Разница составляет всего несколько миллисекунд, но именно эти колебания помогают понять, что происходит на глубине тысяч километров под нашими ногами.

Новое исследование, опубликованное в Nature, показало, что многолетние изменения длины суток лучше всего объясняются гравитационным взаимодействием внутреннего ядра Земли и мантии.

В центре Земли идёт перетягивание каната

Скорость вращения планеты меняется по разным причинам. На коротких промежутках на неё влияют атмосфера, океаны и приливы. Но есть и более медленные колебания, которые растягиваются на десятилетия.

Учёные давно подозревали, что они связаны с обменом вращательным движением между ядром и мантией. Если одна часть Земли чуть ускоряется, другая должна немного замедлиться.

В центре планеты находится твёрдое внутреннее ядро, окружённое жидким внешним ядром. Выше лежит твёрдая каменная мантия.

И ядро, и мантия неоднородны: внутри них есть области разной плотности. Эти участки притягиваются друг к другу и создают крутящий момент.

Авторы новой работы объединили в одной модели гравитационные, электромагнитные и механические силы и сравнили расчёты с реальными данными о вращении Земли с 1960-х годов.

Лучшее совпадение получилось тогда, когда главную роль играло именно гравитационное взаимодействие внутреннего ядра и мантии.

Ядро немного тянет мантию за собой

Механизм можно представить как медленное внутреннее перетягивание каната.

Потоки жидкого металла во внешнем ядре немного смещают внутреннее ядро относительно положения, в котором оно стремилось бы находиться. Гравитация пытается вернуть его обратно, а возникающий крутящий момент передаётся мантии.

Из-за этого скорость вращения Земли чуть меняется, а вместе с ней меняется и длина суток.

Для человека эти колебания незаметны, но современные астрономические измерения позволяют фиксировать изменения продолжительности дня с очень высокой точностью.

Внутреннее ядро оказалось не таким жёстким

Исследование дало ещё один важный результат. Чтобы модель совпадала с наблюдениями, внутреннее ядро должно вести себя не как абсолютно твёрдый металлический шар. Авторы считают, что оно способно постепенно деформироваться даже на временных масштабах в несколько лет.

Это означает, что глубочайшая часть Земли может быть гораздо динамичнее, чем кажется.

Модель также указывает на необычные плотные структуры в нижней мантии и на существование тонкого слоя с высокой электропроводностью непосредственно над внешним ядром.

Получается, что разница всего в несколько тысячных долей секунды позволяет учёным судить о свойствах вещества на глубине почти 3000 километров.