Підпишіться на нас в Google
На годиннику в добі відлічується 86 400 секунд, але сама Земля цього графіку не дотримується. За останні шість десятиліть тривалість доби коливалася на кілька мілісекунд – то ставала довшою, то коротшою.
Нове дослідження припускає, що частина причини лежить на глибині понад 4800 кілометрів під нашими ногами. Тверде внутрішнє ядро, судячи з усього, коливається туди-сюди, а його гравітація настільки сильно тягне за собою кам’янисту мантію над ним, що здатна змінювати швидкість обертання Землі, пише Earth.
Дослідження очолив Хуйфен Чжан, аспірант фізичного факультету Університету Альберти, разом із професором фізики Матьє Дамбрі.
Тривалість доби змінюється з багатьох причин
Припливи спричиняють невеликі зміни з дня на день, а вітри зміщують тривалість доби залежно від пори року. Протягом мільйонів років тертя від припливів Місяця повільно подовжує добу.
Існують і повільніші коливання в часі. З інтервалом від 10 до 70 років тривалість доби зміщується на кілька мілісекунд.
Вчені вже понад 30 років знають, що ці зміни в масштабах десятиліть походять із глибин планети. Вони є результатом обміну обертанням між рідким ядром і мантією – шаром гарячих гірських порід товщиною близько 2900 кілометрів, розташованим між корою та ядром.
Коли ядро прискорюється, мантія трохи сповільнюється – і навпаки. Чого ніхто не міг точно встановити – так це силу, яка дозволяє одному тиснути на інше.
Можливих сил було три
Основних кандидатів було три. З цим завданням могли впоратися магнітні сили на межі між ядром і мантією.
Також це міг бути тиск текучого рідкого заліза, яке притискається до нерівностей на цій межі. Вчені називають їх топографічними силами.
Третій варіант – гравітація з боку твердого внутрішнього ядра. Внутрішнє ядро не є ідеальною кулею. У нього є невеликі здуття, які зазвичай збігаються з нерівномірно розподіленими масами в мантії.
Чжан і Дамбрі перевірили всі три варіанти на тлі виміряних змін тривалості доби в період з 1964 по 2019 рік.
Внутрішнє ядро гойдається, як маятник
Для внутрішнього ядра команда використала реконструкцію, засновану на сейсмічних хвилях, опубліковану в 2023 році І Яном та Сяодуном Соном з Пекінського університету.
Згідно з цією реконструкцією, внутрішнє ядро обертається приблизно на 2,35 градуса спочатку в один бік, а потім у інший – відносно мантії. Ян і Сон заявили, що його обертання "майже зупинилося близько 2009 року, а потім змінило напрямок на протилежний".
"Ми вважаємо, що внутрішнє ядро обертається відносно поверхні Землі туди й назад, як гойдалка, – заявляли тоді дослідники з Пекінського університету. – Один цикл цієї гойдалки становить близько семи десятиліть".
Видання Earth.com вже повідомляло раніше про ознаки того, що обертання внутрішнього ядра почало рухатися у зворотному напрямку відносно поверхні. Коли внутрішнє ядро зміщується з лінії, його випуклості тягнуть масу в мантію. Дослідники називають це тяжіння гравітаційним крутним моментом.
Гравітація збіглася з даними
Магнітні та топографічні сили передбачали зміни тривалості доби, які в основному йшли в протилежному напрямку від вимірювань.
Гравітаційний крутний момент збігся як за величиною, так і за часом змін протягом кількох десятиліть. Згідно з моделлю команди, внутрішнє ядро зумовлює тривалі коливання тривалості доби, а сили на межі ядра та мантії діють у протилежному напрямку.
"Відносна легкість, з якою гравітаційний крутний момент може пояснити багатодесятирічні зміни тривалості доби, свідчить про те, що саме він є головним рушієм цих змін – принаймні, у часовому проміжку 1964–2019 років", – пишуть автори.
Ця модель працює лише в тому випадку, якщо внутрішнє ядро повільно змінює форму. Його здуття мають згладжуватися приблизно за 10 років – а отже, внутрішнє ядро поводиться не стільки як тверда залізна куля, скільки як матеріал, що повільно тече.
Невеликі випуклості з великим розмахом
Ці випуклості в планетарному масштабі крихітні. Від вершини до основи вони сягають усього близько 11–29 метрів у висоту. Їхнього повороту приблизно на один градус достатньо, щоб створити той крутний момент, який потрібен моделі.
Результати також натякають на те, що знаходиться в самому низу мантії. Вони узгоджуються з існуванням там скупчень теплих, хімічно відмінних порід, загальна щільність яких близька до щільності каменю, що їх оточує, – а якщо більшу частину опору забезпечують магнітні сили, то й з існуванням прямо над ядром тонкого шару багатого на залізо, електропровідного матеріалу товщиною близько 2 кілометрів.
У середньому внутрішнє ядро, схоже, також зміщується на схід відносно мантії приблизно на 0,12 градуса на рік. За останні 9000 років це склало б майже три повних оберти.
Інші дослідження припускали, що внутрішнє ядро може змінювати форму і бути шаруватим, як цибулина.
Ядро, як і раніше, важко побачити
Нові результати ґрунтуються на моделях обертання внутрішнього ядра та того, як залізо тече у зовнішньому ядрі. Автори зазначили, що їхні найкращі оцінки можуть коливатися до 30 відсотків залежно від різних моделей течії.
Ці вимірювання, що стосуються внутрішнього ядра, викликають дискусії з моменту їхньої публікації. "Це дуже ретельне дослідження, проведене чудовими вченими з використанням великої кількості даних, – заявляв у 2023 році сейсмолог з Університету Південної Каліфорнії Джон Відейл. – На мій погляд, жодна з моделей не пояснює всі дані дуже добре".
Хрвое Ткалчич, геофізик з Австралійського національного університету, очікував, що "геофізична спільнота розділиться щодо цього відкриття". Він додав, що "наше уявлення про внутрішню частину Землі, як і раніше, залишається розмитим".
Дослідження також охоплює лише загальні зміни протягом 60–70 років. Швидші коливання в межах 10–30 років, ймовірно, спричинені силами на межі ядра та мантії. Поки що незрозуміло, чи повторюється 70-річний цикл у більш тривалих проміжках часу.
Мілісекунди, як і раніше, мають значення
Кілька мілісекунд нікого не змусять запізнитися на роботу. Однак обертання планети набагато менш стабільне, ніж атомні годинники, які ведуть офіційний час.
"Щось відбувається, і я думаю, ми це з’ясуємо", – заявив Відейл у 2023 році. Попередні спроби передбачити ці зміни на основі моделі цих сил не збігалися з даними спостережень, а автори написали, що їхня робота допомагає "сфокусувати картину, яка вимальовується, щодо найглибших регіонів нашої планети".
Раніше УНІАН повідомляв, що Місяць дійсно мав магнітне поле.
