Цикл дня та ночі Землі визначений з високою точністю, кожен з яких триває 24 години, перш ніж починається наступний. Саме цей стандарт є мірилом нашого життя, і ми суворо дотримуємося його, орієнтуючись на години.
Однак сама Земля не є такою точною. Наша планета – це велика нестабільна куля, що мчить навколо Сонця зі швидкістю 107 000 кілометрів на годину (67 000 миль на годину), а великий супутник, Місяць, чинить власний гравітаційний вплив. Тому обертання планети не завжди суворо відповідає 24-годинному циклу.
Багато коливань у тривалості дня Землі мають відомі причини. Але в масштабах десятиліть чи тисячоліть учені помітили незначне коливання у тривалості дня, яке важко точно пояснити.
Тепер команда геофізиків із ETH Zürich у Швейцарії вважає, що вони знайшли відповідь у розплавленому залізному ядрі Землі, де незначні зміни впливають на обертання планети.
Зміни в розплавленому ядрі Землі можуть змінювати тривалість дня
На тривалість дня впливають різні чинники. Один із них – це подовження приблизно на 1,72 мілісекунди на століття, викликане впливом Місяця та повільним відновленням земної кори після того, як стародавній лід перестав тиснути на неї. Обсяги води також можуть змінювати обертання Землі через перерозподіл маси під її поверхнею, як і обсяги льоду.
У масштабах десятиліть фіксується коливання у 2–3 мілісекунди, яке пов’язують із великими потоками у рідкому ядрі Землі.
Але є ще одне коливання, яке становить близько 3–4 мілісекунд кожні тисячу років, і його причина залишається невизначеною.
Тимчасові рамки цього коливання збігаються з рухами на межі ядра та мантії. Однак попередні спроби 2006 року пов’язати модель із спостережними даними не дали повністю успішного результату.
Як зазначають дослідники з ETH Zürich, і теоретичні моделі, і методи збору даних значно вдосконалилися з того часу. Тому вони вирішили спробувати ще раз.
Труднощі аналізу коливань
Це завдання не з легких. Щоб точно визначити правильне коливання, команді потрібно було відняти всі інші відомі коливання. Це означало ретельне моделювання змін обсягів льоду та води й визначення того, як вони впливають на обертання Землі. Також враховували вплив Місяця і пружність земної кори. Лише після цього можна було детально вивчити залишки, щоб знайти ознаки впливу ядра.
Дослідники використали нейронну мережу разом із вимірюваннями магнітного поля Землі, отриманими з гірських порід, а також сучасними даними про магнітне поле.
Крім того, вони використали попередні дослідження, які надали детальну історію обертання Землі на основі даних про затемнення та покриття – події, коли Місяць закриває собою планету чи зірку, – що сягають 720 року до нашої ери.
Результати дослідження
Результати показали, що вплив змін у масі льоду та води був значно меншим, ніж вважалося раніше. Більше того, коливання у масштабах тисячоліть були узгоджені зі спрощеною моделлю магнітогідродинаміки рідкого зовнішнього ядра Землі.
Це не означає, що загадку остаточно вирішено. Виміряти настільки незначний вплив і визначити його першопричину – складне завдання, і завжди є певна похибка. Результати команди показують, що для розуміння всіх дрібних впливів на обертання Землі необхідно більш уважно дослідити нашу планету. Також потрібні більші обсяги даних.
“Наші результати підкреслюють важливість внутрішньої геодинаміки для довготривалих коливань тривалості дня, особливо через рух рідини у зовнішньому ядрі Землі”, – пишуть дослідники у своєму звіті.
“Проте з наявними недоліками – зокрема, відсутністю комплексної фізичної моделі для врахування різних компонентів динаміки ядра – існує значна мотивація для вдосконалення нинішніх моделей ядра Землі”.
Дослідження було опубліковано в журналі Geophysical Research Letters.
