Вращение Земли — не такой стабильный процесс, каким может казаться. Точные измерения относительно далеких небесных тел показывают, что продолжительность суток не только неуклонно растет в крупных масштабах времени, но и меняется туда-сюда на 2–3 мс за десятилетия. Геофизики из Альбертского университета нашли причину этих колебаний, о чем рассказали в журнале Nature.
Ученые давно связывают эту вариативность с ядром нашей планеты и его взаимодействием с мантией. «Но как именно оно это делает — оставалось неясным», — говорит профессор Матьё Дамберри, руководивший исследованием.
Внешнее ядро Земли, как известно, жидкое — что позволяет ему вращаться до определенной степени независимо от твердого внутреннего ядра и каменной мантии.
Предполагается несколько вариантов взаимодействия обоих ядер и мантии.
Создание механического крутящего момента, то есть скручивающей силы — поток расплавленного внешнего ядра может давить на неровности и выступы на границе с мантией, словно река, обтекающая камни. Магнитное поле, порождаемое течением внешнего ядра, притягивает богатые железом участки мантии, создавая электромагнитный крутящий момент. Гравитация, которая притягивает плотные области внутреннего ядра к аномально плотным областям мантии.
На основе исследования, по сейсмическим волнам выявившего замедление вращения ядра примерно в 2010 году, авторы новой работы построили модель, в которую вносили перечисленные факторы в различных сочетаниях и пропорциях.
Оказалось, лучше всего наблюдаемые колебания продолжительности суток объясняет сценарий, в котором доминирует гравитационный крутящий момент, а ему противодействуют электромагнитный и механический моменты.
Геофизик Хуэйфэн Чжан, ведущий автор исследования, сравнивает это противоборство с перетягиванием каната. «До того как мы получили результат, мы не знали, что они конкурируют друг с другом», — признается она.
Это «перетягивание», по-видимому, влияет и на скорость вращения внутреннего ядра. Согласно модели, оно «стремится выровняться» с мантией, поскольку его плотные области притягиваются к плотным областям мантии, объясняет Дамберри. Общее западное течение внешнего ядра увлекает внутреннее за собой, а гравитация медленно тянет его в противоположном направлении.
Таким образом, между крутящими моментами идет соперничество. «Гравитация все равно побеждает», — подчеркивает профессор.
Точное совпадение модели с наблюдениями может подкрепить и другие представления о внутреннем строении планеты, считает сейсмолог Пола Кулемейер из Оксфордского университета. Например, модель подтвеждает наличие крупных областей с низкой скоростью сдвига по обе стороны от ядра. Ученые предполагают, что эти образования отличаются не только температурой, но и по составу — и в модель это хорошо укладывается, что может помочь в определении происхождения этих загадочных структур, заключила исследовательница.