Оказалось, что таяние ледников влияет на скорость Земли и смещает ось ее вращения

Изменение климата приводит к таянию гренландских и антарктических льдов, перемещению воды в экваториальные регионы и влиянию на вращение Земли, что удлиняет дни на несколько миллисекунд. Исследователи из ETH Zurich при поддержке NASA показали, что это влияние может превзойти влияние Луны на скорость вращения Земли, а также сместить ось вращения Земли.

Таяние полярных льдов в результате изменения климата приводит к перераспределению массы Земли, замедлению ее вращения и незначительному увеличению продолжительности дня, как показали исследования ETH Zurich, поддержанные NASA. Это свидетельствует о большем влиянии человека на динамику вращения Земли, чем признавалось ранее.

Изменение климата приводит к таянию льдов в Гренландии и Антарктиде. В результате вода из этих полярных областей поступает в Мировой океан — и особенно в экваториальный регион. По словам Бенедикта Соджа, профессора космической геодезии на факультете гражданского, экологического и геоматического строительства ETH Zurich, это означает смещение массы, что влияет на вращение Земли.

«Это похоже на то, как фигурист делает пируэт, сначала держа руки близко к телу, а затем вытягивая их, — говорит Соджа. — Изначально быстрое вращение становится медленнее, потому что массы удаляются от оси вращения, увеличивая физическую инерцию. В физике мы говорим о законе сохранения углового момента, и этот же закон управляет вращением Земли. Если Земля вращается медленнее, то дни становятся длиннее. Таким образом, изменение климата также приводит к изменению продолжительности дня на Земле, хотя и незначительному».

При поддержке американского космического агентства NASA ученые ETH из группы Соджи опубликовали в журналах Nature Geoscience и Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) два новых исследования о том, как изменение климата влияет на полярное движение и продолжительность дня.

В исследовании PNAS ученые ETH Zurich показывают, что изменение климата также увеличивает длину дня на несколько миллисекунд по сравнению с нынешними 86,4 тыс. секунд. Это происходит потому, что вода перетекает с полюсов в более низкие широты, замедляя тем самым скорость вращения.

Другой причиной такого замедления является приливное трение, вызываемое Луной. Однако новое исследование пришло к неожиданному выводу: если люди продолжат выбрасывать больше парниковых газов, а Земля будет нагреваться, это в конечном итоге окажет большее влияние на скорость вращения Земли, чем влияние Луны, которая определяет увеличение длины дня на протяжении миллиардов лет.

«Мы, люди, оказываем большее влияние на нашу планету, чем мы думаем, — заключает Соджа. — И это, естественно, накладывает на нас большую ответственность за будущее нашей планеты».

Однако смещения массы на поверхности Земли и в ее недрах, вызванные таянием льда, не только изменяют скорость вращения Земли и продолжительность дня: как показывают исследователи в журнале Nature Geoscience, они также изменяют ось вращения. Это означает, что точки, в которых ось вращения пересекается с поверхностью Земли, перемещаются.

Исследователи могут наблюдать это полярное движение, которое за более длительный период времени составляет около 10 м за сто лет. Здесь играет роль не только таяние ледяных щитов, но и движение, происходящее в недрах Земли. Глубоко в мантии Земли, где горная порода становится вязкой из-за высокого давления, происходят смещения в течение длительных периодов времени.

Также существуют тепловые потоки в жидком металле внешнего ядра Земли, которые отвечают за генерацию магнитного поля Земли и приводят к смещениям массы. В ходе наиболее полного на сегодняшний день моделирования Соджа и его команда показали, как полярное движение является результатом отдельных процессов в ядре, мантии и климата на поверхности.

Их исследование было недавно опубликовано в журнале Nature Geoscience. «Впервые мы представляем полное объяснение причин долгопериодного полярного движения, — говорит Мостафа Киани Шахванди, один из докторантов Соджа и ведущий автор исследования. — Другими словами, мы теперь знаем, почему и как ось вращения Земли перемещается относительно земной коры».

В исследовании выделяется один вывод: процессы на Земле и в ней взаимосвязаны и влияют друг на друга. Изменение климата приводит к перемещению оси вращения Земли, и, похоже, обратная связь относительно сохранения углового момента также изменяет динамику земного ядра, поясняет Соджа.

Киани Шахванди добавляет, что таким образом текущее изменение климата может даже влиять на процессы, происходящие глубоко внутри Земли, и иметь больший охват, чем предполагалось ранее. Однако поводов для беспокойства нет, поскольку эти эффекты незначительны и вряд ли представляют опасность.

Для изучения полярного движения исследователи использовали так называемые нейронные сети, основанные на физических законах. Это новые методы ИИ, в которых исследователи применяют законы и принципы физики для разработки особенно мощных и надежных алгоритмов машинного обучения.

Алгоритмы, разработанные Киани Шахванди, впервые позволили зафиксировать все различные эффекты на поверхности Земли, в ее мантии и в ядре, а также смоделировать их возможное взаимодействие. Результат расчетов показывает, как сместились полюса вращения Земли с 1900 года.

Эти модельные значения прекрасно согласуются с реальными данными, полученными в результате астрономических наблюдений в прошлом и с помощью спутников за последние тридцать лет, а значит, позволяют делать прогнозы на будущее.

«Даже если вращение Земли меняется очень медленно, этот эффект необходимо учитывать при навигации в космосе, например при отправке космического зонда на посадку на другую планету, — говорит Соджа. — Даже незначительное отклонение всего на один сантиметр на Земле может вырасти до отклонений в сотни метров на огромных расстояниях. Иначе невозможно будет приземлиться в конкретном кратере на Марсе».

Ранее компания Mitti Labs заявила, что стремится ограничить выбросы метана и потери воды при выращивании риса с помощью своих технологических решений. Рис — основная культура более чем для половины населения Земли. Спрос на него растет вместе с увеличением численности населения в Южной и Юго-Восточной Азии. Однако значительная часть рисовых ферм по-прежнему использует традиционные методы выращивания, которые приводят к значительным выбросам метана, что является одним из основных факторов изменения климата.