Jak zmiana klimatu wpływa na obroty Ziemi

15 lipca 2024

Ten artykuł został zrewidowany zgodnie z procesem redakcyjnym i zasadami Science X. Redaktorzy podkreślili następujące cechy, jednocześnie zapewniając wiarygodność zawartości:

• sprawdzony pod kątem faktów
• publikacja opiniowana przez środowisko naukowe
• zaufane źródło informacji
• skorygowany

przez ETH Zurich

Badacze z ETH Zurich po raz pierwszy w pełni wyjaśnili różne przyczyny długoterminowego ruchu biegunowego w najbardziej kompleksowym modelowaniu do tej pory, z wykorzystaniem metod sztucznej inteligencji. Ich model i obserwacje pokazują, że zmiany klimatyczne i globalne ocieplenie będą miały większy wpływ na prędkość obrotową Ziemi niż wpływ księżyca, który przez miliardy lat decydował o zwiększaniu długości doby.

Zmiany klimatyczne powodują topnienie lodowych mas na Grenlandii i Antarktydzie. Woda z obszarów polarnych płynie do oceanów—zwłaszcza w region równikowy.

'Oznacza to, że zachodzi przesunięcie masy, co wpływa na obroty Ziemi,' tłumaczy Benedikt Soja, profesor Geodezji Kosmicznej na Wydziale Inżynierii Cywilnej, Środowiskowej i Geodezyjnej ETH Zurich.

'To jak w przypadku łyżwiarki figurowej, która wykonuje piruet, najpierw trzymając ramiona blisko ciała, a potem je rozciągając'—mówi Soja. Początkowo szybkie obroty zwalniają, gdy masy oddalają się od osi obrotu, zwiększając bezwładność fizyczną.

W fizyce mówimy o zachowaniu pędu kątowego, a ta sama zasada również decyduje o obrotach Ziemi. Jeśli Ziemia obraca się wolniej, dni stają się dłuższe. Zmiany klimatyczne zmieniają więc również długość doby na Ziemi, chociaż tylko minimalnie.

Badacze z ETH w grupie Soja opublikowali dwa nowe badania w czasopismach Nature Geoscience i Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) na temat wpływu zmian klimatu na ruch biegunowy i długość doby.

W badaniu PNAS badacze z ETH Zurich pokazują, że zmiany klimatyczne zwiększają również długość doby o kilka milisekund w stosunku do obecnych 86400 sekund. Jest to spowodowane przepływem wody z biegunów ku niższym szerokościom geograficznym i spowalnianiem prędkości obrotowej.

Kolejną przyczyną tego spowolnienia jest tarcie pływowe, które jest wywołane przez księżyc. Jednakże nowe badania dochodzą do zaskakującego wniosku: jeśli ludzie będą nadal emitować więcej gazów cieplarnianych, a Ziemia się ociepla zgodnie z tym, to ostatecznie miałoby to większy wpływ na prędkość obrotową Ziemi niż efekt księżyca, który przez miliardy lat decydował o zwiększaniu długości doby.

'Jako ludzie mamy większy wpływ na naszą planetę, niż się zwykle zdajemy'—podsumowuje Soja—'i naturalnie spoczywa na nas wielka odpowiedzialność za przyszłość naszej planety.'

Jednakże przesunięcia masy na powierzchni i w wnętrzu Ziemi spowodowane topnieniem lodu zmieniają nie tylko prędkość obrotową Ziemi i długość doby: jak pokazują badacze w Nature Geoscience, wpływają również na osie obrotu. Oznacza to, że punkty, w których osie obrotu faktycznie spotykają się z powierzchnią Ziemi, przesuwają się.

Badacze mogą obserwować ten ruch biegunowy, który w dłuższym okresie czasu wynosi kilkanaście metrów na sto lat. Nie tylko topnienie lodowców odgrywa tu rolę, ale również ruchy zachodzące w wnętrzu Ziemi.

Głęboko w płaszczu Ziemi, gdzie skały stają się lepkie ze względu na wysokie ciśnienie, następują przemieszczenia w długich okresach czasu. Istnieją także przepływy ciepła w ciekłym metalu zewnętrznej warstwy Ziemi, które są odpowiedzialne zarówno za wytwarzanie pola magnetycznego Ziemi, jak i za prowadzenie do przesunięć masy.

W najbardziej kompleksowym modelowaniu do tej pory Soja i jego zespół pokazali teraz, jak ruch biegunowy wynika z poszczególnych procesów w jądrze, w płaszczu i z klimatu na powierzchni.

'Po raz pierwszy prezentujemy kompletną eksplozję dla przyczyn długookresowego ruchu biegunowego'—mówi Mostafa Kiani Shahvandi, jeden z doktorantów Soji i główny autor badania. 'Innymi słowy, teraz wiemy, dlaczego i w jaki sposób oś obrotu Ziemi przemieszcza się względem skorupy ziemskiej.'

Jednym z głównych wniosków wyróżniających się w ich badaniu jest to, że procesy na i wewnątrz Ziemi są ze sobą powiązane i wzajemnie się wpływają. 'Zmiany klimatyczne powodują przemieszczenie osi obrotu Ziemi, a wydaje się, że sprzężenie zwrotne wynikające z zachowania pędu kątowego również zmienia dynamikę jądra Ziemi'—wyjaśnia Soja.

Kiani Shahvandi dodaje: 'Trwające zmiany klimatyczne mogą więc nawet wpływać na procesy zachodzące głęboko wewnątrz Ziemi i mieć większy zasięg, niż wcześniej sądzono.' Jednak nie ma powodów do zmartwień, ponieważ te efekty są minimalne i mało prawdopodobne, że stanowią zagrożenie.