Sitne oscilacije u duljini Zemljina dana od otprilike 24 sata mogu se objasniti igrom naprijed-natrag između sila izazvanih kretanjem metalne jezgre planeta. U časopisu Nature objavljen je novi rezultat koji upućuje na to da bi geofizičari mogli biti na dobrom putu prema razumijevanju tajanstvenih struktura u dubini Zemlje. Brzina vrtnje planeta tijekom vremena se jedva primjetno mijenja, što u duljini dana daje odstupanja koja su i kroz desetljeća reda veličine tek nekoliko milisekundi. Geofizičari te promjene mjere promatranjem položaja Zemlje u odnosu na udaljene kozmičke objekte.
Istraživači su već ranije sumnjali da su te promjene povezane s međudjelovanjima Zemljine jezgre i stjenovitog plašta, ali nije bilo jasno koje sile u tome sudjeluju, kaže Mathieu Dumberry, geofizičar sa Sveučilišta u Alberti. Stručnjaci dakle odavno naslućuju da je jezgra odgovorna za te višedesetljetne promjene. No kako se to događa?
Zemljina jezgra je kugla veličine Marsa, sastavljena uglavnom od željeza, u središtu planeta. Unutarnja jezgra je čvrsta i vrti se samostalno unutar rastaljene, tekuće vanjske jezgre. Istraživači su predložili nekoliko mogućih mehanizama kojima bi se ti dijelovi jezgre mogli povezivati sa stjenovitim plaštem koji ih okružuje i tako usporavati ili ubrzavati vrtnju cijelog planeta.
Jedna od mogućnosti je stvaranje mehaničkog momenta – to jest sile uvijanja: strujanje rastaljene vanjske jezgre može pritiskati neravnine na granici s plaštem, slično kao što rijeka vijuga među stijenama. Druga je mogućnost da magnetsko polje koje stvara strujanje vanjske jezgre privlači dijelove plašta bogate željezom, što rezultira elektromagnetskim momentom. Treća sila mogla bi potjecati od gravitacije, koja guste regije unutarnje jezgre privlači prema izrazito gustim područjima plašta.
Dumberry i njegov kolega Huifeng Zhang, koji također radi na Sveučilištu u Alberti, razvili su model za istraživanje kako bi različite kombinacije tih sila promijenile duljinu Zemljinih dana. Jedan od ključnih elemenata modela je istraživanje objavljeno 2023., koje je pomoću seizmičkih valova iz potresa mjerilo brzinu vrtnje unutarnje jezgre u odnosu na ostatak planeta od 1960-ih. Istraživanje je utvrdilo da se unutarnja jezgra u odnosu na ostatak planeta vrtjela nešto brže do otprilike 2010., kada se počela vrtjeti sporije.
Istraživači su utvrdili da se njihov model najbolje podudara s podacima o promjenama duljine zemaljskih dana kada je gravitacijski moment dominantna sila. Njega je, međutim, potrebno uravnotežiti elektromagnetskim i mehaničkim momentima koji djeluju u suprotnom smjeru, u svojevrsnom geofizičkom „natezanju užeta”. „Prije nego što smo dobili rezultat, nismo znali da se te sile međusobno natječu”, kaže Zhang.
Čini se da to natezanje utječe i na brzinu vrtnje unutarnje jezgre. Prema modelu, unutarnja jezgra želi se uskladiti s plaštem jer njezine guste regije privlače guste regije plašta, objašnjava Dumberry. S vremenom je, međutim, opća strujanja vanjske jezgre u zapadnom smjeru skreću s ispravnog smjera, prije nego što je gravitacija polako povuče natrag na njezino mjesto u istočnom smjeru.
Bliska podudarnost modela i opažanja stručnjaka o Zemlji može poduprijeti i druge zamisli o unutarnjoj građi planeta, kaže Paula Koelemeijer, seizmologinja sa Sveučilišta u Oxfordu. Istraživanje, kaže, postavlja dodatna ograničenja nesigurnim parametrima, primjerice obliku granice jezgre i plašta.
Model, primjerice, pretpostavlja da se u donjem plaštu Zemlje nalaze dvije goleme strukture, sa svake strane jezgre. Istraživači već dugo sumnjaju da su ta velika područja niske brzine ne samo toplija od ostatka plašta, nego se od njega razlikuju i sastavom. Tu zamisao podupire i najnoviji model, što bi moglo pomoći u utvrđivanju podrijetla tih tajanstvenih struktura, kaže Koelemeijer.
„Istraživanje se u svakom pogledu čini vrlo razumnim”, kaže John Vidale, seizmolog sa Sveučilišta Južne Kalifornije. Ipak, stručnjak ističe da model ne uzima u obzir sve čimbenike koji mogu utjecati na duljinu dana, primjerice oceanske struje i utjecaje atmosfere. Dodaje da se ni seizmolozi ne slažu u potpunosti oko prethodnog razvoja vrtnje unutarnje jezgre, koji čini osnovu rezultata. „To je doista dobar podsjetnik da je za odgovor na bilo koje neriješeno pitanje o dubini Zemlje potrebno povezati različita stručna područja”, kaže Koelemeijer.
