Il nucleo interno della Terra allunga e accorcia le nostre giornate di millisecondi

Un giorno sulla Terra non dura sempre esattamente 86.400 secondi. Nell’arco di decenni si allunga e si accorcia di alcuni millesimi di secondo, e un nuovo studio attribuisce gran parte di questa deriva a un braccio di ferro gravitazionale che si svolge a oltre 5.000 chilometri sotto i nostri piedi.

I geofisici Huifeng Zhang e Mathieu Dumberry dell’University of Alberta riferiscono su Nature che il nucleo interno solido della Terra, una sfera di ferro leggermente non sferica, esercita una trazione sulle regioni dense del mantello quando cambia il suo orientamento. Questa attrazione accelera o rallenta il mantello roccioso e la crosta su cui viviamo, e con essi la durata del giorno. Altre due forze, al confine tra nucleo e mantello, esercitano un’azione contraria.

Il risultato risponde a una domanda attorno alla quale i geofisici si interrogano da decenni. Sapevano che, su queste scale temporali, il nucleo scambiava momento angolare con il mantello, ma non quale collegamento fisico veicolasse lo scambio. Porta inoltre una sorpresa sul centro del pianeta: il nucleo interno sembra fluire, molto lentamente, anziché restare lì come un blocco rigido.

Perché una sfera di ferro oscillante può spostare l’orologio

La rotazione totale della Terra, il suo momento angolare, rimane quasi costante. Quando il nucleo esterno liquido accelera, il mantello deve rallentare per compensare, e viceversa. Sono queste minuscole oscillazioni nella rotazione del mantello a far variare la durata del giorno lungo cicli pluridecennali.

La questione aperta riguardava l’accoppiamento, e i candidati erano tre. L’accoppiamento elettromagnetico agisce attraverso il campo magnetico e dipende da quanto bene lo strato più basso del mantello conduca l’elettricità. L’accoppiamento topografico deriva dalla pressione che spinge contro le irregolarità del confine tra nucleo e mantello. L’accoppiamento gravitazionale dipende dalla massa: il nucleo interno non è una sfera perfetta e il mantello contiene addensamenti irregolari di roccia densa.

Quando i flussi nel nucleo esterno liquido spostano leggermente il nucleo interno, facendolo ruotare rispetto al mantello, le sue sporgenze non risultano più allineate con quelle regioni dense. La gravità le riporta verso l’allineamento e questa forza di richiamo, una coppia gravitazionale, trasferisce momento angolare al mantello. Secondo lo studio, il nucleo interno oscilla avanti e indietro di circa 2,35 gradi rispetto al mantello, in un ciclo di 60-70 anni.

«La coppia gravitazionale agisce nella direzione necessaria a spiegare i cambiamenti osservati nella rotazione terrestre, mentre le coppie elettromagnetica e topografica in genere vi si oppongono», hanno scritto i due ricercatori in una sintesi del lavoro per la comunità di ricerca di Springer Nature.

Come hanno proceduto

Nessuno strumento può raggiungere il nucleo, perciò il team ha combinato tre serie di dati indiretti. La prima è la durata stessa del giorno, monitorata con orologi atomici e osservazioni astronomiche. La seconda è un insieme di modelli del flusso del nucleo esterno liquido, ricostruiti dalle misurazioni satellitari del campo magnetico terrestre. La terza è costituita dalle prove sismiche sulla struttura della Terra profonda.

I ricercatori hanno inserito questi dati in una tecnica statistica chiamata Monte Carlo a catena di Markov, che prova un enorme numero di valori possibili per le quantità ignote e conserva le combinazioni compatibili con le osservazioni. Tra le incognite figurava l’intensità di ciascuno dei tre accoppiamenti. Il modello ha riprodotto al meglio circa sei decenni di dati sulla durata del giorno quando la coppia gravitazionale svolgeva la maggior parte del lavoro e le altre due agivano da freni.

Testare insieme i tre meccanismi è importante perché operano contemporaneamente e in parte si annullano a vicenda. Un modello che esamini un solo accoppiamento può attribuirgli un effetto che, nella Terra reale, viene compensato da un altro.

«Questi diversi elementi d’informazione possono confluire per offrire un quadro più coerente dell’interno profondo della Terra, una regione estremamente difficile da osservare direttamente», ha affermato Zhang.

Qualche millisecondo, rispetto a che cosa

L’effetto è minuscolo rispetto alla durata del giorno. Alcuni millisecondi su 86.400 secondi corrispondono a una variazione di alcune parti su 100 milioni, molto più breve di un battito di ciglia. Nessuno la percepisce, ma sì gli orologi atomici e i sistemi che seguono l’orientamento terrestre per la navigazione satellitare.

Anche altre forze modificano la durata del giorno. Venti e correnti oceaniche la spostano nell’arco di giorni e stagioni, mentre le maree lunari frenano lentamente la rotazione terrestre nel corso di milioni di anni. Le oscillazioni su scala decennale si collocavano nel mezzo, con il nucleo da tempo sospettato come sorgente ma con il meccanismo ancora irrisolto.

