Длина дня колеблется каждые 6 лет и мы наконец знаем почему

Наши представления о центре нашей планеты, возможно, нуждаются в серьезном обновлении.

Новые данные свидетельствуют о том, что вместо того, чтобы постоянно вращаться быстрее, чем вращается Земля, твердое внутреннее ядро колеблется - вращается сначала в одном направлении относительно поверхности, расположенной далеко вверху, затем в другом, меняя направление каждые шесть лет.

Это не только влияет на наше понимание внутренней работы нашего родного мира, но и может объяснить загадку, которая уже некоторое время озадачивает ученых: колебания продолжительности земного дня с периодом в 5,8 лет.

"Из наших результатов видно, что поверхность Земли смещается по сравнению с ее внутренним ядром, как утверждали люди в течение 20 лет", - сказал геофизик Джон Э. Видейл из Университета Южной Калифорнии в Лос-Анджелесе (UCLA).

"Однако наши последние наблюдения показывают, что внутреннее ядро вращалось немного медленнее в 1969-71 годах, а затем сместилось в другую сторону в 1971-74 годах. Мы также отмечаем, что длина дня росла и сокращалась, как и следовало ожидать. Совпадение этих двух наблюдений делает осцилляцию наиболее вероятной интерпретацией".

Хотя за последние десятилетия наше понимание ядра Земли значительно расширилось, мы все еще многого не знаем. Мы не можем просто приехать туда и посмотреть на него; все, что мы знаем, мы получили из косвенных наблюдений, таких как сейсмические волны, распространяющиеся и проходящие через всю планету.

Но это все равно очень эффективный инструмент. Ученым удалось установить, что внутреннее ядро Земли, вероятно, представляет собой горячий плотный шар из твердого железа размером примерно 2 440 километров (1 516 миль) в поперечнике, что немного больше размера Плутона. Данные также свидетельствуют о том, что оно демонстрирует суперротацию, вращаясь быстрее, чем сама Земля.

Исследователи впервые подробно описали это явление в 1996 году, оценив скорость суперротации в 1 градус в год. Видейл и его коллега Вэй Ванг, также из Калифорнийского университета, позже пересмотрели этот показатель до 0,29 градуса в год, используя данные подземных ядерных испытаний, проведенных на российском полигоне Новая Земля в 1970-х годах.

В новом исследовании они вернулись в прошлое, добавив два испытания, проведенные под островом Амчитка в 1971 и 1969 годах. И это выявило нечто странное. Полученные данные свидетельствовали о том, что внутреннее ядро Земли не вращается, а субротирует, то есть вращается медленнее, чем вращается Земля, примерно на 0,1 градуса в год.

Это, по мнению исследователей, соответствует осцилляции. В момент полного вращения внутреннее ядро сверхвращается, но затем оно замедляется, а затем снова ускоряется.

"Идея о том, что внутреннее ядро осциллирует, была моделью, которая существовала, но сообщество разделилось во мнении, является ли она жизнеспособной", - сказал Видейл.

"Мы пошли на это, ожидая увидеть то же направление и скорость вращения, что и в предыдущей паре атомных тестов, но вместо этого мы увидели обратное. Мы были весьма удивлены, обнаружив, что она движется в другом направлении".

Шестилетняя периодичность колебаний четко соответствует другим колебаниям, для которых у нас нет подтвержденного объяснения.

Земные сутки также подвергаются колебаниям времени плюс-минус 0,2 секунды каждые шесть лет или около того, и магнитное поле Земли также колеблется с шестилетним периодом. По амплитуде и фазе они соответствуют периодичности модели, которую Видале и Ванг вывели для колебаний внутреннего ядра Земли.

Для разгадки всего этого потребуется больше данных, что может оказаться непростой задачей. Установка, регистрировавшая данные ядерных испытаний, - Large Aperture Seismic Array ВВС США - закрылась в 1978 году, а подземные ядерные испытания уже не проводятся так часто, как раньше.

Но дальнейший прогресс в технологии датчиков может означать, что подробные данные, необходимые для исследования внутреннего ядра Земли, не так уж далеки в будущем; результаты, полученные на данный момент, дают дразнящий намек на то, что внутренности Земли немного сложнее, чем мы думали.

"Внутреннее ядро не является неподвижным - оно движется под нашими ногами, и, похоже, каждые шесть лет оно перемещается на пару километров назад и вперед", - сказал Видейл.

"Один из вопросов, на который мы пытались ответить, заключается в том, движется ли внутреннее ядро постепенно, или оно в основном зафиксировано по сравнению со всем остальным в долгосрочной перспективе? Мы пытаемся понять, как сформировалось внутреннее ядро и как оно движется со временем - это важный шаг в лучшем понимании этого процесса".

Исследование было опубликовано в журнале Science Advances.