Pulkstenis mums rāda, ka diennaktī ir 86 400 sekundes, taču pati Zeme šim precīzajam grafikam neseko. Pēdējo sešu desmitgažu laikā diennakts ilgums ir mainījies par dažām milisekundēm – reizēm diena kļūst nedaudz garāka, reizēm īsāka, raksta “Earth”.
Jauns pētījums liecina, ka daļa no šīm svārstībām rodas vairāk nekā 4800 kilometru dziļumā zem mūsu kājām. Zinātnieki uzskata, ka Zemes cietais iekšējais kodols kustas uz priekšu un atpakaļ, bet tā gravitācija ietekmē virs tā esošo mantiju un līdz ar to arī Zemes rotācijas ātrumu.
Pētījumu vadīja Albertas universitātes fizikas doktorants Huifens Džans kopā ar fizikas profesoru Matjē Dambri.
Diennakts ilgumu ietekmē vairāki faktori
Zemes diennakts ilgumu ietekmē paisumi un bēgumi, vēji un citi procesi. Piemēram, Mēness radītā paisumu berze miljoniem gadu laikā ļoti lēni pagarina diennakti.
Taču pastāv arī daudz lēnākas svārstības - aptuveni 10 līdz 70 gadu periodos diennakts ilgums var mainīties par dažām milisekundēm.
Zinātnieki jau vairāk nekā 30 gadus zina, ka šīs ilgtermiņa izmaiņas ir saistītas ar procesiem dziļi Zemes iekšienē. Tās rodas, mijiedarbojoties šķidrā kodola un mantijas rotācijai. Mantija ir aptuveni 2900 kilometrus biezs karstu iežu slānis starp Zemes garozu un kodolu.
Kad kodols sāk griezties nedaudz ātrāk, mantija palēninās, un otrādi. Taču līdz šim nebija skaidrs, kāds spēks izraisa šo mijiedarbību.
Zinātnieki pārbaudīja trīs iespējamās versijas
Pētnieki izskatīja trīs galvenos iespējamos mehānismus.
Pirmais bija magnētiskie spēki, kas darbojas uz robežas starp kodolu un mantiju.
Otra iespēja bija šķidrā dzelzs kustība - tā var mijiedarboties ar nelīdzenumiem uz kodola un mantijas robežas. Šos spēkus zinātnieki dēvē par topogrāfiskajiem spēkiem.
Trešā iespēja bija Zemes cietā iekšējā kodola gravitācija. Iekšējais kodols nav perfekti apaļš - uz tā virsmas ir nelieli izvirzījumi, kas sakrīt ar nevienmērīgi izvietotām masas struktūrām mantijā.
Zinātnieki salīdzināja visas trīs versijas ar faktiskajām Zemes diennakts ilguma izmaiņām laika posmā no 1964. līdz 2019. gadam.
Pētnieki izmantoja arī 2023. gadā publicētu iekšējā kodola rekonstrukciju, kas balstīta uz seismisko viļņu datiem. Saskaņā ar šo modeli iekšējais kodols attiecībā pret mantiju pagriežas aptuveni par 2,35 grādiem vienā virzienā un pēc tam atkal pretējā virzienā.
Zinātnieki uzskata, ka iekšējā kodola kustība atgādina svārstu, un viens šādas kustības cikls ilgst aptuveni 70 gadus.
Kad iekšējais kodols novirzās no savas pozīcijas, tā izvirzījumi ar gravitācijas spēku iedarbojas uz mantijas masu - šo iedarbību pētnieki dēvē par gravitācijas griezes momentu.
Gravitācijas spēks vislabāk sakrita ar novērojumiem
Pētījuma rezultāti liecina, ka magnētiskie un topogrāfiskie spēki ne tik labi izskaidroja reālās diennakts ilguma izmaiņas, savukārt gravitācijas radītais griezes moments ļoti labi sakrita gan ar izmaiņu lielumu, gan ar to laiku.
Pēc pētnieku modeļa iekšējais kodols rada ilgstošas diennakts ilguma svārstības, savukārt spēki uz kodola un mantijas robežas darbojas pretējā virzienā.
Pētnieki secina, ka gravitācijas spēks, visticamāk, ir galvenais mehānisms, kas izraisīja novērotās diennakts ilguma izmaiņas laika posmā no 1964. līdz 2019. gadam.
Šis modelis darbojas tikai tad, ja iekšējais kodols ļoti lēni maina savu formu - tas nozīmē, ka kodols varētu uzvesties nevis kā pilnīgi cieta dzelzs lode, bet gan kā materiāls, kas ļoti lēni plūst un pārveidojas.
Nelieli izvirzījumi, kas ietekmē visu planētu
Iekšējā kodola virsmas izvirzījumi Zemes mērogā ir ļoti mazi - to augstums ir aptuveni 11 līdz 29 metri.
Tomēr pietiek ar aptuveni viena grāda lielu to pagriezienu, lai radītu gravitācijas spēku, kas spēj ietekmēt visas planētas rotāciju.
Pētījums sniedz arī norādes par procesiem mantijas pašā apakšējā daļā. Zinātnieki pieļauj, ka tur atrodas siltu, ķīmiski atšķirīgu iežu masas.
Iekšējais kodols, iespējams, vidēji pārvietojas arī uz austrumiem attiecībā pret mantiju aptuveni 0,12 grādus gadā. Ja šāds ātrums būtu saglabājies pēdējos 9000 gadus, kodols būtu veicis gandrīz trīs pilnus apgriezienus.
Zemes kodolu joprojām ir grūti izpētīt
Jaunie secinājumi balstās uz modeļiem, kas apraksta iekšējā kodola rotāciju un dzelzs kustību ārējā kodolā. Pētnieki norāda, ka atkarībā no izmantotā modeļa aprēķini var atšķirties pat par 30%.
Zemes iekšējā kodola izpēte joprojām izraisa diskusijas zinātnieku vidū. Daži pētnieki uzsver, ka neviena pašreizējā teorija vēl nespēj pilnībā izskaidrot visus pieejamos datus.
Arī jaunais pētījums aplūko tikai kopējās izmaiņas aptuveni 60-70 gadu periodā. Īsākas, 10-30 gadu ilgas svārstības, visticamāk, izraisa citi spēki uz robežas starp kodolu un mantiju.
Pagaidām nav skaidrs arī tas, vai aptuveni 70 gadus ilgais iekšējā kodola kustības cikls atkārtojas ilgākos laika periodos.
Kāpēc dažas milisekundes tomēr ir svarīgas?
Dažas milisekundes, protams, nav pietiekami, lai kāds nokavētu darbu vai autobusu, taču Zemes rotācija patiesībā ir daudz mazāk stabila nekā atompulksteņi, pēc kuriem tiek noteikts oficiālais laiks.