Lo studio quantifica anche quanto sia deformabile il centro del pianeta. I modelli più aderenti ai dati indicano che il nucleo interno rilassa la propria forma nell’arco di circa un decennio, entro un intervallo possibile compreso tra 2 e 31 anni. Sotto una pressione schiacciante resta ferro solido, eppure nel corso degli anni cede come mastice estremamente rigido. I ricercatori riferiscono che questa viscosità è coerente con recenti esperimenti di laboratorio sulle leghe di ferro.

L’intensità dell’attrazione gravitazionale dice qualcosa anche sul mantello. Sostiene l’ipotesi che i due ammassi di roccia grandi quanto continenti sotto l’Africa e il Pacifico, dove le onde sismiche viaggiano insolitamente lentamente, siano caldi e anche chimicamente più densi della roccia circostante.

Ciò che non chiarisce

La ricostruzione dipende da registrazioni incomplete. La copertura sismica della Terra profonda è discontinua, e i modelli dei flussi del nucleo ricavati dai dati magnetici riescono a vedere soltanto le strutture più grandi del nucleo esterno. La forma dedotta del nucleo interno e la densità degli ammassi del mantello emergono dall’adattamento del modello, anziché da misurazioni dirette, e l’intervallo di 2-31 anni per la deformabilità del nucleo interno è ampio.

Il modello lascia inoltre inspiegata una parte del segnale. Variazioni più rapide, su scale temporali da 10 a 30 anni, probabilmente coinvolgono processi aggiuntivi, e una distinta oscillazione di sei anni nella durata del giorno resta un problema aperto che Zhang sta ora studiando.

Poi c’è la rotazione stessa del nucleo interno, uno degli argomenti più dibattuti in sismologia. Studi di un team della Peking University nel 2023 e di un team della University of Southern California nel 2024 hanno concluso che il moto del nucleo interno rispetto al mantello si è arrestato e ha iniziato a invertirsi attorno al 2009-2010. Il nuovo modello, con un cambio di direzione attorno al 2010, si adatta a questo quadro, ma altri sismologi hanno sostenuto che siano i cambiamenti alla superficie del nucleo interno, e non la sua rotazione, a spiegare gli stessi segnali sismici. Gli autori elencano inoltre tra le questioni irrisolte se i futuri cambiamenti nella rotazione del nucleo interno possano essere previsti o meno.

Domande comuni sulla durata del giorno terrestre

Perché un giorno non dura esattamente 24 ore?

Il giorno di 24 ore è una convenzione e la rotazione effettiva della Terra varia. Venti e correnti oceaniche la modificano nell’arco di giorni e stagioni, le maree lunari la allungano nel corso di milioni di anni e gli scambi di momento angolare fra nucleo e mantello la cambiano di alcuni millisecondi nel corso di decenni.

Il nucleo interno della Terra sta invertendo la sua rotazione?

No. Gli studi sismici suggeriscono che il nucleo interno ruoti leggermente più velocemente o più lentamente del mantello, perciò rispetto alla superficie deriva in una direzione e poi torna indietro. Il nuovo studio lo modella come un’oscillazione di circa 2,35 gradi su un ciclo di 60-70 anni, con un cambio di direzione attorno al 2010.

Il nucleo interno renderà le giornate sensibilmente più lunghe o più corte?

No. Le variazioni ammontano a pochi millisecondi nel corso di decenni, ben al di sotto di qualsiasi cosa una persona possa percepire. Sono importanti per la misurazione precisa del tempo, la navigazione satellitare e la geofisica, ambiti nei quali la rotazione terrestre viene monitorata fino a frazioni di millisecondo.

Come fanno gli scienziati a sapere cosa accade all’interno del nucleo terrestre?

Nessuna sonda può raggiungerlo. I ricercatori combinano le onde sismiche dei terremoti che attraversano il nucleo, le misurazioni satellitari del campo magnetico generato nel nucleo esterno liquido e registrazioni precise della rotazione terrestre. Questo studio ha usato tutti e tre gli elementi.

Nature ha pubblicato lo studio il 23 settembre 2026. Tra l’inizio degli anni Settanta e il 2021, ha rilevato il team, i processi nel nucleo hanno modificato di alcuni millisecondi la durata del giorno. Il prossimo test è il ciclo di sei anni: un gruppo separato ha riportato in un preprint del giugno 2026, non ancora sottoposto a revisione paritaria, un corrispondente segnale di sei anni nei dati satellitari sulla gravità, che collega allo stesso accoppiamento tra nucleo interno e mantello. Se entrambe le registrazioni mostreranno la medesima oscillazione, l’attrazione di una sfera metallica al centro del pianeta sarà leggibile dall’orbita oltre che dall’orologio.

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

Tag: durata del giorno, earth science, geophysics, Mathieu Dumberry, nucleo interno, rotazione terrestre