Per la maggior parte di noi, un giorno ha una durata fissa e immutabile, ma la realtà scientifica ci dice che la giornata sulla Terra non dura esattamente 24 ore. I fisici sono infatti in grado di rilevare variazioni minuscole, misurabili in frazioni di millisecondi, che dimostrano come la rotazione terrestre non sia perfettamente costante nel corso del tempo. Nel corso di vari decenni, le singole giornate possono allungarsi o accorciarsi leggermente in base a dei mutamenti sotterranei, un fenomeno che per lungo tempo ha rappresentato un enigma per la comunità scientifica. Questa fluttuazione temporale dipende da cambiamenti estremamente sottili e lenti che avvengono a migliaia di chilometri di profondità, all’interno della complessa struttura del nostro pianeta.
Una recente ricerca pubblicata sulla prestigiosa rivista scientifica Nature suggerisce che il motivo di queste alterazioni risieda proprio nei movimenti profondi che animano il cuore del pianeta. Questo studio ci offre l’opportunità di comprendere quanto il nostro mondo sia incredibilmente dinamico anche al di sotto della rigida crosta superficiale.
Il bilanciamento del momento angolare tra nucleo e mantello
Gli scienziati sanno da circa tre decenni che il nucleo liquido della Terra non mantiene una velocità di rotazione fissa e immutabile. Attraverso l’osservazione e l’analisi dei cambiamenti nel campo magnetico, è emerso che questo nucleo fluido può gradualmente accelerare la propria rotazione nel corso di alcuni decenni, per poi rallentare in quelli successivi. In risposta a questi mutamenti di velocità, il mantello terrestre, ovvero lo spesso strato roccioso di circa 3.000 chilometri che include anche la crosta, reagisce muovendosi nella direzione opposta. Pertanto, quando il nucleo terrestre subisce un’accelerazione, il mantello rallenta impercettibilmente, e viceversa. Questo affascinante scambio di velocità avviene perché il momento angolare totale della Terra deve obbligatoriamente rimanere costante. Anche delle alterazioni infinitesimali nella velocità di rotazione del mantello sono pienamente sufficienti a modificare la durata del giorno di qualche millisecondo.
Il ruolo cruciale del momento torcente gravitazionale
Comprendere l’esatto meccanismo attraverso il quale il nucleo e il mantello si scambiano questo slancio rotazionale ha rappresentato per decenni una sfida ardua per gli studiosi. In un nuovo studio pubblicato il 23 settembre su Nature, il dottorando in fisica Huifeng Zhang e il professor Mathieu Dumberry, in forza presso l’Università dell’Alberta, hanno presentato una spiegazione possibile per questo fenomeno. Il loro lavoro dimostra come dei piccolissimi cambiamenti nella velocità di rotazione del nucleo interno, ossia la regione solida situata al centro del pianeta, possano dare origine a quello che gli scienziati definiscono un “momento torcente gravitazionale”. Dato che la forma del nucleo interno non è perfettamente sferica, le variazioni del suo movimento gli permettono di interagire gravitazionalmente con le distribuzioni irregolari della massa situate nel mantello. Questa delicata interazione altera leggermente la rapidità con cui il mantello roccioso ruota, producendo di conseguenza i piccoli cambiamenti nella lunghezza delle nostre giornate.
L’equilibrio tra forze contrastanti e la deformazione del nucleo
Il meccanismo che regola la durata del giorno è il risultato di un bilanciamento minuzioso, poiché un’altra forza interviene al confine tra nucleo e mantello. Questa forza opposta, conosciuta come momento torcente del limite nucleo-mantello, produce attrito e resistenza elettromagnetica che si oppongono fermamente all’attrazione gravitazionale. Questa resistenza interna risulta fondamentale per limitare l’entità delle variazioni, evitando che la lunghezza del giorno subisca variazioni eccessive. Secondo i ricercatori, le piccole variazioni temporali osservate derivano da sottili spostamenti nell’equilibrio tra il momento torcente gravitazionale e l’attrito al confine con il mantello. Oltre a risolvere un mistero storico sulle fluttuazioni del nostro tempo, questa ricerca offre una prospettiva del tutto nuova su ciò che accade nel profondo della Terra. Zhang e Dumberry sostengono infatti che il nucleo interno sembri deformarsi in modo viscoso su una scala temporale di circa 10 anni. Questo dettaglio suggerisce che l’interno più profondo della Terra possa cambiare forma e rispondere alle forze applicate in maniera molto più dinamica di quanto la sua composizione solida lasciasse immaginare.