Jordens inre kärna förlänger och förkortar dygnet med millisekunder

Ett dygn på jorden är inte en fast period på 86 400 sekunder. Över flera decennier blir det några tusendels sekunder längre eller kortare, och en ny studie spårar merparten av denna variation till en gravitationell dragkamp mer än 5 000 kilometer under våra fötter.

Geofysikerna Huifeng Zhang och Mathieu Dumberry vid University of Alberta rapporterar i Nature att jordens fasta inre kärna, ett något osymmetriskt klot av järn, drar i täta områden i manteln när dess orientering förändras. Denna dragkraft får den steniga manteln och jordskorpan som vi lever på att rotera snabbare eller långsammare, och därmed förändras också dygnets längd. Två andra krafter vid gränsen mellan kärnan och manteln verkar i motsatt riktning.

Resultatet ger svar på en fråga som geofysiker har kretsat kring i årtionden. De visste att kärnan utbyter rörelsemängd med manteln på dessa tidsskalor, men inte vilken fysisk koppling som förmedlade utbytet. Det innebär också en överraskning om planetens centrum: den inre kärnan tycks flyta, mycket långsamt, i stället för att ligga där som en stel klump.

Varför ett svängande järnklot kan flytta klockan

Jordens totala rotation, dess rörelsemängdsmoment, förblir nästan konstant. När den flytande yttre kärnan roterar snabbare måste manteln sakta ned för att kompensera, och vice versa. Det är dessa små svängningar i mantelns rotation som får dygnets längd att variera i cykler över flera decennier.

Den öppna frågan gällde kopplingen, och det fanns tre kandidater. Elektromagnetisk koppling fungerar genom magnetfältet och beror på hur väl det nedersta lagret av manteln leder elektricitet. Topografisk koppling uppstår när tryck pressar mot ojämnheter vid gränsen mellan kärnan och manteln. Gravitationell koppling bygger på massa: den inre kärnan är inte ett perfekt klot, och manteln rymmer ojämnt fördelade ansamlingar av tät bergart.

När flöden i den flytande yttre kärnan knuffar den inre kärnan så att den vrider sig en aning i förhållande till manteln, hamnar dess utbuktningar ur linje med dessa täta områden. Gravitationen drar dem tillbaka mot rätt inriktning, och denna återställande kraft, ett gravitationellt vridmoment, överför rotation till manteln. Enligt studien svänger den inre kärnan fram och tillbaka med omkring 2,35 grader i förhållande till manteln, i en cykel på 60 till 70 år.

”Det gravitationella vridmomentet verkar i den riktning som krävs för att förklara de observerade förändringarna i jordens rotation, medan de elektromagnetiska och topografiska vridmomenten i allmänhet motverkar det”, skrev de båda forskarna i en sammanfattning av arbetet för Springer Natures forskarsamhälle.

Så gjorde de

Inget instrument kan nå kärnan, så teamet kombinerade tre indirekta datakällor. Den första är själva dygnets längd, uppmätt med atomur och astronomiska observationer. Den andra är en uppsättning modeller för hur den flytande yttre kärnan strömmar, rekonstruerade utifrån satellitmätningar av jordens magnetfält. Den tredje är seismiska belägg för den djupa jordens struktur.

De matade in dessa uppgifter i en statistisk teknik som kallas Markov chain Monte Carlo, som testar ett mycket stort antal möjliga värden för de okända storheterna och behåller de kombinationer som stämmer överens med observationerna. Bland de okända fanns styrkan hos var och en av de tre kopplingarna. Modellen återgav omkring sex decennier av data om dygnslängden bäst när det gravitationella vridmomentet stod för merparten av effekten och de två andra fungerade som bromsar.

Det är viktigt att testa de tre mekanismerna tillsammans eftersom de verkar samtidigt och delvis tar ut varandra. En modell som granskar endast en koppling kan tillskriva den en effekt som på den verkliga jorden motverkas av en annan.

”Dessa olika informationsdelar kan tillsammans ge en mer sammanhängande bild av jordens djupa inre, en region som är extremt svår att observera direkt”, sade Zhang.

Några millisekunder – i förhållande till vad?

Effekten är liten jämfört med själva dygnet. Några millisekunder av 86 400 sekunder innebär en förändring på några delar per 100 miljoner, långt kortare än en ögonblinkning. Ingen kan känna den, men atomur och de system som följer jordens orientering för satellitnavigering kan det.

