地球の回転は完璧なメトロノームではない
地球の自転は自然界で最も信頼できるリズムのように感じられるが、完全に安定しているわけではない。科学者たちは何十年もの間、一日の長さの小さな変動を記録しており、その変化は数ミリ秒程度にすぎないこともある。ほとんどの人は気づくことはないだろうが、研究者たちは深く関心を抱いている。なぜなら、その測定結果はちらつく時計よりもはるかに大きな何かを指し示しているからだ。つまり、地球の回転速度が変化しているのである。
すでにいくつかの重複する原因が知られている。大気と海洋の変動は回転を速めたり遅めたりすることがある。大地震は地球上の質量を移動させることがある。大陸氷の融解は膨大な量の水を海洋に加え、これもまた重量を再分配するプロセスである。これらの要因は、より突然で最近の変化の一部を説明するのに役立つが、数十年にわたる変動のすべてを説明するものではない。
マントルより深くを見る
その未解明の変動の一部は、地表のはるか下から来ているようだ。地球の岩石質のマントルの下には外核があり、約1,400マイルの厚さで、常に動いている極めて高温の液体金属でできている。それらの流れが変化すると、地球の残りの部分が回転する速度を微妙に変えることがある。
困難だったのは、その影響がどのようにして一つの層から別の層へ伝わるかを説明することだった。核とマントル間の摩擦はそれだけでは弱すぎるため、地質学者たちは地球内部の他のメカニズムを探してきた。今週Natureに発表された新しい研究は、それらの隠れたつながりの一つを発見した可能性を示唆している。
重力と抵抗の競争
研究者たちは、内核からの重力が回転を一方向に引っ張る一方で、核とマントル間の他の相互作用が押し返すと提案している。数十年にわたって、この競争が地球の自転に小さな加速と減速を生み出す可能性がある。この考えは、内核が地球の他の部分と同じ速度で回転しておらず、マントル内の特定の質量の不規則性とわずかにずれているという事実に依存している。
しかし、重力はバランスを回復させるように働く。この研究に関わったアルバータ大学の地球物理学者マチュー・ダンベリー氏はプレスリリースで、核は本質的に整列しようとしていると述べた。言い換えれば、重力は地球内部の層をより調和のとれた配置に引き戻そうとする。その引っ張りは、どんなにわずかでも、地球表面の回転に影響を与える可能性がある。
1964年から2019年までの自転の再構築
この仮説を評価するために、著者たちはこの相互作用が1964年から2019年の間に地球の自転にどのように影響したかを再構築した。彼らは内核の回転に関する地震学的推定と外核の液体金属の流れのモデルに依拠した。その組み合わせにより、深部層間の重力結合が観測された回転変化の一部を説明できるかどうかを検討することができた。
浮かび上がるのは、単一の劇的な出来事ではなく、ゆっくりとした蓄積である。長年にわたって繰り返される小さな押し引きが、一日の長さに検出可能な変化を蓄積させることができる。この研究は、このメカニズムがすべての変動を説明すると主張しているわけではない。代わりに、地球システムの異なる部分で作用する影響の増え続けるリストに、候補となるプロセスを追加するものである。
なぜミリ秒が重要か
一日の長さの数ミリ秒の違いは取るに足らないように聞こえるかもしれない。しかし、回転の精密な測定は科学者に地球内部を覗く窓を与えてくれる。回転速度が変化しているという事実自体が重要であり、それを説明しようとする探求は、地球のどれだけ多くの層がつながっているかを明らかにしてきた。
大気、海洋、地震、氷の融解、外核の流れ、内核の重力はすべて同じ結合システムに属している。それぞれが独自の時間スケールで作用し、それぞれが地球の自転に微かな痕跡を残す可能性がある。それらの痕跡を解きほぐすことで、研究者たちはどの力がどの瞬間に支配的であるか、そしてエネルギーと質量がどのように地球を通って移動するかを理解するのに役立つ。
一日を形作る多くの力
新しい提案は、地球を固体の静的な球ではなく、動的で層状の世界として捉えるより広い全体像に当てはまる。既知および推定される寄与要因には以下が含まれる：
- 大気と海洋の変動：空気と水の循環の変化は、地球の回転をわずかに速めたり遅くしたりすることがある。
- 大地震：これらの出来事は地球内の質量を再分配し、回転を小さくしかし測定可能な方法で変えることがある。
- 大陸氷の融解：海洋に加えられた水は質量の分布を変え、自転に影響を与えることがある。
- 外核の流れ：液体金属層の動きは、地球の残りの部分の回転速度を変えることがある。
- 内核の重力：内核とマントルの不規則性の間の重力の引っ張りは、一日の長さに影響を与える長期的な押し引きを生み出す可能性がある。
これらのメカニズムは孤立して作用するわけではない。ある領域の変化は別の領域に伝播し、結果として生じる回転変化は多くの微妙な効果の合計である。
この研究が解決することとしないこと
研究者たちは、地球の回転の隠れた歯車の一つを特定したと信じているが、時計仕掛け全体ではない。深部内部から表面へ力がどのように伝達されるかは謎のままであり、核とマントル間の弱い摩擦だけでは説明できなかった。新しい研究は、重力を可能な伝達ベルトとして提案し、内核のマントルの不規則性への引力が必要な結合を提供している。
この発見は、数千マイル離れて作用するプロセスをつなぐため重要である。また、科学者たちに一日の長さの十年スケールの変化について考える新しい方法を与える。同時に、この研究は大気、海洋、地震、氷の融解の役割を排除するものではない。それらの力は、特に急速な変化において、説明の一部であり続ける。
今のところ、地球の一日は誰も感じることのできないほどの微小な割合で変動し続けるだろう。しかし、それらのミリ秒は、地球の深部における重力の闘争、つまり毎日の長さを形作るのに役立つゆっくりとした競争についての情報を運んでいる。
この記事はWiredの報道に基づいています。元の記事を読む。
Originally published on wired.com
