Люди превосходят Луну по влиянию на Землю

Изменение климата приводит к таянию льдов в Гренландии (Арктика) и Антарктиде. В результате талая вода из этих полярных регионов попадает в мировые океаны, особенно в экватор. Бенедикт Соя, профессор пространственной геодезии на кафедре гражданского, экологического и геологического строительства в ETH Zurich, объясняет: «Это означает, что происходит изменение распределения масс, которое влияет на вращение Земли».

«Это похоже на то, как фигурист делает вращение, сначала прижимая руки к телу, а затем вытягивая их», — говорит Соджа. Первоначально быстрое вращение становится медленнее по мере того, как масса руки удаляется от оси вращения, увеличивая физическую инерцию. В физике мы говорим о законе сохранения момента импульса, и этот закон также управляет вращением Земли. Если бы Земля вращалась медленнее, дни были бы длиннее. Следовательно, изменение климата также меняет продолжительность дня на Земле, хотя и минимально».

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

Изменение климата превосходит влияние Луны

В исследовании PNAS исследователи ETH Zurich показывают, что изменение климата также увеличивает продолжительность дня на несколько миллисекунд с нынешних 86 400 секунд. Это происходит из-за того, что вода течет с полюсов в более низкие широты, тем самым замедляя скорость вращения в соответствии с законом сохранения момента импульса.

Другой причиной этого замедления является приливное трение, вызванное Луной. Однако новое исследование приходит к удивительному выводу: если люди продолжат выбрасывать больше парниковых газов, а Земля соответственно нагреется, мы в конечном итоге повлияем на скорость вращения планеты. Земля больше, чем влияние Луны, которое было определяющим фактором увеличения продолжительности дня на протяжении миллиардов лет. Соджа заключает: «Мы, люди, оказываем большее влияние на нашу планету, чем мы осознаем, и это, естественно, возлагает большую ответственность на человечество за будущее планеты».

Ось вращения Земли смещается

Однако изменение массы на поверхности Земли и внутри нее, вызванное таянием льда, изменяет не только скорость вращения Земли и продолжительность дня, как отмечают исследователи в журнале Nature Geoscience. Примечательно, что они также изменяют ось вращения, что означает, что условная конечная точка оси вращения на поверхности Земли фактически перемещается.

Исследователи могут наблюдать это движение полюсов в течение длительных периодов времени. Скорость движения может достигать около десяти метров за сто лет. Здесь важную роль играет не только таяние льда, но и движения, происходящие внутри Земли. Глубоко в земной коре, где породы вязкие из-за высокого давления, смещение происходит в течение длительных периодов времени. А в жидком металле внешнего ядра Земли существуют тепловые потоки, которые как создают магнитное поле Земли, так и приводят к смещению масс.

В самой полной модели на сегодняшний день Соджа и его команда показали, что движение полюсов является результатом отдельных процессов в ядре, в мантии и из-за климата на поверхности. Их исследование недавно было опубликовано в журнале Nature Geoscience.

Мостафа Киани Шахванди, один из аспирантов Соджи и ведущий автор исследования, сказал: «Впервые мы даем полное объяснение причины движения полюсов во времени. Другими словами, теперь мы знаем, почему и как ось вращения Земли движется относительно земной коры».

Одно особенно поразительное открытие в их исследовании в журнале Nature Geoscience гласит, что процессы внутри и на Земле взаимосвязаны и влияют друг на друга. «Изменение климата приводит к смещению оси вращения Земли, и, похоже, обратная связь от сохранения углового момента также изменяет динамику ядра Земли», — объясняет Соджа.

Киани Шахванди добавил: «Таким образом, продолжающееся изменение климата может даже повлиять на процессы глубоко внутри Земли и иметь больший масштаб влияния, чем предполагалось ранее». Однако поводов для беспокойства мало, поскольку эти эффекты незначительны и маловероятно, что они представляют риск.

Законы физики в сочетании с искусственным интеллектом

Для изучения движения полюсов исследователи использовали нейронные сети, основанные на физике. Это новый метод искусственного интеллекта (ИИ), в котором исследователи применяют законы и принципы физики для разработки исключительно мощных и надежных алгоритмов для принимающего компьютера. Киани Шахванди получил поддержку от Сиддхартхи Мишры, профессора математики в ETH Zurich, который в 2023 году получил премию Рёсслера ETH Zurich, высшую исследовательскую награду университета, и Мишра также является экспертом в этой области.

Алгоритмы, впервые разработанные Киани Шахванди, позволили уловить все различные эффекты на поверхности Земли, в ее мантии и в ее ядре, а также смоделировать взаимодействия, которые могут возникнуть. Результаты расчетов показывают, как сместились полюса вращения Земли с 1900 года. Эти модельные значения хорошо согласуются с реальными данными, предоставленными прошлыми астрономическими наблюдениями и спутниками за последние тридцать лет. Отсюда мы можем полагать, что алгоритм Шахванди также позволяет прогнозировать будущее.

Важно для космических путешествий

Соджа сказал: «Даже если вращение Земли меняется медленно, этот эффект все равно необходимо учитывать при навигации в космосе — например, когда мы отправляем космический зонд на посадку на другую планету». Даже небольшая ошибка в один сантиметр на Земле может составить ошибку в сотни метров на очень больших расстояниях. «Если мы не будем (учитывать изменения на Земле), мы не сможем посадить зонд в определенный кратер на Марсе», — сказал он.

Мика Сото

Обновление 19 июля 2024 г.