Изменение климата замедляет вращение Земли

Таяние полярных льдов из-за изменения климата приводит к перераспределению массы Земли, замедляя ее вращение и слегка удлиняя дни, как показали исследования Швейцарского федерального технологического института в Цюрихе. НАСАЭто указывает на большее влияние человека на динамику вращения Земли, чем считалось ранее.

Изменение климата приводит к таянию льдов в Гренландии и Антарктиде. В результате вода из этих полярных регионов попадает в мировой океан – особенно в тропики. «Это означает, что происходит сдвиг массы, и это влияет на вращение Земли», — объясняет Бенедикт Соя, профессор космической геодезии на факультете гражданской, экологической и геоматической инженерии Швейцарского федерального технологического института в Цюрихе.

«Это похоже на то, как фигуристка танцует под музыку, сначала прижимая руки к телу, а затем вытягивая их», — говорит Шуга. Первоначально быстрое вращение становится медленнее, поскольку 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 будет вращаться медленнее, дни станут длиннее. Таким образом, изменение климата также меняет продолжительность дня на Земле, хотя и незначительно.

При поддержке НАСА исследователи Швейцарского федерального технологического института в Цюрихе из группы SOGA опубликовали в научных журналах два новых исследования. Естественные науки и геология И Труды Национальной академии наук (PNAS) о том, как изменение климата повлияет на движение полюсов и продолжительность дня.

Изменение климата выходит за рамки влияния Луны

В исследовании, опубликованном в Журнале Национальной академии наук, исследователи из Швейцарского федерального технологического института в Цюрихе показали, что изменение климата также приводит к увеличению продолжительности дня на несколько миллисекунд с нынешних 86 400 секунд. Это происходит потому, что вода течет от полюсов в более низкие широты, замедляя скорость вращения.

Другая причина этого замедления — приливное трение, стимулируемое Луной. Но новое исследование приходит к неожиданному выводу: если люди продолжат выбрасывать больше парниковых газов, и температура Земли соответственно повысится, это в конечном итоге окажет большее влияние на скорость вращения Земли, чем влияние Луны, которая определила увеличение… .Продолжительность дня в течение миллиардов лет. «Человек оказывает большее влияние на нашу планету, чем мы думаем, и это, естественно, накладывает на нас большую ответственность за будущее нашей планеты», — заключает Сога.

Ось вращения Земли смещается

Однако сдвиги массы на поверхности Земли и внутри нее, вызванные таянием льда, не просто меняют скорость вращения Земли и продолжительность дня: как объясняют исследователи в Естественные науки и геологияТакже меняется ось вращения. Это означает, что точки, где ось вращения действительно встречается с поверхностью Земли, движутся. Исследователи могут наблюдать это полярное движение, которое за более длительный период времени достигает примерно десяти метров за сто лет. Здесь играет роль не только таяние ледяных щитов, но и движения, происходящие в недрах Земли. Глубоко в мантии Земли, где горные породы становятся вязкими из-за высокого давления, смещения происходят в течение длительных периодов времени. Существуют также тепловые потоки в жидком металле внешнего ядра Земли, которые отвечают за генерацию магнитного поля Земли и приводят к массовым преобразованиям.

В самой полной на сегодняшний день модели Сога и его команда показали, как движение полюсов возникает в результате отдельных процессов в ядре, мантии и климата на поверхности. Их исследование было недавно опубликовано в журнале Естественные науки и геология«Впервые мы даем полное объяснение причин долговременного движения полюсов. Другими словами, теперь мы знаем, почему и как ось вращения Земли перемещается относительно земной коры», — говорит Мустафа Каяни Шахаванди, один из Докторанты Соджи и ведущий автор исследования.

Один вывод особенно выделяется в их исследовании в Естественные науки и геология: Процессы, происходящие на Земле и внутри нее, взаимосвязаны и влияют друг на друга. «Изменение климата приводит к смещению оси вращения Земли, а обратные связи, возникающие в результате сохранения углового момента, также, по-видимому, меняют динамику ядра Земли», — объясняет Сога. «Поэтому продолжающееся изменение климата может даже повлиять на процессы глубоко внутри Земли и иметь больший масштаб, чем предполагалось ранее», — добавляет Каяни Шахванди. Однако нет причин для беспокойства, поскольку эти эффекты незначительны и вряд ли представляют риск.

Физические законы в сочетании с искусственным интеллектом

В своем исследовании полярного движения исследователи использовали так называемые нейронные сети, основанные на физике. Это новые сети искусственный интеллект (Искусственный интеллект) Методы, с помощью которых исследователи применяют законы и принципы физики для разработки особенно мощных и надежных алгоритмов. Машинное обучениеКияни Шахванди поддержал Сиддхартха Мишра, профессор математики ETH Zurich, который в 2023 году получил премию ETH Zurich Rössler Prize — крупнейшую исследовательскую награду университета и является специалистом в этой области.

Алгоритмы, разработанные Каяни Шахванди, впервые позволили зарегистрировать все различные воздействия на поверхности Земли, в ее мантии и в ее ядре, а также смоделировать их возможные взаимодействия. Результат расчетов показывает, как сместились полюса вращения Земли с 1900 года. Значения этих моделей прекрасно согласуются с реальными данными, предоставленными астрономическими наблюдениями прошлого и спутниками за последние 30 лет, а это значит, что они также позволяют делать прогнозы. будущего.

Важно для космических путешествий

«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 Сога. Даже небольшое отклонение всего в один сантиметр на земле может перерасти в отклонение в сотни метров на огромных расстояниях. «Иначе было бы невозможно приземлиться в конкретной дыре на поверхности Земли. Марс,» Он говорит.

Использованная литература:

«Все более доминирующая роль изменения климата в изменении продолжительности дня», Мустафа Каяни Шахванди, Сурендра Адхикари, Мэтью Домбири, Сиддхартха Мишра и Бенедикт Соджа, 15 июля 2024 г., Труды Национальной академии наук.
DOI: 10.1073/pnas.2406930121

«Вклад ядра, мантии и климатических процессов в движение полюсов Земли», Мустафа Каяни Шахванди, Сурендра Адхикари, Мэтью Домпери, Садик Модири, Роберт Хейнкельманн, Харальд Шу, Сиддхартха Мишра и Бенедикт Соджа, 12 июля 2024 г., Естественные науки и геология.
дои: 10.1038/s41561-024-01478-2