Hoe klimaatverandering de rotatie van de aarde verandert

15 juli 2024

Dit artikel is beoordeeld volgens het redactionele proces en beleid van Science X. Redacteuren hebben de volgende kenmerken benadrukt terwijl ze de geloofwaardigheid van de inhoud waarborgen:

• gecontroleerd op feiten
• door vakgenoten beoordeelde publicatie
• betrouwbare bron
• nagelezen

door ETH Zurich

Voor het eerst zijn onderzoekers van ETH Zurich erin geslaagd om de verschillende oorzaken van langdurige polaire beweging volledig te verklaren in het meest uitgebreide model tot nu toe, met behulp van AI-methoden. Hun model en observaties tonen aan dat klimaatverandering en de opwarming van de aarde een grotere invloed zullen hebben op de rotatiesnelheid van de aarde dan het effect van de maan, dat miljarden jaren de toename in de lengte van de dag heeft bepaald.

Klimaatverandering veroorzaakt het smelten van de ijsmassa's in Groenland en Antarctica. Water uit de poolgebieden stroomt naar de oceanen van de wereld—en vooral naar het evenaarsgebied.

'Dit betekent dat er een verschuiving van massa plaatsvindt, en dit heeft invloed op de rotatie van de aarde,' legt Benedikt Soja, hoogleraar Ruimtelijke Geodesie bij de Afdeling Civiele, Milieu- en Geomatica Engineering aan ETH Zurich, uit.

'Het is alsof een kunstschaatser een pirouette draait, eerst haar armen dichtbij haar lichaam houdt en ze dan strekt,' zegt Soja. De aanvankelijk snelle rotatie vertraagt omdat de massa's zich van de rotatieas verwijderen, waardoor de fysieke inertie toeneemt.

In de natuurkunde spreken we van de wet van behoud van impulsmoment, en dezelfde wet regelt ook de rotatie van de aarde. Als de aarde langzamer draait, worden de dagen langer. Klimaatverandering verandert dus ook de lengte van de dag op aarde, zij het minimaal.

De onderzoekers van ETH Zurich van Soja's groep hebben twee nieuwe studies gepubliceerd in de tijdschriften Nature Geoscience en Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) over hoe klimaatverandering de polaire beweging en de lengte van de dag beïnvloedt.

In de PNAS-studie tonen de onderzoekers van ETH Zurich aan dat klimaatverandering ook de lengte van de dag met enkele milliseconden verlengt vanaf de huidige 86.400 seconden. Dit komt omdat water van de polen naar lagere breedtegraden stroomt en zo de rotatiesnelheid vertraagt.

Een andere oorzaak van deze vertraging is getijdenwrijving, die wordt veroorzaakt door de maan. De nieuwe studie komt echter tot een verrassende conclusie: als mensen doorgaan met het uitstoten van meer broeikasgassen en de aarde dienovereenkomstig opwarmt, zal dit uiteindelijk een grotere invloed hebben op de rotatiesnelheid van de aarde dan het effect van de maan, dat miljarden jaren de toename in de lengte van de dag heeft bepaald.

'Wij mensen hebben een grotere invloed op onze planeet dan we beseffen,' concludeert Soja, 'en dit legt natuurlijk een grote verantwoordelijkheid op ons voor de toekomst van onze planeet.'

De verschuivingen in massa op het aardoppervlak en in het binnenste, veroorzaakt door het smeltende ijs, veranderen niet alleen de rotatiesnelheid van de aarde en de lengte van de dag: zoals de onderzoekers laten zien in Nature Geoscience, veranderen ze ook de as van de rotatie. Dit betekent dat de punten waar de rotatieas daadwerkelijk het aardoppervlak ontmoet, zich verplaatsen.

Onderzoekers kunnen deze polaire beweging observeren, die zich op langere termijn tot enkele tientallen meters per honderd jaar ontwikkelt. Niet alleen het smelten van de ijskappen speelt hierbij een rol, maar ook de bewegingen die plaatsvinden in het binnenste van de aarde.

Diep in de aardmantel, waar het gesteente door hoge druk viskeus wordt, vinden over lange tijdperken verplaatsingen plaats. En er zijn ook warmtestromen in het vloeibare metaal van de buitenste aardkern, die zowel verantwoordelijk zijn voor het genereren van het magnetische veld van de aarde als voor het veroorzaken van massaverschuivingen.

In het meest uitgebreide model tot nu toe hebben Soja en zijn team nu laten zien hoe de polaire beweging ontstaat uit individuele processen in de kern, de mantel en van het klimaat aan het oppervlak.

'Voor het eerst presenteren we een volledige verklaring voor de oorzaken van langdurige polaire beweging,' zegt Mostafa Kiani Shahvandi, een van de doctoraatsstudenten van Soja en hoofdauteur van de studie. 'Met andere woorden, we weten nu waarom en hoe de rotatieas van de aarde beweegt ten opzichte van de aardkorst.'

Een specifieke bevinding in hun studie is dat de processen op en in de aarde met elkaar verbonden zijn en elkaar beïnvloeden. 'Klimaatverandering veroorzaakt dat de rotatieas van de aarde beweegt, en het lijkt erop dat de terugkoppeling vanuit de behoudswet van impulsmoment ook de dynamiek van de aardkern verandert,' legt Soja uit.

Kiani Shahvandi voegt toe, 'Voortdurende klimaatverandering kan daarom zelfs processen diep in de aarde beïnvloeden en een grotere reikwijdte hebben dan voorheen werd aangenomen.' Er is echter weinig reden tot bezorgdheid, aangezien deze effecten klein zijn en het onwaarschijnlijk is dat ze een risico vormen.