什么地球物理事件可以(暂时)增加地球自转的速度?

Question

我的理解是，地球自转变慢(即白天变长)背后的主要因素是月球引力引起的潮汐摩擦。如下图所示，总体趋势是地球自转速度变慢。

以秒为单位显示UT1和UTC的差值。垂直段对应闰秒。图中的红色部分是在文件制作时的预测(未来值)。

然而!在一些情况下，地球的自转似乎已经变成了快，在2003-04年和2004-05年期间最为明显。是什么导致了地球自转速度的这些和其他暂时的增加?(我是在一般意义上问这个问题，不过我也想知道图表上的任何具体上涨都对应着什么事件。)

Answer 1

博士TL;

地球的旋转角动量确实被转移到了月球的轨道上。然而，这是一个非常缓慢的过程，即使在几百年的时间里也几乎不明显。这一长期趋势在问题中图表所示的短短30年的跨度中是看不见的。图中所见的变化是由于地球各组成部分(固体地球、大气、海洋、外核和内核)之间角动量的转移以及地球惯性张量的变化造成的。

关于问题中的图表

关于这张图，你所看到的是

• 自19世纪初以来，角动量转移到月球的累积效应，以及
• 与长期趋势无关的短期效应。

关于第一项，我们每天的86,400秒是基于大约1821年一天的长度。CGS秒是在19世纪晚期根据大约100年(以1821年为中心)收集的数据定义的。国际标准秒现在基于原子钟，但它的定义是有意与旧的CGS秒保持一致的。自19世纪初以来，一天的长度增加了大约2毫秒。

假设地球的自转速率稳定在平均每86,400.002秒一个太阳日，这是过去几十年的平均自转速率。我们仍然需要每500天左右增加一个闰秒，因为一天的长度增加了2毫秒。这是你在问题中看到的主要特征。

关于第二项，该图中30年跨度内的变化与19世纪初以来200年跨度内的变化没有太大关系，而这些变化反过来又与由于角动量转移到月球而导致的白天长度的非常非常长期的变化没有太大关系。这种非常非常长期的趋势只有在数万年或更长的时间里才会变得明显。在短期内(100年在这个意义上是“短期”)，各种周期性效应主导着这个非常长期的趋势。角动量到月球的转移完全隐藏在问题中所示的30年的跨度中。这段时间跨度太短了以至于看不到角动量的转移。

这幅图说明了什么?最显著的两个特征是1900年至1998年的长周期几乎每年都有闰秒调整，而1999年至2006年的长周期没有闰秒调整。

白昼长短的短期变化

这些闰秒调整让我们很难看清发生了什么。下面是一个更好的描述:

来源:https://hpiers.obspm.fr/eop-pc/earthor/ut1lod/UT1.html_nov08

在上面的图中，首先要看的是上面的曲线。这是LOD，一天的长度(更好的说法是一天的多余长度)。一天的长度是86400秒甚至稍多一点。LOD的定义只是稍微多一点。LOD在1973年至1987年之间下降，然后在1993年至2004年之间再次下降。在这段时间里，地球的自转速度略有增加。

如上所述，角动量正在从地球转移到月球，但这是一个非常缓慢的过程。这意味着地球的总角动量在几年甚至几十年的跨度内几乎是恒定的。注意，角动量，而不是角速度是接近守恒的量。角速度可以改变，而角动量保持不变。上面的图表描述了周期的变化，因此角速度的变化。

地球由五个不同的旋转系统组成:内核、外核、地幔和地壳、海洋和大气。我们的地球时标UT1和UTC仅基于地幔和地壳的旋转。这五个系统并不完全同步旋转。例如，目前内核的旋转速度略快于每天一圈，而外核的旋转速度略慢于每天一圈。这些系统之间传递角动量。

在上图的“季节变化”图中可以看到一些这种转移。地幔和地壳在季节性的基础上向海洋和大气传递角动量。除去这些季节变化和其他高频变化(在上图中显示为“不规则变化”)后，剩下的是覆盖在蓝色图上的白色“趋势”线。这条白色曲线显示了白天长度的多年变化。

总结

几十万年来，由于角动量从地球自转转移到月球绕地球的轨道上，导致一天的长度逐渐增加，目前每世纪每天约2.3毫秒。这在题目中没有体现出来。在过去的几千年里，冰川后的反弹使极地地区密度较低的冰/水与密度较高的岩石交换。这减少了地球的转动惯量，从而增加了地球的自转速率。几十年来，白天长度的变化主要是由于地核和地幔之间的相互作用。这种年际变化是由于地核、地幔、海洋和大气之间角动量的转移。El Niño-Southern振荡和重力场的变化是这些年际变化的关键驱动因素。

Answer 2

大地震也被证明会改变地球自转的速度。如。2011年日本海岸发生地震．