что жидкое ядро Земли вращается с непостоянной скоростью. Наблюдения за изменениями магнитного поля планеты показали: жидкое ядро может ускоряться на протяжении нескольких десятилетий, а затем замедляться в последующие годы. Мантия — каменный слой толщиной примерно 3000 километров, включающий земную кору, — реагирует противоположным образом. Когда ядро ускоряется, мантия слегка замедляется, и наоборот. Такой обмен происходит потому, что суммарный момент импульса Земли должен оставаться неизменным. Даже минимальные сдвиги во вращении мантии способны изменить продолжительность суток на несколько миллисекунд.
Долгое время специалисты не могли точно объяснить механизм обмена вращательным моментом между ядром и мантией. В новом исследовании, опубликованном 23 сентября в журнале Nature, аспирант по физике Университета Альберты Хуэйфэн Чжан и профессор Матьё Дамберри предложили возможный ответ. Их работа демонстрирует, что небольшие изменения скорости вращения внутреннего ядра — твёрдой области в центре планеты — создают так называемый «гравитационный момент». Поскольку внутреннее ядро не является идеальной сферой, перемены в его движении вступают в гравитационное взаимодействие с неравномерным распределением массы в мантии. Это взаимодействие способно слегка менять скорость вращения мантии, что отражается на длине суток.
На границе между ядром и мантией действует ещё одна сила. Она известна как момент на границе ядро–мантия и создаёт трение и электромагнитное сопротивление, противодействующие гравитационному притяжению. Это сопротивление ограничивает масштаб изменений продолжительности суток. По мнению исследователей, наблюдаемые небольшие колебания длины суток возникают из-за тонких сдвигов в балансе между гравитационным моментом и моментом на границе ядро–мантия.
Помимо объяснения давней загадки изменения продолжительности суток, полученные результаты дают новое понимание процессов в недрах планеты. Чжан и Дамберри утверждают, что внутреннее ядро, судя по всему, «вязко деформируется» на временных отрезках порядка 10 лет. Это говорит о том, что самые глубокие слои Земли могут менять форму и откликаться на воздействия гораздо динамичнее, чем можно было бы предположить, исходя из их твёрдого состава.