اما تغییراتی که در مقیاس چند دهه رخ میدهند، مدتها یکی از معماهای مهم ژئوفیزیک باقی مانده بودند. پژوهش جدید نشان میدهد پاسخ این معما را باید نه در سطح زمین، بلکه هزاران کیلومتر پایینتر، در تعامل میان هسته و گوشته جستوجو کرد.
سه نیروی درگیر در چرخش زمین
پژوهشگران برای توضیح تغییرات چنددههای طول روز، سه سازوکار اصلی را بررسی کردند: کوپلینگ گرانشی، کوپلینگ الکترومغناطیسی و کوپلینگ توپوگرافی.
کوپلینگ گرانشی به برهمکنش میان هسته داخلی و گوشته مربوط میشود. تغییر شکل و حرکت هسته داخلی میتواند گشتاور گرانشی ایجاد کند و باعث انتقال تکانه زاویهای میان بخشهای مختلف زمین شود.
کوپلینگ الکترومغناطیسی نیز به تعامل میدان مغناطیسی و جریانهای موجود در هسته با لایههای رسانای نزدیک مرز هسته و گوشته مربوط است. در مقابل، کوپلینگ توپوگرافی به ناهمواریها و ساختارهای موجود در مرز میان هسته و گوشته ارتباط دارد.
مدلهای پژوهشگران نشان میدهد این سه سازوکار در یک کشمکش دائمی قرار دارند، اما سهم آنها یکسان نیست. گشتاور گرانشی بیشترین نقش را در ایجاد تغییرات چنددههای طول روز دارد، در حالی که اثرات الکترومغناطیسی و توپوگرافی تا حدی در برابر آن مقاومت میکنند.
زمین چرا گاهی سریعتر و گاهی کندتر میچرخد؟
زمین را میتوان مجموعهای از بخشهای در حال تعامل دانست که همه آنها الزاماً با سرعت یکسان حرکت نمیکنند. هسته داخلی، هسته خارجی، گوشته و پوسته میتوانند تکانه زاویهای را میان یکدیگر مبادله کنند.
در مدل جدید، تغییرات حرکت هسته داخلی به ایجاد گشتاور گرانشی منجر میشود. این گشتاور سپس از طریق تعامل میان هسته و گوشته بر سرعت چرخش بخشهای بیرونی زمین اثر میگذارد.
پژوهشگران برای بررسی این مسئله، بازسازیهای لرزهشناختی از چرخش نسبی هسته داخلی و دادههای مربوط به جریانهای هسته را با یکدیگر ترکیب کردند. آنها سپس تاریخچه گشتاورهای مختلف را با تغییرات مشاهدهشده طول روز مقایسه کردند. نتایج نشان دادند گشتاور گرانشی میتواند بخش عمده تغییرات چنددههای مشاهدهشده را توضیح دهد.
تغییرات بسیار کوچک، اما علمی مهم
این تغییرات در مقیاس زندگی روزمره تقریباً نامحسوس هستند. طول روز تنها در حد چند هزارم ثانیه تغییر میکند، اما همین تغییر بسیار کوچک برای دانشمندان اهمیت زیادی دارد؛ زیرا میتواند اطلاعاتی درباره ساختار و فرایندهای فیزیکی در اعماق زمین فراهم کند.
پژوهش جدید حتی فراتر از توضیح تغییرات سرعت چرخش زمین میرود. مدل ارائهشده با ویژگیهایی از ساختار گوشته پایینی، از جمله وجود نواحی با چگالی نزدیک به خنثی و لایهای بسیار رسانا در نزدیکی پایه گوشته، سازگاری نشان میدهد. یافتهها همچنین به هسته داخلی با گرانروی نسبتاً پایین و توانایی تغییر شکل در مقیاس چند سال اشاره دارند.
چرا دانستن سرعت چرخش زمین اهمیت دارد؟
تغییرات چرخش زمین فقط یک مسئله نظری نیست. اندازهگیری دقیق طول روز و حرکت زمین برای سامانههای زمانسنجی، مدلهای ژئوفیزیکی و درک رفتار سیاره اهمیت دارد. از سوی دیگر، تغییرات چرخش میتواند به دانشمندان کمک کند بخشهایی از داخل زمین را بررسی کنند که دسترسی مستقیم به آنها عملاً امکانپذیر نیست.
در واقع، زمینشناسان نمیتوانند مستقیماً به هسته زمین دسترسی پیدا کنند. بنابراین، دادههایی مانند امواج لرزهای، میدان مغناطیسی و تغییرات بسیار کوچک در سرعت چرخش سیاره بهعنوان ابزارهایی غیرمستقیم برای مطالعه اعماق زمین عمل میکنند.
این مطالعه نشان میدهد حتی یک تغییر چند هزارمثانیهای در طول روز میتواند سرنخهایی درباره فرایندهایی باشد که در فاصله هزاران کیلومتری زیر سطح زمین رخ میدهند.
