عوامل پنهان در اعماق زمین طول روزهای ما را تغییر می‌دهند

ما معمولاً طول روز را ۲۴ ساعت در نظر می‌گیریم، اما زمین در واقع همیشه دقیقاً همین مقدار زمان را برای یک دور چرخش کامل به دور محور خود نیاز ندارد. طول روز گاهی چند میلی‌ثانیه کوتاه‌تر یا بلندتر می‌شود؛ تغییری آن‌قدر کوچک که انسان متوجه آن نمی‌شود، اما ساعت‌های اتمی بسیار دقیق می‌توانند آن را ثبت کنند.

دانشمندان سال‌هاست می‌دانند که عوامل مختلفی روی سرعت چرخش زمین اثر می‌گذارند. جابه‌جایی آب در اقیانوس‌ها، تغییرات جریان‌های جوی، ذوب یخ‌ها، کشش گرانشی ماه و حتی حرکت مواد درون زمین همگی می‌توانند سرعت چرخش سیاره را کمی تغییر دهند.

یکی از بخش‌های ناشناخته، تغییراتی بود که در بازه‌های زمانی چند دهه رخ می‌دهند. پژوهشی جدید نشان می‌دهد بخشی از این تغییرات از اعماق زمین و تعامل میان هسته‌ی داخلی و لایه‌ی سنگی اطراف آن یعنی گوشته ناشی می‌شود.

برای درک این موضوع باید بدانیم زمین یک توپ سنگی یکپارچه نیست. در مرکز زمین، هسته‌ای فلزی وجود دارد که از دو بخش تشکیل شده است: هسته‌ی داخلی جامد و هسته‌ی بیرونی مایع. اطراف این بخش‌ها نیز گوشته قرار گرفته که لایه‌ای ضخیم از سنگ‌های بسیار داغ است.

هویفنگ ژانگ، نویسنده‌ی اصلی پژوهش و دانشجوی دکتری دانشگاه آلبرتا در کانادا، می‌گوید بررسی این تغییرات به دانشمندان کمک می‌کند اطلاعات بیشتری درباره‌ی بخش‌هایی از زمین به دست آورند که امکان مشاهده‌ی مستقیم آن‌ها وجود ندارد.

پژوهشگران در مطالعه خود سه سازوکار را بررسی کردند که می‌توانند سرعت چرخش زمین را تغییر دهند:

• برهم‌کنش گرانشی: هسته‌ی داخلی و گوشته به دلیل جرم زیادشان نیروی گرانشی متقابل دارند. این نیرو می‌تواند مانند یک «گشتاور» کوچک عمل کند و سرعت چرخش زمین را کمی تغییر دهد.
• برهم‌کنش الکترومغناطیسی: هسته‌ی بیرونی زمین سرشار از فلزات مایع رسانا است. حرکت این مواد میدان‌های مغناطیسی ایجاد می‌کند و این میدان‌ها می‌توانند میان هسته و گوشته ارتباط ایجاد کنند.
• برهم‌کنش توپوگرافی: مرز میان هسته و گوشته کاملاً صاف نیست. ناهمواری‌های موجود در این مرز می‌توانند مانند اصطکاک عمل کنند و بر حرکت بخش‌های داخلی زمین اثر بگذارند.

ژانگ و ماتیو دومبری، استاد دانشگاه آلبرتا، مدل‌های آماری مختلفی ساختند و آن‌ها را با داده‌های مربوط به چرخش زمین در شش دهه‌ی گذشته مقایسه کردند.

نتایج نشان داد که برهم‌کنش گرانشی میان هسته‌ی داخلی و گوشته بیشترین نقش را در تغییرات چنددهه‌ای سرعت چرخش زمین دارد. دو سازوکار دیگر بیشتر مانند عامل تعدیل‌کننده عمل می‌کنند و شدت این تغییرات را کاهش می‌دهند. به زبان ساده، بخش‌های عمیق زمین مانند چند قطعه‌ی بزرگ هستند که کاملاً هماهنگ حرکت نمی‌کنند. همین ناهماهنگی‌های بسیار کوچک می‌توانند روی مدت‌زمان یک روز اثر بگذارند.

براساس داده‌های رصدی، بین اوایل دهه‌ی ۱۹۷۰ تا سال ۲۰۲۱، فرایندهای مرتبط با هسته‌ی زمین طول روز را تنها چند میلی‌ثانیه تغییر داده‌اند. این مقدار در زندگی روزمره هیچ اهمیتی ندارد؛ برای مثال، انسان هرگز متوجه چند میلی‌ثانیه تفاوت در طول روز نمی‌شود. اما برای سیستم‌هایی مانند ساعت‌های اتمی، شبکه‌های ماهواره‌ای، سامانه‌های موقعیت‌یابی و پژوهش‌های زمین‌شناسی، همین تغییرات کوچک اهمیت دارند.

پژوهش جدید فقط یکی از بخش‌های معمای پیچیده‌ی چرخش زمین را بررسی کرده است. دانشمندان هنوز درحال مطالعه‌ی این موضوع هستند که چگونه حرکت هسته‌ی داخلی، اقیانوس‌ها، جو و دیگر عوامل با یکدیگر ترکیب می‌شوند. ژانگ اکنون بررسی می‌کند که آیا همین سازوکارهای درونی زمین می‌توانند پدیده‌ی دیگری به نام نوسان شش‌ساله‌ی طول روز را نیز توضیح دهند یا نه.

به گفته‌ی پژوهشگران، حتی کوچک‌ترین تغییرات در چرخش زمین می‌توانند پنجره‌ای به سوی اعماق سیاره باز کنند؛ جایی که هزاران کیلومتر زیر پای ما، فرایندهایی در جریان است که هنوز بسیاری از جزئیاتشان برای دانشمندان ناشناخته باقی مانده است.

پژوهش در ژورنال Nature منتشر شده است.