Andra krafter förändrar också dygnet. Vindar och havsströmmar förskjuter det över dagar och årstider, medan månens tidvatten långsamt bromsar jordens rotation över miljontals år. Svängningarna på decennieskala låg däremellan, där kärnan länge misstänkts vara källan men mekanismen förblivit olöst.

Studien sätter också en siffra på hur mjukt planetens centrum är. De modeller som stämmer bäst innebär att den inre kärnan anpassar sin form under ungefär ett decennium, inom ett möjligt intervall på 2 till 31 år. Under enormt tryck är den fortfarande fast järn, men över år ger den efter som extremt styv modellera. Forskarna rapporterar att denna viskositet överensstämmer med nyliga laboratorieexperiment på järnlegeringar.

Styrkan i gravitationskraften säger också något om manteln. Den stödjer uppfattningen att de två kontinentalstora bergartsansamlingarna under Afrika och Stilla havet, där seismiska vågor färdas ovanligt långsamt, är varma och dessutom kemiskt tätare än den omgivande bergarten.

Vad den inte avgör

Rekonstruktionen bygger på ofullständiga data. Den seismiska täckningen av jordens djupa inre är ojämn, och modeller av kärnans flöden som härleds från magnetiska data ser endast de största strukturerna i den yttre kärnan. Den inre kärnans uppskattade form och tätheten hos mantelansamlingarna kommer från modellens anpassning snarare än från direkta mätningar, och intervallet på 2 till 31 år för den inre kärnans mjukhet är brett.

Modellen lämnar också en del av signalen oförklarad. Snabbare variationer på tidsskalor mellan 10 och 30 år omfattar sannolikt ytterligare processer, och en separat sexårig svängning i dygnets längd är fortfarande ett öppet problem som Zhang nu undersöker.

Så finns också den inre kärnans rotation i sig, ett av seismologins mest omdebatterade ämnen. Studier av ett team vid Peking University 2023 och ett team vid University of Southern California 2024 drog slutsatsen att den inre kärnans rörelse i förhållande till manteln stannade av och började vända omkring 2009 till 2010. Den nya modellen, med en riktningsförändring omkring 2010, passar den bilden, men andra seismologer har hävdat att förändringar vid den inre kärnans yta, snarare än dess rotation, förklarar samma seismiska signaler. Författarna anger också som olöst huruvida framtida förändringar i den inre kärnans rotation alls kan förutsägas.

Vanliga frågor om jordens dygnslängd

Varför är ett dygn inte exakt 24 timmar långt?

24-timmarsdygnet är en konvention, och jordens faktiska rotation varierar. Vindar och havsströmmar förändrar den över dagar och årstider, månens tidvatten förlänger den över miljontals år, och utbyten av rotation mellan kärnan och manteln förändrar den med några millisekunder över decennier.

Vänder jordens inre kärna sin rotation?

Nej. Seismiska studier tyder på att den inre kärnan roterar något snabbare eller långsammare än manteln, så att den i förhållande till ytan förskjuts åt ena hållet och sedan tillbaka. Den nya studien modellerar detta som en svängning på omkring 2,35 grader över en cykel på 60 till 70 år, med en riktningsförändring omkring 2010.

Kommer den inre kärnan att göra dygnen märkbart längre eller kortare?

Nej. Förändringarna summeras till några millisekunder över decennier, långt under allt som en människa kan märka. De spelar roll för exakt tidmätning, satellitnavigering och geofysik, där jordens rotation följs ned till bråkdelar av en millisekund.

Hur vet forskare vad som händer inne i jordens kärna?

Ingen sond kan nå dit. Forskare kombinerar seismiska vågor från jordbävningar som passerar genom kärnan, satellitmätningar av magnetfältet som skapas i den flytande yttre kärnan samt exakta register över jordens rotation. Den här studien använde alla tre.

Nature publicerade studien den 23 september 2026. Mellan början av 1970-talet och 2021 fann teamet att processer i kärnan förändrade dygnets längd med några millisekunder. Nästa test gäller den sexåriga cykeln: en separat grupp rapporterade i ett förtryck från juni 2026, som ännu inte har sakkunniggranskats, en motsvarande sexårig signal i satellitdata om gravitation som gruppen kopplar till samma koppling mellan den inre kärnan och manteln. Om båda datakällorna visar samma svängning kommer dragkraften från ett metallklot i planetens centrum att kunna avläsas både från omloppsbana och från klockan.

Referens: Zhang och Dumberry, ”Gravitational torque drives multidecadal variations in length of day,” Nature, 2026. DOI: 10.1038/s41586-026-10999-2

Taggar: dygnets längd, earth science, geophysics, inre kärnan, jordens rotation, Mathieu Dumberry