Учени откриха скрита сила дълбоко в Земята, която променя продължителността на дните

Учени са установили скрита сила дълбоко във вътрешността на Земята, която от десетилетия променя продължителността на нашите дни.

Ново проучване предполага, че гравитационното взаимодействие между твърдото вътрешно ядро на планетата и скалистата ѝ мантия може да променя скоростта на въртене на Земята, като прави дните по-дълги или по-къси с няколко милисекунди.

Промените са твърде малки, за да бъдат усетени от хората, но имат значение за GPS навигацията и световното измерване на времето, които разчитат на изключително точни измервания на въртенето на Земята.

Изследователи от Университета на Алберта анализирали данни от периода 1964–2019 г., за да установят какво предизвиква тези минимални промени.

Вътрешното ядро на Земята – гореща и плътна сфера, съставена предимно от желязо и никел – не е идеално сферично.

Докато се върти, неговото гравитационно поле взаимодейства с неравномерно разпределените маси в мантията.

Това взаимодействие създава усукваща сила, известна като „гравитационен въртящ момент“, която може леко да ускори или забави мантията и по този начин да промени времето, необходимо на Земята да извърши едно пълно завъртане.

Изследователите свързват това гравитационно взаимодействие с промени във въртенето на Земята, които протичат в рамките на приблизително 70-годишен цикъл.

Резултатите показват също, че твърдото вътрешно ядро на Земята може постепенно да променя формата си в продължение на години. Материалът му остава в твърдо състояние, но бавно се деформира под въздействието на силите около него.

Тази способност за деформация се оказала важна при проверката на изчисленията на учените.

Модел с напълно твърдо вътрешно ядро давал промени, които не съвпадали по време с наблюдаваните. Когато обаче учените позволили на ядрото да се деформира, прогнозите се доближили значително повече до реално измерените промени в продължителността на деня.

Според най-добрите им оценки тази адаптация настъпва за около осем до десет години, въпреки че възможният диапазон е значително по-широк – приблизително между две и 31 години.

Проучването, публикувано на 23 септември в списание Nature, е дело на физиците от Университета на Алберта Хуейфън Джан и Матийо Дюмбери.

Те комбинирали по-ранни изследвания, използващи сеизмични вълни за проследяване въртенето на вътрешното ядро, с модели на движението в течното външно ядро, реконструирани въз основа на измененията в магнитното поле на Земята.

За да изолират ефектите, идващи от вътрешността на планетата, учените премахнали влиянието на атмосферните ветрове, движението на океаните и по-дългосрочни процеси, сред които постепенното забавяне на въртенето на Земята под въздействието на Луната.

След това те сравнили прогнозите на три различни механизма с останалите промени в продължителността на деня.

Магнитните сили и натискът върху неравните повърхности на границата между ядрото и мантията създавали модели, които до голяма степен били противоположни на наблюдаваните.

Гравитационният механизъм показал много по-добро съответствие.

Най-добрите резултати били получени, когато гравитацията била разглеждана като основна движеща сила, а останалите сили ѝ противодействали. Така оставал малък дисбаланс, който променял въртенето на планетата.

Изчисленията дали и нови сведения за материала, скрит в най-долната част на мантията.

Те са съвместими със съществуването на електропроводим, богат на желязо слой с дебелина около 1,2 мили, или приблизително 1,9 километра. Изследователите обаче не са открили пряко и не са вземали проби от подобен слой.

Резултатите подкрепят и наличието на големи натрупвания на химически различен и по-топъл материал.

Съставът на този материал би трябвало да го прави по-плътен, но по-високата му температура компенсира този ефект и така плътността му остава близка до тази на заобикалящите го вещества.

Измененията в продължителността на деня възлизат само на няколко хилядни от секундата – твърде малко, за да бъдат усетени от хората, но достатъчно значими за GPS навигацията и глобалните системи за измерване на времето.

Резултатите подкрепят и наличието на форма на минерал в мантията, която се деформира сравнително лесно. Това може да помогне да се обясни как условията дълбоко във вътрешността на Земята влияят върху гравитационното взаимодействие.

Учените обаче предупреждават, че приблизително 70-годишният модел все още не трябва да бъде разглеждан като сигурно повтарящ се цикъл.

„Не е известно дали тази структура на потока е периодична и се повтаря във времето, или отразява единствено динамиката през последните седем десетилетия“, пишат авторите.

Заключенията им зависят и от точността на съществуващите модели за въртенето на вътрешното ядро и движенията в течното ядро.

Някои числови оценки се променили с до 30%, когато били използвани различни модели на потоците.

Проучването не успява да обясни напълно и по-кратките колебания в продължителността на деня, които настъпват в периоди от 10 до 30 години.

Тези промени може да се влияят в по-голяма степен от сили, действащи на границата между ядрото и мантията.

Авторите посочват, че са необходими по-добри модели, за да бъдат изяснени оставащите неизвестни.

Въпреки това резултатите показват как минимални промени, измерени на повърхността на Земята, могат да разкрият информация за движението, състава и физическото поведение на области, намиращи се дълбоко под краката ни.

Мария Пенчева