Мы привыкли считать, что в сутках ровно 24 часа. На практике Земля вращается с небольшими отклонениями: продолжительность дня может меняться на миллисекунды. Эти изменения слишком малы, чтобы их заметить в повседневной жизни, но точные измерения позволяют проследить их на протяжении десятилетий. Новое исследование указывает на возможный источник таких колебаний — взаимодействие твёрдого внутреннего ядра и мантии.
Работу опубликовали 23 сентября в журнале Nature. Её авторы, Хуэйфэн Чжан и Матьё Дамберри из Альбертского университета, изучили изменения длительности суток и движения земных недр в период с 1964 по 2019 год. Их расчёты показывают: главную роль в многодесятилетних колебаниях может играть гравитационное воздействие внутреннего ядра на мантию.
Земля состоит из нескольких слоёв. В центре находится твёрдое внутреннее ядро, вокруг него — жидкое внешнее ядро, а выше расположена мантия. Эти части планеты способны двигаться относительно друг друга. Если один из слоёв немного меняет скорость вращения, другой может отреагировать: между ними перераспределяется вращательный момент. В результате скорость вращения мантии и поверхности Земли слегка изменяется, а вместе с ней меняется и продолжительность суток.
Почему ядро вообще может воздействовать на мантию через толщу жидкого слоя? Дело в том, что внутреннее ядро и распределение массы в мантии не обладают идеальной симметрией. При изменении положения ядра между ними возникает гравитационный момент — слабое «подтягивание», влияющее на вращение. Модель исследователей показывает, что этого воздействия достаточно, чтобы объяснить наблюдаемые долгосрочные колебания.
На границе внешнего ядра и мантии действуют и другие силы, связанные с электромагнитным взаимодействием и особенностями поверхности раздела слоёв. Согласно новой работе, они в основном сдерживают влияние гравитации внутреннего ядра. Учёные также предполагают, что само твёрдое ядро способно медленно деформироваться в течение нескольких лет — гораздо быстрее, чем можно было бы ожидать от столь глубоко расположенного слоя.
Авторы не утверждают, что нашли причину любых изменений длительности суток. На разных временных масштабах на вращение Земли влияют атмосфера, океаны и приливное воздействие Луны. Их исследование касается прежде всего колебаний, продолжающихся десятилетиями. Выводы зависят от точности моделей движения ядра, но дают учёным новый способ изучать недоступные для прямого наблюдения глубины планеты.
