摘自 杨学祥 老师的科学网博客

       地球各圈层成分的不同，是重力分异造成的，地球表面的重物质在重力作用下向地心集中的同时，地球动能也向地核集中，加快了内核的自转速度，减慢了地壳和地幔的自转速度，形成了不同圈层旋转速度的差异，其中内核旋转最快，地壳最慢，这就造成了重力分异使地球自转变慢的假象。地震波测量表明，内核每年相对东向旋转约0.4°~1.8°。当核幔角动量交换将动能转变为热能积累在核幔边界时，由于重力分异导致地球转动惯量减少，地球各圈层的平均转速将加快。

       模型计算表明，早期均匀地球的初始自转角速度ω0为4.36×10^-4rad/s，自转动能为9.2×10³⁰J。重力分异使一个均匀自转的地球变为分层差异旋转的地球，由于重力位能降低，位能减少量为2.3×10³¹J，其中1.05×10³¹J转变为地核的动能，1.25×10³¹J转变为热能使地球增温1500℃，分层差异旋转的地球自转动能增加到1.97×10³¹J。通过核幔角动量交换，地球各圈层最终以统一的自转角速度1.2w₀自转，地核输出自转动能1.25×10³¹J，其中，3.85×10³⁰J使地壳和地幔的动能增大，8.66×10³⁰J变为热能积累在核幔边界。这是外核是地球内部唯一的液态圈层的原因。

       根据表1的计算数据，均匀地球通过重力分异演化为2层不同密度地球，顶层角速度减少为原来的0.9倍，底层角速度增大到原来的4倍；旋转动能由原来的9.2×10³⁰J，增加到12.76×10³⁰J；转动惯量由原来的9.7078×10⁴⁴g·cm²，减少为9.4525×10⁴⁴g·cm²；通过角动量交换，外层加速，内层减速，内外两层以1.0265 w₀的角速度统一旋转，有3.29341×10³⁰J的自转动能变为热能积累在内外圈层的边界。

       根据表的计算数据，均匀地球通过重力分异演化为8层不同密度地球，顶层角速度减少为原来的0.602倍，底层角速度增大到原来的27.405倍；旋转动能由原来的9.2×10³⁰J，增加到19.67×10³⁰J；转动惯量由原来的9.7078×10⁴⁴g·cm²，减少为8.11693×10⁴⁴g·cm²；通过角动量交换，外层加速，内层减速，内外两层以1.1949 w₀的角速度统一旋转，有8.65733×10³⁰J的自转动能变为热能积累在核幔边界，这是外核成为地球内部唯一的液态圈层的原因。

       比较表2和表3，2层地球变为8层地球，统一角速度由1.0265 w₀变为1.1949w₀；有5.36392×10³⁰J的自转动能变为热能积累在核幔边界。核幔边界是密度增减变化的分界面，是压力增减变化的分界面，是转动惯量增减变化的分界面，是自转动能增减变化的分界面，因此，它既是动能交换的界面，也是热能交换的界面，其物理学意义不容忽视。因为内核的密度最大，接近极限，不可能继续分层，所以8层地球和18层地球模型各项典型数据差别不大，这表明地球重力分异的大规模能量释放过程基本结束。

       除了重力分异外，潮汐摩擦使地壳和地幔自转速度减慢，为核幔差异旋转提供新的动力。

发布于 2017-11-27

https://zhuanlan.zhihu.com/p/31436059

参考文献

1.   杨冬红, 杨学祥.2013.a 地球自转速度变化规律的研究和计算模型. 地球物理学进展, 28（1）：58-70。

Yang D H, Yang XX. 2013a. Study and model on variation ofEarth’s Rotation speed. Progress inGeophysics (in Chinese), 28（1）：58-70.