Όταν οι μάζες των πάγων της Γης λιώνουν, αλλάζει και ο τρόπος περιστροφής του πλανήτη. Ερευνητές στο ETH Zurich μπόρεσαν τώρα να δείξουν πώς η κλιματική αλλαγή μεταβάλλει τον άξονα περιστροφής της Γης και τη διάρκεια της ημέρας. Η ταχύτητα περιστροφής, η οποία μέχρι τώρα επηρεαζόταν κυρίως από το φεγγάρι, θα εξαρτηθεί τώρα πολύ περισσότερο από το κλίμα.

Εν συντομία
- Ο άξονας περιστροφής της Γης μετατοπίζεται λόγω της κλιματικής αλλαγής και των κινήσεων στο εσωτερικό της Γης. Η αντίστοιχη πολική κίνηση πυροδοτείται από μετατοπίσεις της μάζας, όπως το λιώσιμο των πολικών πάγων.
- Για πρώτη φορά, ερευνητές στο ETH Zurich μπόρεσαν να εξηγήσουν πλήρως τις διάφορες αιτίες της μακροχρόνιας πολικής κίνησης με την πιο ολοκληρωμένη μοντελοποίηση μέχρι σήμερα, χρησιμοποιώντας μεθόδους AI.
- Το μοντέλο και οι παρατηρήσεις τους δείχνουν ότι η κλιματική αλλαγή και η υπερθέρμανση του πλανήτη θα έχουν μεγαλύτερη επίδραση στην ταχύτητα περιστροφής της Γης από την επίδραση της σελήνης, η οποία έχει καθορίσει την αύξηση της διάρκειας της ημέρας για δισεκατομμύρια χρόνια.
Η κλιματική αλλαγή προκαλεί το λιώσιμο των πάγων στη Γροιλανδία και την Ανταρκτική. Το νερό από τις πολικές περιοχές ρέει στους ωκεανούς του κόσμου -και ειδικά στην περιοχή του ισημερινού. «Αυτό σημαίνει ότι λαμβάνει χώρα μια μετατόπιση της μάζας και αυτό επηρεάζει την περιστροφή της Γης», εξηγεί ο Benedikt Soja, Καθηγητής Διαστημικής Γεωδαισίας στο Τμήμα Πολιτικής, Περιβαλλοντικής και Γεωματικής Μηχανικής στο ETH Zurich.
«Είναι όπως όταν μια αθλήτρια του καλλιτεχνικού πατινάζ κάνει πιρουέτα, κρατώντας πρώτα τα χέρια της κοντά στο σώμα της και μετά τεντώνοντάς τα», λέει ο Soja. Η αρχικά γρήγορη περιστροφή γίνεται πιο αργή επειδή οι μάζες απομακρύνονται από τον άξονα περιστροφής, αυξάνοντας τη φυσική αδράνεια. Στη φυσική, μιλάμε για το νόμο της διατήρησης της γωνιακής ορμής, και αυτός ο ίδιος νόμος διέπει επίσης την περιστροφή της Γης. Αν η Γη γυρίζει πιο αργά, οι μέρες μεγαλώνουν. Επομένως, η κλιματική αλλαγή μεταβάλλει επίσης τη διάρκεια της ημέρας στη Γη, αν και ελάχιστα.
Με την υποστήριξη της αμερικανικής διαστημικής υπηρεσίας NASA, οι ερευνητές του ETH από την ομάδα του Soja δημοσίευσαν δύο νέες μελέτες στα περιοδικά Nature Geoscience και Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) σχετικά με το πώς η κλιματική αλλαγή επηρεάζει την πολική κίνηση και τη διάρκεια της ημέρας.
Η κλιματική αλλαγή ξεπερνά την επιρροή της σελήνης
Στη μελέτη PNAS, οι ερευνητές του ETH Ζυρίχης δείχνουν ότι η κλιματική αλλαγή αυξάνει επίσης τη διάρκεια της ημέρας κατά μερικά χιλιοστά του δευτερολέπτου από τα σημερινά 86.400 δευτερόλεπτα. Αυτό συμβαίνει επειδή το νερό ρέει από τους πόλους προς τα χαμηλότερα γεωγραφικά πλάτη και έτσι επιβραδύνει την ταχύτητα περιστροφής.

