A Föld körülbelül 24 órás napjának hosszában tapasztalható apró ingadozások a bolygó fémmagjának mozgása által kiváltott erők közötti oda-vissza játékkal magyarázhatók. A Nature című folyóiratban közzétett új eredmény arra utal, hogy a geofizikusok jó úton járhatnak a Föld mélyében található rejtélyes struktúrák megértése felé. A bolygó forgási sebessége az idő múlásával alig észrevehetően változik, ami a napok hosszában olyan eltéréseket eredményez, amelyek évtizedek alatt is csupán néhány ezredmásodperc nagyságrendűek. A geofizikusok ezeket a változásokat a Föld távoli kozmikus objektumokhoz viszonyított helyzetének megfigyelésével mérik.
A kutatók már korábban is gyanították, hogy ezek a változások a Föld magja és kőzetes köpenye közötti kölcsönhatásokhoz köthetők, de nem volt egyértelmű, milyen erők játszanak szerepet ebben, mondja Mathieu Dumberry, az Albertai Egyetem geofizikusa. A szakértők tehát régóta sejtik, hogy a mag felelős ezekért a több évtizedes változásokért. De hogyan történik ez?
A Föld magja egy Marshoz hasonló méretű, főként vasból álló gömb a bolygó közepén. A belső mag szilárd, és önállóan forog az olvadt, áramló külső magon belül. A kutatók néhány lehetséges mechanizmust javasoltak arra, hogy a mag ezen részei hogyan kapcsolódhatnak az őket körülvevő kőzetes köpenyhez, és ezáltal lassíthatja vagy gyorsíthatja a bolygó teljes forgását.
Az egyik lehetőség a mechanikus nyomaték – azaz egy csavaró erő – létrehozása: a megolvadt külső mag áramlása nyomást gyakorolhat a köpennyel való határfelületen található egyenetlenségekre, hasonlóan ahhoz, ahogy egy folyó a sziklák mentén kanyarog. Egy másik lehetőség, hogy a külső mag áramlása által generált mágneses mező vonzza a köpeny vasban gazdag részeit, ami elektromágneses nyomatékot eredményez. Egy harmadik erő pedig a gravitációból származhat, amely a belső mag sűrű régióit a köpeny rendkívül sűrű területei felé húzza.
Dumberry és kollégája, Huifeng Zhang, aki szintén az Albertai Egyetemen dolgozik, kidolgoztak egy modellt annak vizsgálatára, hogy ezeknek az erőknek a különböző kombinációi hogyan változtatnák meg a Föld napjainak hosszát. A modell egyik kulcsfontosságú eleme egy 2023-ban publikált kutatás, amely a földrengésekből származó szeizmikus hullámokat felhasználva mérte a belső mag forgási sebességét a bolygó többi részéhez viszonyítva az 1960-as évek óta. A kutatás megállapította, hogy a belső mag a bolygó többi részéhez képest kissé gyorsabban forgott 2010 körülig, amikor viszont lassabban kezdett forogni.
A kutatók megállapították, hogy modelljük akkor illeszkedik legjobban a földi napok hosszának változásairól szóló adatokhoz, ha a gravitációs nyomaték a domináns erő. Ezt azonban ki kell egyensúlyozni az ellenkező irányba ható elektromágneses és mechanikus nyomatékokkal egyfajta geofizikai „kötélhúzás” keretében. „Mielőtt megkaptuk az eredményt, nem tudtuk, hogy ezek az erők egymással versengenek” – mondja Zhang.
Úgy tűnik, hogy ez a huzavona a belső mag forgási sebességét is befolyásolja. A modell szerint a belső mag összhangba akar kerülni a köpennyel, mert sűrű régióit vonzzák a köpeny sűrű régiói, magyarázza Dumberry. Idővel azonban a külső mag általánosan nyugati irányú áramlásai eltérítik a helyes irányból, mielőtt a gravitáció lassan visszahúzná keleti irányba a helyére.
A modell és a szakértők Földről szóló megfigyelései közötti szoros egyezés alátámaszthat más elképzeléseket is a bolygó belső szerkezetéről, mondja Paula Koelemeijer, az Oxfordi Egyetem szeizmológusa. A kutatás további korlátokat szab a bizonytalan paramétereknek, például a mag–köpeny-határ alakjának, mondja.
A modell például feltételezi, hogy a Föld alsó köpenyében két hatalmas struktúra található, a mag mindkét oldalán. A kutatók már régóta gyanítják, hogy ezek a nagy, alacsony sebességű tartományok nemcsak forróbbak a köpeny többi részénél, hanem összetételükben is eltérnek azoktól. Ezt az elképzelést alátámasztja a legújabb modell is, ami segíthet e rejtélyes struktúrák eredetének meghatározásában, mondja Koelemeijer.
„A kutatás minden szempontból nagyon észszerűnek tűnik” – mondja John Vidale, a Dél-Kaliforniai Egyetem szeizmológusa. Ugyanakkor a szakértő rámutat, hogy a modell nem veszi figyelembe az összes olyan tényezőt, amely befolyásolhatja a napok hosszát, például az óceáni áramlatokat és a légkör hatásait. Hozzáteszi, hogy a szeizmológusok sem értenek teljesen egyet a belső mag forgásának előzményeit illetően, amelyek az eredmények alapját képezi. „Ez egy igazán jó emlékeztető arra, hogy a Föld mélyében felmerülő bármelyik megoldatlan kérdés megválaszolásához össze kell vonni a különböző szakterületeket” – mondja Koelemeijer.
