科学家揭示地球多年代变化背后的力量

昨天 14:47

地球的自转并不像熟悉的24小时那样恒定。微小的自转速度变化可以使一天的长度增加或减少几毫秒，而一项发表在自然杂志上的新研究详细解释了几十年间发生的变化。

阿尔伯塔大学的研究人员张辉丰和马修·邓伯里研究了几十年来一天长度的变化，并得出结论，涉及地球内核的引力相互作用在驱动这些长期波动中起着主导作用。他们的研究结果还表明，位于核心和地幔边界的电磁和地形力量主要起到抵抗这些变化的作用。

这项研究解决了地球物理学中的一个长期问题。科学家们知道地球的自转在不同的时间尺度上是变化的，但持续大约几十年的变化机制更难以识别。较短的变化可以与大气和海洋中的过程联系起来，而月球的潮汐影响则导致地球自转的长期变化更为缓慢。

为了调查这一谜团，研究人员结合了内核运动的信息与外核流体运动的模型。他们研究了1964年至2019年期间的观测数据，并测试了行星深层之间不同耦合形式如何重现观察到的日长变化。

结果表明，引力扭矩是广泛多年代变化的主要驱动因素。这个扭矩与固态内核与地幔之间的相互作用有关，地面下方数千公里。研究人员发现，靠近核心-地幔边界的电磁和地形扭矩可以抵消部分引力效应。

涉及的差异极其微小。地球自转的测量显示在几十年内仅变化几毫秒，但这些变化可以提供有关发生在地球深处的过程的有价值信息。该研究特别关注大约60到70年间发生的广泛变化。

研究结果还提供了关于无法直接观察的区域的物理特性的线索。研究人员的建模表明，地幔的最深部分可能包含独特的结构和高导电层，而内核可能比一些早期模型假设的更容易变形。

理解这些相互作用可能有助于科学家完善地球内部模型，包括内核、流体外核和地幔的行为。由于无法直接观察这些区域，自转和地球磁场的变化提供了关于其动态的间接证据。

这项研究并未表明一天的长度变化到足以在日常生活中引起注意。相反，毫秒级的变化之所以重要，是因为它们作为地球物理信号。通过研究这些变化，研究人员可以调查发生在地表深处的过程，并改善对地球内部结构的理解。

张辉丰和邓伯里还在研究类似的机制是否可以帮助解释一天长度的较短周期变化。研究人员指出，即使是非常小的地球自转变化也可以揭示发生在数千公里深处的过程信息，使得对行星自转的精确测量成为现代地球科学的重要工具。

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