|
Сила, которая влияет на продолжительность суток
|
|
|
|
Ученые обнаружили скрытую силу глубоко внутри Земли, которая на протяжении десятилетий влияла на продолжительность наших суток. Согласно новому исследованию, гравитационное притяжение между твердым внутренним ядром планеты и ее каменистой мантией может изменять скорость вращения Земли, делая сутки длиннее или короче на несколько миллисекунд.
|
|
|
|
Эти изменения слишком незначительны, чтобы их ощущал человек, но они важны для GPS-навигации и глобального хронометража, которые зависят от точных измерений скорости вращения Земли.
|
|
|
|
Исследователи из Университета Альберты проанализировали данные за период с 1964 по 2019 год, чтобы выяснить, чем вызваны эти незначительные изменения.
|
|
|
|
Внутреннее ядро Земли — раскаленный плотный шар, состоящий в основном из железа и никеля, — не является идеально сферическим.
|
|
|
|
При вращении его гравитационное притяжение взаимодействует с неравномерными скоплениями массы в мантии.
|
|
|
|
Это взаимодействие создает крутящий момент, известный как «гравитационный момент», который может немного ускорять или замедлять вращение мантии, изменяя время, за которое Земля совершает полный оборот вокруг своей оси.
|
|
|
|
|
|
|
Исследователи связали это гравитационное притяжение с изменениями в скорости вращения Земли, которые происходят с периодичностью примерно в 70 лет.
|
|
|
|
Полученные данные также свидетельствуют о том, что твёрдое внутреннее ядро Земли может медленно менять свою форму в течение нескольких лет. Его вещество остаётся твёрдым, но постепенно деформируется под воздействием внешних сил.
|
|
|
|
Эта особенность оказалась важной при проверке результатов расчётов.
|
|
|
|
Если внутреннее ядро считалось твёрдым, изменения происходили не вовремя, а если допускалась его деформация, то предсказания лучше согласовывались с наблюдаемыми изменениями продолжительности суток.
|
|
|
|
По их оценкам, эта корректировка происходит в течение примерно 8–10 лет, хотя диапазон возможных временных промежутков составляет от 2 до 31 года.
|
|
|
|
Исследование, опубликованное в журнале Nature 23 сентября, было проведено физиками из Университета Альберты Хуэйфэном Чжаном и Матье Дамберри.
|
|
|
|
Они объединили результаты более ранних исследований, в которых с помощью сейсмических волн отслеживалось вращение внутреннего ядра, с моделями движения жидкого внешнего ядра, реконструированными на основе изменений в магнитном поле Земли.
|
|
|
|
Чтобы изолировать влияние внутренних процессов планеты, учёные исключили влияние атмосферных ветров, движения океанических течений и более долгосрочных процессов, в том числе постепенного торможения вращения Земли под воздействием Луны.
|
|
|
|
Затем они сравнили предсказания, полученные с помощью трёх конкурирующих моделей, с оставшимися изменениями продолжительности суток.
|
|
|
|
Магнитные силы и давление на неровные поверхности на границе между ядром и мантией создавали паттерны, в целом противоположные зафиксированным.
|
|
|
|
Гравитационный механизм давал гораздо более близкие к реальности результаты.
|
|
|
|
Наилучшие результаты были получены, когда гравитация выступала в качестве основного движущего фактора, а остальные силы противодействовали ей, создавая небольшой дисбаланс, который изменял скорость вращения планеты.
|
|
|
|
Расчеты также позволили получить представление о материале, скрытом в нижней части мантии.
|
|
|
|
Согласно полученным данным, там находится электропроводящий слой, богатый железом, толщиной около 2 км, хотя исследователям не удалось обнаружить этот слой или взять из него образцы.
|
|
|
|
Полученные результаты также подтверждают наличие крупных скоплений химически отличного, более теплого материала.
|
|
|
|
Из-за своего состава этот материал должен быть более плотным, но более высокая температура компенсирует этот эффект, и его плотность близка к плотности окружающей среды.
|
|
|
|
Кроме того, полученные результаты указывают на то, что один из минералов мантии относительно легко деформируется, что помогает объяснить, как условия в недрах Земли влияют на гравитационное взаимодействие.
|
|
|
|
Однако исследователи предупреждают, что паттерн с цикличностью примерно в 70 лет пока нельзя считать устойчивым.
|
|
|
|
«Неизвестно, является ли эта структура потоков периодической и повторяющейся с течением времени или же она отражает динамику только за последние семь десятилетий», — пишут авторы.
|
|
|
|
Их выводы также зависят от точности существующих моделей вращения внутреннего ядра и потоков жидкого ядра.
|
|
|
|
При использовании разных моделей потоков некоторые численные оценки менялись на 30 %.
|
|
|
|
Исследование не даёт полного объяснения более коротких колебаний продолжительности дня, которые происходят с периодичностью от 10 до 30 лет.
|
|
|
|
Эти изменения могут быть в большей степени обусловлены силами, действующими на границе между ядром и мантией.
|
|
|
|
По словам авторов, для устранения оставшихся неопределённостей необходимы более совершенные модели.
|
|
|
|
Тем не менее их результаты показывают, что даже незначительные колебания, наблюдаемые на поверхности Земли, могут дать информацию о движении, составе и физических свойствах глубинных слоёв нашей планеты.
|
|
|
|
Источник
|