Μια άλλη αιτία αυτής της επιβράδυνσης είναι η παλιρροϊκή τριβή, η οποία προκαλείται από το φεγγάρι. Ωστόσο, η νέα μελέτη καταλήγει σε ένα εκπληκτικό συμπέρασμα: εάν οι άνθρωποι συνεχίσουν να εκπέμπουν περισσότερα αέρια θερμοκηπίου και η Γη ζεσταθεί αναλόγως, αυτό θα είχε τελικά μεγαλύτερη επίδραση στην ταχύτητα περιστροφής της Γης από την επίδραση της σελήνης, η οποία καθόρισε την αύξηση στη διάρκεια της ημέρας για δισεκατομμύρια χρόνια. «Εμείς οι άνθρωποι έχουμε μεγαλύτερο αντίκτυπο στον πλανήτη μας από ό,τι φανταζόμαστε», καταλήγει ο Soja, «και αυτό φυσικά μας φέρει μεγάλη ευθύνη για το μέλλον του πλανήτη μας».
Ο άξονας περιστροφής της Γης μετατοπίζεται
Ωστόσο, οι μετατοπίσεις της μάζας στην επιφάνεια της Γης και στο εσωτερικό της που προκαλούνται από το λιώσιμο των πάγων δεν αλλάζουν μόνο την ταχύτητα περιστροφής της Γης και τη διάρκεια της ημέρας: όπως δείχνουν οι ερευνητές στο Nature Geoscience, αλλάζουν επίσης τον άξονα περιστροφής. Αυτό σημαίνει ότι κινούνται τα σημεία όπου ο άξονας περιστροφής συναντά την επιφάνεια της Γης. Οι ερευνητές μπορούν να παρατηρήσουν αυτή την πολική κίνηση, η οποία, σε μεγαλύτερο χρονικό διάστημα, φτάνει σε περίπου δέκα μέτρα ανά εκατό χρόνια. Δεν είναι μόνο το λιώσιμο των φύλλων πάγου που παίζει ρόλο εδώ, αλλά και οι κινήσεις που λαμβάνουν χώρα στο εσωτερικό της Γης. Βαθιά στον μανδύα της Γης, όπου ο βράχος γίνεται παχύρρευστος λόγω της υψηλής πίεσης, οι μετατοπίσεις συμβαίνουν για μεγάλες χρονικές περιόδους. Και υπάρχουν επίσης ροές θερμότητας στο υγρό μέταλλο του εξωτερικού πυρήνα της Γης, οι οποίες είναι υπεύθυνες και δημιουργούν το μαγνητικό πεδίο της Γης και οδηγούν σε μετατοπίσεις της μάζας.
Στην πιο ολοκληρωμένη μοντελοποίηση μέχρι σήμερα, ο Soja και η ομάδα του έχουν δείξει τώρα πώς η πολική κίνηση προκύπτει από τις επιμέρους διαδικασίες στον πυρήνα, στο μανδύα και από το κλίμα στην επιφάνεια. Η μελέτη τους δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο περιοδικό Nature Geoscience. «Για πρώτη φορά, παρουσιάζουμε μια πλήρη εξήγηση για τα αίτια της πολικής κίνησης μακράς περιόδου», λέει ο Mostafa Kiani Shahvandi, ένας από τους διδακτορικούς φοιτητές του Soja και κύριος συγγραφέας της μελέτης. «Με άλλα λόγια, γνωρίζουμε τώρα γιατί και πώς κινείται ο άξονας περιστροφής της Γης σε σχέση με τον φλοιό της Γης».
Ένα εύρημα συγκεκριμένα ξεχωρίζει στη μελέτη τους στο Nature Geoscience: ότι οι διεργασίες στη Γη και στη Γη είναι αλληλένδετες και επηρεάζουν η μία την άλλη. «Η κλιματική αλλαγή προκαλεί την κίνηση του άξονα περιστροφής της Γης και φαίνεται ότι η ανάδραση από τη διατήρηση της γωνιακής ορμής αλλάζει επίσης τη δυναμική του πυρήνα της Γης», εξηγεί ο Soja. Ο Kiani Shahvandi προσθέτει: «Η συνεχιζόμενη κλιματική αλλαγή θα μπορούσε επομένως να επηρεάσει ακόμη και τις διαδικασίες βαθιά μέσα στη Γη και να έχει μεγαλύτερη εμβέλεια από ό,τι υποτίθεται προηγουμένως». Ωστόσο, υπάρχει ελάχιστος λόγος ανησυχίας, καθώς αυτές οι επιδράσεις είναι μικρές και είναι απίθανο να αποτελούν κίνδυνο.
