Drobné výkyvy v dĺžke približne 24-hodinového pozemského dňa sa dajú vysvetliť vzájomným pôsobením síl vyvolaných pohybom kovového jadra planéty. Nové zistenia publikované v časopise Nature naznačujú, že geofyzici by mohli byť na dobrej ceste k pochopeniu záhadných štruktúr hlboko v Zemi. Rýchlosť rotácie planéty sa v priebehu času takmer nebadane mení. V dĺžke dní tak vznikajú odchýlky, ktoré aj za celé desaťročia dosahujú len niekoľko tisícin sekundy. Geofyzici tieto zmeny merajú pozorovaním polohy Zeme voči vzdialeným kozmickým objektom.
Vedci už skôr predpokladali, že tieto zmeny súvisia so vzájomným pôsobením zemského jadra a horninového plášťa. Nebolo však jasné, aké sily pri tom zohrávajú úlohu, hovorí Mathieu Dumberry, geofyzik z Albertskej univerzity. Odborníci teda už dlho tušia, že za týmito zmenami prebiehajúcimi v časovom rozpätí niekoľkých desaťročí stojí jadro. Ako to však funguje?
Zemské jadro je guľa v strede planéty, veľkosťou porovnateľná s Marsom a tvorená prevažne železom. Vnútorné jadro je pevné a nezávisle rotuje vo vnútri roztaveného, prúdiaceho vonkajšieho jadra. Vedci navrhli niekoľko možných mechanizmov, ktorými by tieto časti jadra mohli byť previazané s okolitým horninovým plášťom, a tým spomaľovať alebo zrýchľovať celkovú rotáciu planéty.
Jednou z možností je vznik mechanického krútiaceho momentu, teda otáčavého účinku sily. Prúdenie roztaveného vonkajšieho jadra môže vyvíjať tlak na nerovnosti na rozhraní s plášťom, podobne ako keď rieka obteká skaly. Ďalšou možnosťou je, že magnetické pole vytvárané prúdením vonkajšieho jadra priťahuje časti plášťa bohaté na železo, čím vzniká elektromagnetický krútiaci moment. Tretia sila môže vychádzať z gravitácie, ktorá priťahuje husté oblasti vnútorného jadra k mimoriadne hustým oblastiam plášťa.
Dumberry a jeho kolega Huifeng Zhang, ktorý takisto pôsobí na Albertskej univerzite, vytvorili model na skúmanie toho, ako by rôzne kombinácie týchto síl menili dĺžku pozemských dní. Jedným z kľúčových podkladov modelu je výskum publikovaný v roku 2023. Pomocou seizmických vĺn zo zemetrasení meral rýchlosť rotácie vnútorného jadra voči zvyšku planéty od 60. rokov 20. storočia. Výskum ukázal, že vnútorné jadro sa približne do roku 2010 otáčalo o niečo rýchlejšie než zvyšok planéty, no potom sa začalo otáčať pomalšie.
Vedci zistili, že ich model najlepšie zodpovedá údajom o zmenách dĺžky pozemských dní vtedy, keď je dominantnou silou gravitačný krútiaci moment. Ten však musia vyvažovať elektromagnetické a mechanické krútiace momenty pôsobiace opačným smerom v akomsi geofyzikálnom „preťahovaní lanom“. „Kým sme nezískali tento výsledok, nevedeli sme, že tieto sily pôsobia proti sebe,“ hovorí Zhang.
Zdá sa, že toto preťahovanie ovplyvňuje aj rýchlosť rotácie vnútorného jadra. Podľa modelu má vnútorné jadro tendenciu zaujať polohu zodpovedajúcu plášťu, pretože jeho husté oblasti sú priťahované hustými oblasťami plášťa, vysvetľuje Dumberry. Prúdy vo vonkajšom jadre, ktoré smerujú prevažne na západ, ho však časom z tejto polohy vychýlia. Gravitácia ho potom pomaly ťahá späť na východ do pôvodnej polohy.
Tesná zhoda modelu s pozorovaniami Zeme môže podporiť aj ďalšie predstavy o vnútornej stavbe planéty, hovorí Paula Koelemeijer, seizmologička z Oxfordskej univerzity. Výskum podľa nej ďalej zužuje možné hodnoty neistých parametrov, napríklad tvaru rozhrania medzi jadrom a plášťom.
Model napríklad predpokladá, že v spodnom plášti Zeme sa nachádzajú dve obrovské štruktúry, po jednej na každej strane jadra. Vedci už dlho predpokladajú, že tieto rozsiahle oblasti s nízkou rýchlosťou šírenia seizmických vĺn sú nielen teplejšie než zvyšok plášťa, ale majú aj odlišné zloženie. Túto predstavu podporuje aj najnovší model, čo by mohlo pomôcť objasniť pôvod týchto záhadných štruktúr, hovorí Koelemeijer.
„Výskum pôsobí vo všetkých ohľadoch veľmi rozumne,“ hovorí John Vidale, seizmológ z Univerzity Južnej Kalifornie. Zároveň však upozorňuje, že model nezohľadňuje všetky faktory, ktoré môžu ovplyvňovať dĺžku dní, napríklad oceánske prúdy a vplyvy atmosféry. Dodáva, že ani seizmológovia sa úplne nezhodujú na tom, ako sa rotácia vnútorného jadra vyvíjala v minulosti, hoci práve tieto údaje tvoria základ výsledkov. „Je to naozaj dobrá pripomienka toho, že pri hľadaní odpovede na ktorúkoľvek nevyriešenú otázku o hlbinách Zeme musíme prepájať rôzne vedné odbory,“ hovorí Koelemeijer.
