Nucleul interior al Pământului lungește și scurtează ziua cu câteva milisecunde

O zi pe Pământ nu este un interval fix de 86.400 de secunde. De-a lungul deceniilor, aceasta se alungește și se scurtează cu câteva miimi de secundă, iar un nou studiu atribuie cea mai mare parte a acestei derive unui duel gravitațional aflat la peste 5.000 de kilometri sub picioarele noastre.

Geofizicienii Huifeng Zhang și Mathieu Dumberry de la University of Alberta raportează în Nature că miezul interior solid al Pământului, o bilă de fier ușor necirculară, trage de regiunile dense ale mantalei pe măsură ce orientarea sa se schimbă. Acea tracțiune accelerează sau încetinește manta stâncoasă și scoarța pe care trăim, iar odată cu ele și durata zilei. Două alte forțe la limita dintre miez și manta se opun.

Rezultatul răspunde unei întrebări pe care geofizicienii o ocolesc de decenii. Știau că miezul face schimb de spin cu mantaua pe aceste scări de timp, dar nu știau care legătură fizică mediază schimbul. Aduce și o surpriză despre centrul planetei: miezul interior pare să curgă, foarte lent, în loc să stea acolo ca un bulgăre rigid.

De ce o bilă de fier care se balansează poate mișca ceasul

Spinul total al Pământului, momentul său cinetic, rămâne aproape constant. Când miezul exterior lichid accelerează, mantaua trebuie să încetinească pentru a compensa, și invers. Acele oscilații minuscule în rotația mantalei sunt cele care fac durata zilei să fluctueze în cicluri multidecadale.

Întrebarea deschisă era cuplarea, și existau trei candidați. Cuplarea electromagnetică funcționează prin câmpul magnetic și depinde de cât de bine conduce electricitatea stratul inferior al mantalei. Cuplarea topografică provine din presiunea exercitată asupra denivelărilor de la limita miez-manta. Cuplarea gravitațională provine din masă: miezul interior nu este o sferă perfectă, iar mantaua conține grămezi inegale de rocă densă.

Când fluxurile din miezul exterior lichid împing miezul interior astfel încât acesta se rotește ușor față de manta, umflăturile sale ies din aliniere cu acele regiuni dense. Gravitația le trage înapoi spre aliniere, iar acea tracțiune de restabilire, un cuplu gravitațional, transferă spin mantalei. Conform studiului, miezul interior oscilează înainte și înapoi cu aproximativ 2,35 grade față de manta, într-un ciclu de 60 până la 70 de ani.

„Cuplul gravitațional acționează în direcția necesară pentru a explica modificările observate în rotația Pământului, în timp ce cuplurile electromagnetic și topografic se opun în general”, au scris cei doi cercetători într-un rezumat al lucrării pentru comunitatea de cercetare a Springer Nature.

Cum au procedat

Niciun instrument nu poate ajunge la miez, așa că echipa a combinat trei înregistrări indirecte. Prima este durata zilei în sine, urmărită cu ceasuri atomice și observații astronomice. A doua este un set de modele ale modului în care curge miezul exterior lichid, reconstruite din măsurători satelitare ale câmpului magnetic al Pământului. A treia este dovada seismică privind structura Pământului profund.

Le-au introdus într-o tehnică statistică numită Markov chain Monte Carlo, care încearcă un număr vast de valori posibile pentru cantitățile necunoscute și păstrează combinațiile care se potrivesc observațiilor. Necunoscutele includeau puterea fiecăreia dintre cele trei cuplări. Modelul a reprodus aproximativ șase decenii de date privind durata zilei cel mai bine atunci când cuplul gravitațional făcea cea mai mare parte a muncii, iar celelalte două acționau ca frâne.

Testarea celor trei mecanisme împreună contează deoarece ele operează simultan și se anulează parțial reciproc. Un model care analizează o singură cuplare îi poate atribui un efect care, în Pământul real, este compensat de o alta.

„Aceste informații diferite pot fi reunite pentru a oferi o imagine mai coerentă a interiorului profund al Pământului, o regiune extrem de dificil de observat direct”, a spus Zhang.

Câteva milisecunde, măsurate în raport cu ce

Efectul este minuscul în comparație cu ziua însăși. Câteva milisecunde din 86.400 de secunde reprezintă o schimbare de câteva părți la 100 de milioane, mult mai scurtă decât o clipire din ochi. Nimeni nu o simte, dar ceasurile atomice și sistemele care urmăresc orientarea Pământului pentru navigația prin satelit o simt.

Și alte forțe modifică ziua. Vânturile și curenții oceanici o schimbă pe perioade de zile și anotimpuri, în timp ce mareele lunare încetinesc încet rotirea Pământului pe milioane de ani. Oscilațiile pe scară decadală se situează la mijloc, miezul fiind mult timp suspectat ca sursă, iar mecanismul rămânând nerezolvat.

