北京
一项新研究发现，地球内核与地幔之间的引力扭矩，对日长的这些长期变化影响最大。
地球自转始终在发生微小变化。一项新研究提出，地球内部深处、地核与地幔之间的力，可能是过去数十年间这些微小变化背后的原因。
这些变化以毫秒计，小到日常生活中根本无法察觉。然而，它们为科学家提供了关于地表下数千公里处状况的线索。这些发现可能帮助研究人员更好地理解地球深部。
以毫秒衡量的谜团
地球的一天通常被定义为24小时，依据是地球完成一次自转所需的时间。其实际自转速率会在不同时间尺度上发生变化。
大气和海洋过程可以影响较短期的变化，而与月球的相互作用则在长得多的时间尺度上影响地球。数十年尺度的变化一直较难解释。
加拿大阿尔伯塔大学博士生张慧丰和她的导师、地球物理学家马蒂厄·邓伯里，研究了地球地核与地幔之间的角动量交换如何影响日长。
张慧丰说：“因此，我们的主要动机是研究不同核幔耦合机制对观测到的变化的相对贡献。”
地表之下的力
地球地核是一个大小与火星相近、以铁为主的区域。其固态内核位于熔融外核之内，可以在一定程度上独立于地幔旋转。
研究人员考察了旋转动量在这些深层之间传递的三种方式。引力耦合是内核与地幔中致密部分之间的吸引。电磁耦合与地幔底部的电导率和磁场有关。
地形耦合涉及核幔边界上的物理不规则性。这些相互作用会产生扭矩，影响地球自转的速度。
邓伯里说，科学家已经知道地核是十年尺度变化的原因，但确切机制仍不确定。“这就是不清楚的部分。”
引力占主导
张慧丰和邓伯里使用统计模型，将不同机制组合与约六十年的观测数据进行比较检验。当引力扭矩影响最强时，他们的模型与观测到的变化最吻合。
电磁和机械效应作用方向相反，形成了一种平衡，限制了地球自转的总体变化。
张慧丰指出：“在我们得到结果之前，我们并不知道它们彼此竞争。”
观测表明，在20世纪70年代初至2021年间，与地核相关的过程使地球日长变化了几毫秒。总体而言，地球的一天一直在逐渐变短，尽管速率并不恒定。
自转揭示地球隐藏的圈层
这项研究为理解地球深部增添了又一块拼图。控制这些机制的物理性质仍不确定，这意味着自转测量可以提供有用的约束。
据报道，张慧丰表示：“我觉得特别令人兴奋的是，这些不同信息可以结合起来，更连贯地描绘地球深部——一个极难直接观测的区域。”
张慧丰还在研究类似机制是否能解释观测到的地球日长六年周期。
她补充说：“即使地球自转的微小变化，也能提供关于我们脚下数千公里处过程的有价值信息。通过将这些改进的观测与地球自转和内核运动的测量结合起来，我们希望更详细地描绘地球深部各圈层如何相互作用，以及地表下数千公里处的运动如何微妙地改变我们一天的长度。”
该研究发表在《自然》杂志上。
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