НОВОСТИ В УКРАИНЕ
На часах в сутках отсчитывается 86 400 секунд, но сама Земля этого графика не придерживается. За последние шесть десятилетий длительность суток колебалась на несколько миллисекунд – то становилась длиннее, то короче.
Новое исследование предполагает, что часть причины находится более чем в 4800 километрах под нашими ногами. Твердое внутреннее ядро, судя по всему, качается туда-сюда, а его гравитация настолько сильно тянет за собой каменистую мантию над ним, что способна менять скорость вращения Земли, пишет Earth.
Работу возглавил Хуйфэн Чжан, аспирант физического факультета Университета Альберты, вместе с профессором физики Матьё Дамбри.
Длительность суток меняется по многим причинам
Приливы вызывают небольшие изменения изо дня в день, а ветры сдвигают длительность суток в зависимости от времени года. За миллионы лет трение от приливов Луны медленно удлиняет сутки.
Существуют и более медленные колебания во времени. На промежутках от 10 до 70 лет длительность суток смещается на несколько миллисекунд.
Учёные более 30 лет знают, что эти изменения в масштабах десятилетий исходят из глубин планеты. Они являются результатом обмена вращением между жидким ядром и мантией – слоем горячих горных пород толщиной около 2900 километров, расположенным между корой и ядром.
Когда ядро ускоряется, мантия немного замедляется – и наоборот. Что никто не мог точно установить – так это силу, которая позволяет одному давить на другое.
Возможных сил было три
Основных кандидатов было три. С этой задачей могли справиться магнитные силы на границе между ядром и мантией.
Также это могло быть давление текущего жидкого железа, которое прижимается к неровностям на этой границе. Учёные называют их топографическими силами.
Третий вариант – гравитация со стороны твёрдого внутреннего ядра. Внутреннее ядро не является идеальным шаром. У него есть небольшие вздутия, которые обычно совпадают с неравномерно распределёнными массами в мантии.
Чжан и Дамбри проверили все три варианта на фоне измеренных изменений длительности суток в период с 1964 по 2019 год.
Внутреннее ядро качается, как маятник
Для внутреннего ядра команда использовала реконструкцию, основанную на сейсмических волнах, опубликованную в 2023 году И Яном и Сяодуном Соном из Пекинского университета.
Согласно этой реконструкции, внутреннее ядро вращается примерно на 2,35 градуса сначала в одну сторону, а затем в другую – относительно мантии. Ян и Сон заявили, что его вращение «почти остановилось около 2009 года, а затем повернулось в противоположном направлении».
«Мы считаем, что внутреннее ядро вращается относительно поверхности Земли туда и обратно, как качели, – заявляли тогда исследователи из Пекинского университета. – Один цикл этих качелей составляет около семи десятилетий».
Издание Earth.com уже сообщало ранее о признаках того, что вращение внутреннего ядра начало двигаться в обратную сторону относительно поверхности. Когда внутреннее ядро смещается с линии, его вздутия тянут массу в мантии. Исследователи называют это притяжение гравитационным крутящим моментом.
Гравитация совпала с записями
Магнитные и топографические силы предсказывали изменения длительности суток, которые в основном шли в противоположном направлении от замеров.
Гравитационный крутящий момент совпал как по размеру, так и по времени изменений за несколько десятилетий. Согласно модели команды, внутреннее ядро задаёт длинные колебания в длительности суток, а силы на границе ядра и мантии давят в обратную сторону.
«Относительная лёгкость, с которой гравитационный крутящий момент может объяснить многодесятилетние изменения длительности суток, свидетельствует о том, что именно он является главным двигателем этих изменений – по крайней мере, во временном окне 1964–2019 годов», – пишут авторы.
Эта модель работает только в том случае, если внутреннее ядро медленно меняет форму. Его вздутия должны разглаживаться примерно за 10 лет – а значит, внутреннее ядро ведёт себя не столько как твёрдый железный шар, сколько как материал, который медленно течёт.
Маленькие вздутия с большим размахом
Эти вздутия в планетарном масштабе крошечные. От вершины до основания они достигают всего около 11–29 метров в высоту. Поворота их примерно на один градус достаточно, чтобы создать тот крутящий момент, который требуется модели.
Результаты также намекают на то, что находится в самом низу мантии. Они согласуются с существованием там нагромождений тёплых, химически отличных пород, общая плотность которых близка к плотности окружающего их камня – а если большую часть сопротивления обеспечивают магнитные силы, то и с существованием прямо над ядром тонкого слоя богатого железом, электропроводящего материала толщиной около 2 километров.
В среднем внутреннее ядро, похоже, также смещается к востоку относительно мантии примерно на 0,12 градуса в год. За последние 9000 лет это составило бы почти три полных оборота.
Другие исследования предполагали, что внутреннее ядро может менять форму и быть слоистым, как луковица.
Ядро по-прежнему сложно увидеть
Новые результаты опираются на модели вращения внутреннего ядра и того, как железо течёт во внешнем ядре. Авторы написали, что их лучшие оценки могут сдвигаться до 30 процентов при разных моделях течения.
Эти измерения, касающиеся внутреннего ядра, вызывают дискуссии с момента их публикации. «Это очень тщательное исследование, проведённое прекрасными учёными с привлечением большого количества данных, – заявлял в 2023 году сейсмолог из Университета Южной Калифорнии Джон Видейл. – На мой взгляд, ни одна из моделей не объясняет все данные очень хорошо».
Хрвое Ткалчич, геофизик из Австралийского национального университета, ожидал, что «геофизическое сообщество разделится по поводу этого открытия». Он добавил, что «наше изображение внутренней Земли по-прежнему размыто».
Исследование также охватывает только общие изменения на протяжении 60–70 лет. Более быстрые колебания в 10–30 лет, вероятно, вызваны силами на границе ядра и мантии. Пока что неясно, повторяется ли 70-летний цикл в более длительных промежутках времени.
Миллисекунды по-прежнему имеют значение
Несколько миллисекунд никого не заставят опоздать на работу. Однако вращение планеты гораздо менее стабильно, чем атомные часы, которые ведут официальное время.
«Что-то происходит, и я думаю, мы это выясним», – заявил Видейл в 2023 году. Прежние попытки предсказать эти изменения на основе модели этих сил не совпадали с записями, а авторы написали, что их работа помогает «сфокусировать проступающую картину самых глубоких регионов нашей планеты».
Ранее УНИАН сообщал, что у Луны действительно было магнитное поле.
