Για τους περισσότερους ανθρώπους, η διάρκεια μιας ημέρας θεωρείται δεδομένη και σταθερή στις 24 ώρες. Ωστόσο, στην πραγματικότητα, η περιστροφή της Γης παρουσιάζει ανεπαίσθητες μεταβολές, οι οποίες μπορούν να μετρηθούν ακόμη και σε κλάσματα του χιλιοστού του δευτερολέπτου.
Οι επιστήμονες έχουν διαπιστώσει ότι η διάρκεια των ημερών μπορεί να αυξομειώνεται ελαφρώς σε βάθος δεκαετιών, εξαιτίας μεταβολών που συμβαίνουν κάτω από την επιφάνεια του πλανήτη. Το φαινόμενο αυτό απασχολεί εδώ και χρόνια την επιστημονική κοινότητα, καθώς οι μηχανισμοί που το προκαλούν συνδέονται με πολύπλοκες διεργασίες χιλιάδες χιλιόμετρα κάτω από τον γήινο φλοιό.
Μια νέα έρευνα, η οποία δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό Nature, προτείνει ότι σημαντικό ρόλο σε αυτές τις διακυμάνσεις διαδραματίζουν οι κινήσεις στο εσωτερικό της Γης. Τα ευρήματα αναδεικνύουν πόσο δυναμικός είναι ο πλανήτης, ακόμη και στα βαθύτερα στρώματά του, τα οποία δεν είναι άμεσα ορατά από την επιφάνειά του.
Η ανταλλαγή περιστροφικής ορμής ανάμεσα στον πυρήνα και τον μανδύα
Εδώ και σχεδόν 30 χρόνια, οι επιστήμονες γνωρίζουν ότι ο εξωτερικός, υγρός πυρήνας της Γης δεν περιστρέφεται πάντοτε με την ίδια ταχύτητα. Μέσα από την παρατήρηση και τη μελέτη των μεταβολών στο μαγνητικό πεδίο του πλανήτη, έχουν εντοπίσει ενδείξεις ότι ο πυρήνας μπορεί να επιταχύνει την περιστροφή του για αρκετές δεκαετίες και στη συνέχεια να επιβραδύνει κατά τις επόμενες.
Οι αλλαγές αυτές επηρεάζουν και τον μανδύα της Γης, το παχύ στρώμα πετρωμάτων που βρίσκεται ανάμεσα στον φλοιό και τον πυρήνα. Ο μανδύας έχει πάχος περίπου 2.900 χιλιομέτρων και συμμετέχει στην ανταλλαγή περιστροφικής ορμής με τα βαθύτερα στρώματα του πλανήτη.
Όταν ο πυρήνας επιταχύνει την περιστροφή του, ο μανδύας μπορεί να επιβραδυνθεί ελαφρώς. Αντίστοιχα, όταν ο πυρήνας επιβραδύνεται, η κίνηση του μανδύα μπορεί να μεταβληθεί προς την αντίθετη κατεύθυνση.
Το φαινόμενο συνδέεται με τη διατήρηση της συνολικής στροφορμής της Γης. Έτσι, ακόμη και μια απειροελάχιστη μεταβολή στην περιστροφή του μανδύα μπορεί να επηρεάσει τη διάρκεια της ημέρας κατά λίγα χιλιοστά του δευτερολέπτου.
Πώς η βαρυτική ροπή επηρεάζει τη διάρκεια της ημέρας
Ένα από τα βασικά ερωτήματα που απασχολούν τους επιστήμονες είναι με ποιον ακριβώς τρόπο ο πυρήνας και ο μανδύας ανταλλάσσουν περιστροφική ορμή.
Σε μελέτη που δημοσιεύθηκε στις 23 Σεπτεμβρίου στο Nature, ο διδακτορικός ερευνητής φυσικής Huifeng Zhang και ο καθηγητής Mathieu Dumbery, από το Πανεπιστήμιο της Αλμπέρτα, παρουσίασαν μια πιθανή εξήγηση για τον μηχανισμό που βρίσκεται πίσω από αυτές τις μεταβολές.
Σύμφωνα με την έρευνά τους, μικρές αλλαγές στην περιστροφή του εσωτερικού πυρήνα, ο οποίος αποτελεί τη στερεή περιοχή στο κέντρο της Γης, μπορούν να προκαλέσουν ένα φαινόμενο που ονομάζεται «βαρυτική ροπή».
