Drobna nihanja v dolžini približno 24-urnega zemeljskega dne je mogoče pojasniti z igro sil sem ter tja, ki jih sproži gibanje kovinskega jedra planeta. V reviji Nature objavljen nov rezultat nakazuje, da so geofiziki morda na dobri poti k razumevanju skrivnostnih struktur v globinah Zemlje. Hitrost vrtenja planeta se sčasoma komaj opazno spreminja, kar se v dolžini dni kaže kot odstopanja, ki so tudi v desetletjih le reda nekaj milisekund. Geofiziki te spremembe merijo z opazovanjem položaja Zemlje glede na oddaljene kozmične objekte.
Raziskovalci so že prej sumili, da so te spremembe povezane z interakcijami med zemeljskim jedrom in kamnitim plaščem, vendar ni bilo jasno, katere sile pri tem igrajo vlogo, pravi Mathieu Dumberry, geofizik z Univerze v Alberti. Strokovnjaki torej že dolgo domnevajo, da je za te večdesetletne spremembe odgovorno jedro. Toda kako se to zgodi?
Zemeljsko jedro je krogla, po velikosti podobna Marsu, ki jo v središču planeta sestavlja predvsem železo. Notranje jedro je trdno in se samostojno vrti znotraj staljenega, tekočega zunanjega jedra. Raziskovalci so predlagali nekaj možnih mehanizmov, kako bi se ti deli jedra lahko povezovali z okoliškim kamnitim plaščem in tako upočasnjevali ali pospeševali vrtenje celotnega planeta.
Ena možnost je nastanek mehanskega navora – torej sukalne sile: tok staljenega zunanjega jedra lahko pritiska na neravnine na meji s plaščem, podobno kot reka vijuga ob skalah. Druga možnost je, da magnetno polje, ki ga ustvarja tok zunanjega jedra, privlači z železom bogate dele plašča, kar povzroči elektromagnetni navor. Tretja sila pa lahko izvira iz gravitacije, ki goste predele notranjega jedra vleče proti izjemno gostim območjem plašča.
Dumberry in njegov kolega Huifeng Zhang, ki prav tako dela na Univerzi v Alberti, sta razvila model za preučevanje, kako bi različne kombinacije teh sil spremenile dolžino zemeljskih dni. Eden ključnih elementov modela je raziskava, objavljena leta 2023, ki je s seizmičnimi valovi iz potresov merila hitrost vrtenja notranjega jedra glede na preostali planet od šestdesetih let prejšnjega stoletja. Raziskava je ugotovila, da se je notranje jedro glede na preostali planet vrtelo nekoliko hitreje do približno leta 2010, nato pa se je začelo vrteti počasneje.
Raziskovalca sta ugotovila, da se njun model najbolje ujema s podatki o spremembah dolžine zemeljskih dni, kadar je prevladujoča sila gravitacijski navor. Vendar ga je treba uravnotežiti z elektromagnetnimi in mehanskimi navori, ki delujejo v nasprotni smeri, v nekakšnem geofizikalnem »vlečenju vrvi«. »Preden smo dobili rezultat, nismo vedeli, da si te sile med seboj konkurirajo,« pravi Zhang.
Zdi se, da to prerivanje vpliva tudi na hitrost vrtenja notranjega jedra. Po modelu se želi notranje jedro uskladiti s plaščem, ker njegove goste predele privlačijo gosti predeli plašča, pojasnjuje Dumberry. S časoma pa ga splošni zahodni tokovi zunanjega jedra odmaknejo od prave smeri, preden ga gravitacija počasi povleče nazaj na mesto v vzhodni smeri.
Tesno ujemanje med modelom in opazovanji strokovnjakov o Zemlji lahko podpre tudi druge zamisli o notranji zgradbi planeta, pravi Paula Koelemeijer, seizmologinja z Univerze v Oxfordu. Raziskava po njenih besedah postavlja dodatne omejitve negotovim parametrom, kot je oblika meje med jedrom in plaščem.
Model na primer predpostavlja, da sta v spodnjem zemeljskem plašču dve ogromni strukturi, po ena na vsaki strani jedra. Raziskovalci že dolgo domnevajo, da so ta velika območja z nizko hitrostjo ne le vročejša od preostalega plašča, ampak se od njega razlikujejo tudi po sestavi. To zamisel podpira tudi najnovejši model, kar lahko pomaga pri določitvi izvora teh skrivnostnih struktur, pravi Koelemeijer.
»Raziskava se mi v vseh pogledih zdi zelo smiselna,« pravi John Vidale, seizmolog z Univerze Južne Kalifornije. Strokovnjak pa opozarja, da model ne upošteva vseh dejavnikov, ki lahko vplivajo na dolžino dni, na primer oceanskih tokov in vplivov ozračja. Doda, da se tudi seizmologi ne strinjajo povsem glede zgodovine vrtenja notranjega jedra, ki je podlaga za rezultate. »To je res dober opomnik, da je treba za odgovor na katero koli nerešeno vprašanje v globinah Zemlje združiti različne stroke,« pravi Koelemeijer.
