Perché le 24 ore cambiano leggermente: il ruolo del nucleo interno e del mantello della Terra

• Le giornate variano di alcuni millisecondi
• Il nucleo liquido accelera, il mantello rallenta e viceversa
• Il momento torcentale gravitazionale del nucleo interno influisce sul mantello
• L'equilibrio tra gravità e attrito limita le variazioni della durata del giorno

Per la maggior parte delle persone, le 24 ore sono percepite come un intervallo invariabile, tuttavia le misurazioni mostrano che la durata dei giorni terrestri varia di frazioni di millisecondo. Queste deviazioni vengono registrate utilizzando metodi astronomici e geofisici ad alta precisione, che consentono di tracciare come cambia la velocità di rotazione del pianeta.

Negli ultimi trent'anni, gli scienziati hanno scoperto che il nucleo esterno liquido della Terra ruota a velocità variabile. Il campo magnetico del pianeta, generato dal movimento di questo strato, indica che nel corso di alcuni decenni il nucleo può accelerare e poi rallentare. Al contrario, cambiamenti opposti si osservano nel mantello – uno spesso strato di roccia di circa 3000 km, che include la crosta terrestre.

Scambio di momento angolare

Questo scambio reciproco di velocità è spiegato dalla legge di conservazione del momento angolare totale della Terra. Quando il nucleo esterno accelera, il mantello rallenta leggermente, e viceversa. Anche piccole variazioni nella velocità del mantello possono modificare la durata del giorno di alcune millesimi di secondo.

Il meccanismo esatto di trasferimento del momento angolare tra gli strati è rimasto a lungo sconosciuto. In uno studio pubblicato il 23 settembre sulla rivista Natura, i fisici dell'Università dell'Alberta – il dottorando Huaiфэн Чжан e il professor Matthieu Dumberry – hanno proposto una spiegazione basata sul momento torcentale gravitazionale.

Momento torcentale gravitazionale e magnetico

Gli scienziati hanno dimostrato che piccole variazioni nella velocità di rotazione del nucleo interno solido, situato nel centro del pianeta, creano un momento torcentale gravitazionale. Poiché il nucleo interno non è perfettamente sferico, il suo movimento interagisce con le eterogeneità di massa nel mantello, causando un leggero acceleramento o rallentamento di quest'ultimo.

Allo stesso tempo, al confine tra il nucleo e il mantello agisce il cosiddetto momento torcentale del confine nucleo-mantello. È causato dall'attrito e dalla resistenza elettromagnetica, che contrastano la forza di gravità e limitano l'entità della variazione della durata del giorno.

Secondo le conclusioni dei ricercatori, le fluttuazioni osservate nella durata del giorno derivano dall'equilibrio tra queste due forze: il momento torcentale gravitazionale e la resistenza al confine nucleo-mantello. Quando una delle forze aumenta, l'altra ne compensa l'influenza, mantenendo il momento angolare totale del pianeta.

Oltre a spiegare un fenomeno noto da tempo, i risultati del lavoro forniscono informazioni sulla dinamica degli strati più profondi della Terra. Gli autori notano che il nucleo interno si deforma in modo "viscoelastico" su scale temporali decennali, il che indica un comportamento del nucleo planetario più flessibile e mobile di quanto si pensasse in precedenza.

Queste conclusioni aprono nuove opportunità per lo studio della geodinamica del pianeta, aiutano a precisare i modelli di rotazione della Terra e possono avere conseguenze pratiche per i sistemi di navigazione ad alta precisione, che dipendono da un tempo esatto.

Fonte: ScienceDaily