Studiul oferă și o cifră privind cât de moale este centrul planetei. Modelele care se potrivesc cel mai bine sugerează că miezul interior își relaxează forma pe o perioadă de aproximativ un deceniu, într-un interval posibil de 2 până la 31 de ani. Sub presiunea copleșitoare, este încă fier solid, dar de-a lungul anilor cedează ca un chit extrem de rigid. Cercetătorii raportează că această vâscozitate este consistentă cu experimente recente de laborator pe aliaje de fier.

Puterea tracțiunii gravitaționale spune ceva și despre manta. Susține punctul de vedere conform căruia cele două grămezi de rocă de dimensiunea unui continent de sub Africa și Pacific, unde undele seismice călătoresc neobișnuit de lent, sunt calde și, de asemenea, mai dense din punct de vedere chimic decât roca din jurul lor.

Ce nu rezolvă

Reconstrucția depinde de înregistrări incomplete. Acoperirea seismică a Pământului profund este fragmentară, iar modelele fluxului din miez derivate din date magnetice văd doar cele mai mari structuri din miezul exterior. Forma inferată a miezului interior și densitatea grămezilor din manta rezultă din ajustare, nu din măsurare directă, iar intervalul de 2 până la 31 de ani pentru maleabilitatea miezului interior este larg.

Modelul lasă, de asemenea, o parte a semnalului neexplicată. Variațiile mai rapide pe scări de timp de 10 până la 30 de ani implică probabil procese suplimentare, iar o oscilație separată de șase ani în durata zilei rămâne o problemă deschisă pe care Zhang o investighează acum.

Apoi există rotația miezului interior în sine, unul dintre cele mai disputate subiecte din seismologie. Studii realizate de o echipă de la Peking University în 2023 și de o echipă de la University of Southern California în 2024 au concluzionat că mișcarea miezului interior față de manta s-a oprit și a început să se inverseze în jurul anilor 2009–2010. Noul model, cu o schimbare de direcție în jurul anului 2010, se potrivește cu această imagine, dar alți seismologi au susținut că modificări la suprafața miezului interior, nu rotația sa, explică aceleași semnale seismice. Autorii listează, de asemenea, ca nerezolvată întrebarea dacă viitoarele schimbări în rotația miezului interior pot fi prezise deloc.

Întrebări frecvente despre durata zilei pe Pământ

De ce o zi nu are exact 24 de ore?

Ziua de 24 de ore este o convenție, iar rotația reală a Pământului variază. Vânturile și curenții oceanici o modifică pe perioade de zile și anotimpuri, mareele lunare o lungesc pe milioane de ani, iar schimburile de spin între miez și manta o modifică cu câteva milisecunde pe decenii.

Se inversează rotația miezului interior al Pământului?

Nu. Studiile seismice sugerează că miezul interior se rotește ușor mai repede sau mai încet decât mantaua, astfel încât, relativ la suprafață, derivează într-o direcție și apoi înapoi. Noul studiu modelează aceasta ca pe o oscilație de aproximativ 2,35 grade pe un ciclu de 60 până la 70 de ani, cu o schimbare de direcție în jurul anului 2010.

Va face miezul interior zilele vizibil mai lungi sau mai scurte?

Nu. Modificările se adună la câteva milisecunde pe decenii, mult sub ceea ce poate observa o persoană. Ele contează pentru cronometrarea de precizie, navigația prin satelit și geofizică, unde rotația Pământului este urmărită cu fracțiuni de milisecundă.

Cum știu oamenii de știință ce se întâmplă în interiorul miezului Pământului?

Nicio sondă nu poate ajunge acolo. Cercetătorii combină undele seismice de la cutremure care traversează miezul, măsurători satelitare ale câmpului magnetic generat în miezul exterior lichid și înregistrări precise ale rotației Pământului. Acest studiu a folosit toate trei.

Nature a publicat studiul pe 23 septembrie 2026. Între începutul anilor 1970 și 2021, echipa a constatat, procesele din miez au modificat durata zilei cu câteva milisecunde. Următorul test este ciclul de șase ani: un grup separat a raportat într-o prepublicare din iunie 2026, nefiind încă evaluată de colegi, un semnal corespunzător de șase ani în datele gravitaționale satelitare pe care îl leagă de aceeași cuplare dintre miezul interior și manta. Dacă ambele înregistrări arată aceeași oscilație, tracțiunea unei bile de metal din centrul planetei va fi lizibilă atât de pe orbită, cât și de la ceas.

Referință: Zhang and Dumberry, „Gravitational torque drives multidecadal variations in length of day,” Nature, 2026. DOI: 10.1038/s41586-026-10999-2

Etichete: știri, durata zilei, earth science, geophysics, Mathieu Dumberry, nucleul interior