Большинство людей привыкли считать, что продолжительность земных суток неизменна и составляет ровно 24 часа. На этот стандарт ориентируются мировые хронометры, навигационные спутники и распределенные компьютерные системы. Однако данные геофизики показывают, что скорость вращения Земли не является постоянной величиной. Сутки то незначительно увеличиваются, то сокращаются. Отклонения составляют доли секунды — миллисекунды, но именно эти едва уловимые изменения позволяют исследователям изучать фундаментальные процессы, происходящие в глубоких недрах планеты.
Журнал Nature опубликовал результаты масштабного исследования международной группы геофизиков, сообщает ridlife.ru. Ученые доказали, что многолетние колебания скорости вращения Земли напрямую связаны с гравитационным взаимодействием между мантией и внутренним ядром планеты.
На вращение Земли влияет комплекс разнородных факторов. На коротких интервалах времени — от дней до месяцев — изменения вызваны перемещением атмосферных масс, сезонными ветрами, океаническими течениями и таянием ледников. Однако существуют и долгосрочные циклы колебаний, которые растягиваются на десятилетия.
Причину этих циклов исследователи искали в глубинном строении планеты. Под силикатной мантией находится жидкое внешнее ядро, состоящее преимущественно из железа и никеля, а в самом центре расположено твердое внутреннее ядро. Долгое время преобладала гипотеза о том, что обмен моментом импульса между этими оболочками носит преимущественно гидродинамический характер. Новые расчеты показали решающую роль гравитации.
И мантия, и внутреннее ядро неоднородны по плотности: в них присутствуют локальные гравитационные аномалии. Из-за конвективных потоков расплавленного металла во внешнем ядре твердый центральный шар периодически отклоняется от оси вращения. Гравитационное притяжение между неоднородностями мантии и ядра стремится вернуть систему в равновесие. Возникающий при этом крутящий момент передается всей планете: взаимодействие ядра и мантии заставляет Землю попеременно то немного ускоряться, то замедляться.
Важным результатом исследования стал пересмотр представлений о жесткости центральной зоны Земли. Чтобы построенная геофизическая модель совпала с данными высокоточных атомных часов и астрономических наблюдений, собираемыми с 1960-х годов, внутреннее ядро должно обладать свойствами, отличными от абсолютного твердого тела.
Авторы пришли к выводу, что ядро способно пластически деформироваться на относительно коротких временных отрезках — порядка нескольких лет. В условиях колоссального давления и высоких температур металлическое ядро проявляет определенную текучесть, медленно меняя свою геометрическую форму под действием внешних сил.
Кроме того, полученные данные подтвердили наличие проводящего слоя на границе ядра и мантии, а также присутствие крупномасштабных плотных структур в нижней мантии на глубине около трех тысяч километров. Изменение длительности суток на тысячные доли секунды оказалось надежным инструментом для геофизического мониторинга, подтверждающим высокую динамичность самых глубоких оболочек Земли.