Ο εσωτερικός πυρήνας δεν έχει απολύτως τέλειο σφαιρικό σχήμα. Επομένως, όταν μεταβάλλεται η κίνησή του, μπορεί να αλληλεπιδρά βαρυτικά με τις ανομοιόμορφες κατανομές μάζας που υπάρχουν στον μανδύα.
Αυτή η αλληλεπίδραση είναι αρκετή για να επηρεάσει ελαφρώς την περιστροφή του μανδύα και, κατά συνέπεια, τη διάρκεια μιας ημέρας. Πρόκειται για έναν ιδιαίτερα λεπτό μηχανισμό, ο οποίος θα μπορούσε να εξηγήσει μέρος των μικρών διακυμάνσεων που καταγράφονται στη διάρκεια της περιστροφής της Γης.
Η αντίσταση που περιορίζει τις μεταβολές
Η βαρυτική αλληλεπίδραση δεν δρα μόνη της. Στο όριο ανάμεσα στον πυρήνα και τον μανδύα αναπτύσσονται και άλλες δυνάμεις, οι οποίες αντιστέκονται στις μεταβολές της περιστροφής.
Οι δυνάμεις αυτές περιλαμβάνουν φαινόμενα που σχετίζονται με την τριβή και τις ηλεκτρομαγνητικές αλληλεπιδράσεις. Συχνά περιγράφονται συνολικά ως ροπές στο όριο πυρήνα-μανδύα και μπορούν να αντισταθμίσουν μέρος της επίδρασης της βαρυτικής ροπής.
Η ισορροπία ανάμεσα σε αυτές τις αντίθετες επιδράσεις φαίνεται να καθορίζει το μέγεθος των μεταβολών στην περιστροφή της Γης. Όταν η ισορροπία αλλάζει έστω και ελάχιστα, μπορεί να προκύψουν οι μικρές διαφορές στη διάρκεια της ημέρας που παρατηρούν οι επιστήμονες.
Η μελέτη προσφέρει, επομένως, μια νέα προσέγγιση σε ένα φαινόμενο που παρέμενε για χρόνια δύσκολο να εξηγηθεί πλήρως, διευρύνοντας παράλληλα τις γνώσεις για τις διεργασίες που πραγματοποιούνται στο εσωτερικό του πλανήτη.
Ο εσωτερικός πυρήνας μπορεί να αλλάζει σχήμα
Ένα ακόμη ενδιαφέρον συμπέρασμα των ερευνητών αφορά τη συμπεριφορά του εσωτερικού πυρήνα. Οι Zhang και Dumbery εκτιμούν ότι αυτός ενδέχεται να παραμορφώνεται με ιξώδη τρόπο σε χρονικό διάστημα περίπου δέκα ετών.
Η συγκεκριμένη εκτίμηση υποδηλώνει ότι, παρά τη στερεή του σύσταση, ο εσωτερικός πυρήνας δεν είναι απαραίτητα τόσο άκαμπτος όσο θα μπορούσε να θεωρηθεί. Αντίθετα, ενδέχεται να μεταβάλλει σταδιακά το σχήμα του, ανταποκρινόμενος στις δυνάμεις που ασκούνται πάνω του.
Η κατανόηση αυτών των διεργασιών μπορεί να βοηθήσει τους επιστήμονες να εξηγήσουν καλύτερα τη συμπεριφορά του βαθύτερου εσωτερικού της Γης και τη σύνδεσή της με τις μεταβολές στην περιστροφή του πλανήτη.
Παρότι οι διαφορές στη διάρκεια της ημέρας είναι τόσο μικρές ώστε να μην γίνονται αντιληπτές στην καθημερινότητα, αποτελούν μια σημαντική ένδειξη ότι η Γη βρίσκεται σε διαρκή εσωτερική κίνηση. Ακόμη και κάτω από τον φαινομενικά σταθερό φλοιό της, οι δυνάμεις και οι αλληλεπιδράσεις που αναπτύσσονται στα βαθύτερα στρώματα μπορούν να επηρεάσουν τον τρόπο με τον οποίο περιστρέφεται ολόκληρος ο πλανήτης.
