راز تغییرات دوره‌ای وضعیت چرخش زمین چیست؟

باشگاه خبرنگاران جوان؛ جواد فراهانی- مطالعه‌ای جدید که در نشریه علمی «نیچر» (Nature) منتشر شده، سرانجام به پرسشی پاسخ داده است که دهه‌ها ذهن دانشمندان را به خود مشغول کرده بود: چه عاملی باعث تغییرات در سرعت چرخش زمین می‌شود که هر چند دهه یک‌بار رخ می‌دهد؟

اگرچه ما به‌طور معمول یک شبانه‌روز را ۲۴ ساعت تعریف می‌کنیم، اما سرعت چرخش زمین در واقع تحت تأثیر عوامل گوناگونی در بازه‌های زمانی متفاوت قرار دارد.

این مطالعه جدید نشان می‌دهد که منشأ این تغییرات هر چند دهه یکبار، در اعماق سیاره نهفته است؛ جایی که سه سازوکار — یعنی جفت‌شدگی (کوپلینگ) گرانشی، الکترومغناطیسی و توپوگرافیک — برای شتاب بخشیدن یا کند کردن چرخش زمین با یکدیگر رقابت می‌کنند.

هوی‌فانگ ژانگ (Huifang Zhang)، نویسنده اصلی این پژوهش و دانشجوی دکترا در دانشگاه آلبرتای کانادا، توضیح می‌دهد که به‌طور مشخص، جفت‌شدگی گرانشی — یا همان «گشتاور» گرانشی — میان هسته درونی زمین و گوشته (mantle)، تغییرات کوچکی ایجاد می‌کند که توسط دو سازوکار دیگر خنثی می‌شوند.

ژانگ می‌گوید: «آنچه برای من بسیار هیجان‌انگیز است، این است که این اطلاعاتِ به‌ظاهر نامرتبط می‌توانند کنار هم قرار گیرند تا تصویری منسجم‌تر از اعماق درونی زمین ارائه دهند؛ منطقه‌ای که مشاهده مستقیم آن بسیار دشوار است.»

چرا این معما تا این حد چالش‌برانگیز بود؟

دانشمندانی که چرخش زمین را مطالعه می‌کنند، بسته به مقیاس زمانی، به عوامل متفاوتی تکیه دارند. نوسانات کوتاه‌مدت ناشی از تغییرات در جو و اقیانوس‌هاست، در حالی که برهم‌کنش‌های جزر و مدی با ماه در بازه‌های زمانی میلیون‌ساله عمل می‌کنند. با این حال، مقیاس زمانی میانی — که شامل بازه‌ای چند-دهه‌ای می‌شود — مدت‌ها به صورت یک معما باقی مانده بود.

برای بررسی این موضوع، ژانگ و استاد راهنمایش، متیو دامبری (Mathieu Dumberry)، پژوهش‌های پیشینِ سال ۱۹۸۸ را بازبینی کردند؛ پژوهش‌هایی که نشان می‌دادند چگونه تبادل تکانه زاویه‌ای — کمیتی فیزیکی که نشان‌دهنده تمایل یک جسم به حفظ حرکت چرخشی است — میان هسته و گوشته زمین می‌تواند بر چرخش سیاره تأثیر بگذارد.

آنها سه سازوکار احتمالی را انتخاب کردند: جفت‌شدگی گرانشی (شامل برهم‌کنش‌های گرانشی میان هسته درونی و گوشته، و همچنین نرخ تغییر شکل هسته درونی)، جفت‌شدگی الکترومغناطیسی (مرتبط با رسانایی و ضخامت لایه‌ای خاص در قاعده گوشته)، و جفت‌شدگی توپوگرافیک (وابسته به ناهمواری‌های موجود در مرز میان هسته و گوشته).

پژوهشگران مدل‌های آماری‌ای را برای ارزیابی ترکیبات گوناگون این عوامل در مقایسه با مشاهدات واقعیِ شش دهه گذشته تدوین کردند. آنها دریافتند که «جفت‌شدگی گرانشی» بیشترین تأثیر را بر تغییرات چرخش زمین داشته است، در حالی که به نظر می‌رسد دو سازوکار دیگر، نقشی همچون ضربه‌گیر در برابر این تغییرات ایفا می‌کنند.

ژانگ می‌گوید: «این یافته نشان می‌دهد که برهم‌کنش‌های اعماق زمین می‌توانند نقشی اساسی در شتاب‌گیری یا کند شدن چرخش آن در بازه‌های زمانی چند دهه‌ای داشته باشند.»

داده‌های مشاهداتی حاکی از آن است که بین اوایل دهه ۱۹۷۰ تا سال ۲۰۲۱، سازوکار‌های ناشی از هسته زمین، طول شبانه‌روز را تنها به میزان چند هزارم ثانیه تغییر داده‌اند؛ تغییری ناچیز، اما قابل‌اندازه‌گیری. در مجموع، طول شبانه‌روز در زمین به مرور زمان کوتاه‌تر شده است.

ژانگ هم‌اکنون در حال بررسی این موضوع است که آیا این سازوکار‌ها بر نوسانی شش‌ساله در طول شبانه‌روز نیز تأثیر می‌گذارند یا خیر. او خاطرنشان می‌کند: «حتی تغییرات جزئی در چرخش زمین می‌تواند اطلاعات ارزشمندی درباره فرآیند‌هایی که هزاران کیلومتر زیر پای ما رخ می‌دهند، فراهم آورد.»

منبع: گیزمودو