Φυσικοί νόμοι σε συνδυασμό με τεχνητή νοημοσύνη
Για τη μελέτη τους σχετικά με την πολική κίνηση, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν αυτά που είναι γνωστά ως νευρωνικά δίκτυα πληροφορημένα από τη φυσική. Πρόκειται για νέες μεθόδους τεχνητής νοημοσύνης (AI) στις οποίες οι ερευνητές εφαρμόζουν τους νόμους και τις αρχές της φυσικής για να αναπτύξουν ιδιαίτερα ισχυρούς και αξιόπιστους αλγόριθμους για μηχανική μάθηση. Ο Kiani Shahvandi έλαβε υποστήριξη από τον Siddhartha Mishra, Καθηγητή Μαθηματικών στο ETH Zurich, ο οποίος το 2023 έλαβε το βραβείο Rössler του ETH Zurich, το πιο προικισμένο ερευνητικό βραβείο του πανεπιστημίου, και ο οποίος είναι ειδικός σε αυτόν τον τομέα.
Η πολική κίνηση περιγράφει την κίνηση του άξονα περιστροφής της Γης (εμφανίζεται με πορτοκαλί χρώμα) σε σχέση με τον γεωγραφικό βόρειο και νότιο πόλο (εμφανίζεται με μπλε χρώμα). (Βίντεο: NASA/GSFC Scientific Visualization Studio)
Οι αλγόριθμοι που ανέπτυξε ο Kiani Shahvandi κατέστησαν δυνατή για πρώτη φορά την καταγραφή όλων των διαφορετικών επιπτώσεων στην επιφάνεια της Γης, στον μανδύα και στον πυρήνα της και να μοντελοποιήσουν τις πιθανές αλληλεπιδράσεις τους. Το αποτέλεσμα των υπολογισμών δείχνει πώς κινούνται οι περιστροφικοί πόλοι της Γης από το 1900. Αυτές οι τιμές του μοντέλου συμφωνούν άριστα με τα πραγματικά δεδομένα που παρέχονται από αστρονομικές παρατηρήσεις στο παρελθόν και από δορυφόρους τα τελευταία τριάντα χρόνια, πράγμα που σημαίνει ότι επιτρέπουν επίσης προβλέψεις για το μέλλον.
Σημαντικό για ταξίδια στο διάστημα
«Ακόμη κι αν η περιστροφή της Γης αλλάζει αργά, αυτό το φαινόμενο πρέπει να λαμβάνεται υπόψη κατά την πλοήγηση στο διάστημα – για παράδειγμα, όταν στέλνουμε ένα διαστημικό ανιχνευτή για να προσγειωθεί σε άλλο πλανήτη», λέει ο Soja. Ακόμη και μια μικρή απόκλιση μόλις ενός εκατοστού στη Γη μπορεί να αυξηθεί σε απόκλιση εκατοντάδων μέτρων στις τεράστιες αποστάσεις. «Διαφορετικά, δεν θα είναι δυνατή η προσγείωση σε έναν συγκεκριμένο κρατήρα στον Άρη», λέει.
Aναδημοσίευση άρθρου της Barbara Vonarburg 15.07.2024 στο ETH Zurich News. Link to original article >
Πηγές:
Kiani Shahvandi M, Adhikari S, Dumberry M, Modiri S, Heinkelmann R, Schuh H, Mishra S, Soja B: Contributions of core, mantle and climatological processes to Earth’s polar motion. In: Nature Geoscience, Vol. 17, July 2024, p. 705–710. DOI: https://doi.org/10.1038/s41561-024-01478-2
Kiani Shahvandi M, Adhikari S, Dumberry M, Mishra S, Soja B: The increasingly dominant role of climate change on length of day variations. In: Proceedings of the National Academy of Sciences, PNAS 2024, Vol. 121, No. 30, e2406930121. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.2406930121