Вчені використали дані за понад 120 років, щоб розшифрувати, як танення льоду, зменшення ґрунтових вод і підвищення рівня моря змінюють вісь обертання планети та подовжують дні.
Недавні дослідження показують, що дні на Землі подовжуються, і ця тенденція прискорюється через кліматичні зміни, такі як танення льодовиків і виснаження водоносного горизонту. Ці зміни в розподілі маси не тільки зміщують вісь планети, але й уповільнюють її обертання. Дослідження з використанням передових методів вимірювання, що охоплюють останнє століття, деталізують, як зміни, спричинені людиною, посилюють ці природні явища, з потенційним довгостроковим впливом на відлік часу та технології, що залежать від точного визначення часу.
Дні подовжуються через зміну клімату
Дні на Землі стають дещо довшими, і ця зміна прискорюється. Причина пов’язана з тими ж механізмами, які також спричинили звивистість осі планети приблизно на 30 футів (10 метрів) за останні 120 років. Висновки зроблені в результаті двох нещодавніх досліджень, які фінансує NASA і спрямовані на те, як кліматичний перерозподіл льоду та води вплинув на обертання Землі.
Цей перерозподіл відбувається, коли крижані покриви та льодовики тануть більше, ніж вони ростуть від снігопаду, і коли водоносні шари втрачають більше ґрунтових вод, ніж опади поповнюють. Ці результуючі зміни маси змушують планету коливатися, коли вона обертається, а її вісь змінює місце розташування — явище, яке називається полярним рухом. Вони також сповільнюють обертання Землі, що вимірюється подовженням доби. Обидва записані з 1900 року.
Полярний рух: десятиліття аналізу
Аналізуючи рух полюса протягом 12 десятиліть, вчені пояснили майже всі періодичні коливання положення осі змінами ґрунтових вод, льодовикових покривів, льодовиків і рівня моря. Відповідно до статті, нещодавно опублікованої в Nature Geoscience, коливання маси протягом 20-го століття здебільшого були результатом природних кліматичних циклів.
Ті ж дослідники об’єдналися в подальшому дослідженні, яке зосередилося на тривалості дня. Вони виявили, що з 2000 року дні стають довшими приблизно на 1,33 мілісекунди за 100 років, що є швидшим темпом, ніж будь-коли в минулому столітті. Причина: прискорене танення льодовиків і льодовикових покривів Антарктики та Гренландії внаслідок антропогенних викидів парникових газів. Їх результати були опубліковані 15 липня в Proceedings of the National Academy of Sciences.
«Спільне між двома документами полягає в тому, що пов’язані з кліматом зміни на поверхні Землі, спричинені людиною чи ні, є сильними рушійними силами змін, які ми бачимо в обертанні планети», — сказав Сурендра Адхікарі, співавтор книги обидві статті та геофізик у Лабораторії реактивного руху NASA (JPL) у Південній Каліфорнії.
Технологічне відстеження полярного руху
У перші дні вчені відстежували рух полюсів, вимірюючи видимий рух зірок. Пізніше вони перейшли на інтерферометрію з дуже довгою базовою лінією, яка аналізує радіосигнали від квазарів, або супутникову лазерну локацію, яка спрямовує лазери на супутники.
Дослідники давно припускали, що рух полюсів є результатом поєднання процесів у надрах і на поверхні Землі. Менш зрозумілим було те, наскільки кожен процес зміщує вісь і який вплив кожен з них справляє — чи то циклічні рухи, що повторюються в періоди від тижнів до десятиліть, чи постійний дрейф протягом століть, чи тисячоліть.
У своїй статті дослідники використовували алгоритми машинного навчання, щоб розібрати 120-річний рекорд. Вони виявили, що 90% повторюваних коливань між 1900 і 2018 роками можна пояснити змінами ґрунтових вод, льодовикових покривів, льодовиків і рівня моря. Решта здебільшого є результатом внутрішньої динаміки Землі, наприклад коливання від нахилу внутрішнього ядра відносно основної маси планети.
Моделі руху полюсів, пов’язані зі зсувами поверхневих мас, повторювалися кілька разів приблизно кожні 25 років протягом 20-го століття, припускаючи дослідників, що вони були здебільшого пов’язані з природними змінами клімату. У попередніх роботах було встановлено зв’язок між недавніми рухами полюсів і людською діяльністю, включно з однією, автором якої є Адхікарі, який пояснював раптовий дрейф осі на схід (починаючи приблизно з 2000 року) швидшим таненням льодових покривів Гренландії та Антарктики та виснаженням ґрунтових вод у Євразії.
Це дослідження було зосереджено на останніх двох десятиліттях, протягом яких втрата маси ґрунтових вод і льоду, а також підвищення рівня моря — все виміряно за допомогою супутників — мали сильний зв’язок зі зміною клімату, спричиненою діяльністю людини.
«До певної міри правда», що людська діяльність впливає на рух полюсів, сказав Мостафа Кіані Шахванді, провідний автор обох статей і докторант швейцарського університету ETH Zurich. «Але в кліматичній системі є природні режими, які мають головний вплив на коливання руху полюсів».
Прискорення збільшення тривалості дня
Для другої статті автори використали дані супутникових спостережень за зміною маси в рамках місії GRACE (скорочено від Gravity Recovery and Climate Experiment) та її наступної програми GRACE-FO, а також попередні дослідження балансу маси, які аналізували внесок змін у ґрунтові води, крижані покриви та льодовики до підвищення рівня моря у 20 столітті, щоб реконструювати зміни тривалості днів через ці фактори з 1900 по 2018 рік.
Завдяки історичним записам про затемнення вчені знають, що тривалість дня зростала протягом тисячоліть. Незважаючи на те, що люди майже не відчувають відставання, його слід враховувати, оскільки багато сучасних технологій, зокрема GPS, покладаються на точний час.
В останні десятиліття швидке танення крижаних щитів зрушило масу від полюсів до екваторіального океану. Це сплющення змушує Землю сповільнюватися, а день подовжується, подібно до того, як ковзаняр опускається та розводить руки, щоб сповільнити обертання.
Відразу після 2000 року автори помітили підвищення швидкості подовження дня, ця зміна тісно корелювала з незалежними спостереженнями вирівнювання. За період з 2000 по 2018 рік швидкість збільшення тривалості дня внаслідок руху льоду та ґрунтових вод становила 1,33 мілісекунди на століття — швидше, ніж за будь-який період за попередні 100 років, коли вона коливалася від 0,3 до 1,0 мілісекунди на століття. століття.
Дослідники відзначають, що подовження через зміни льоду та підземних вод може сповільнитися до 2100 року за кліматичним сценарієм значного скорочення викидів. (Навіть якби викиди припинилися сьогодні, раніше випущені гази, зокрема вуглекислий газ, залишалися б на десятиліття довше.)
Якщо викиди продовжуватимуть зростати, подовження дня внаслідок зміни клімату може сягнути 2,62 мілісекунди на століття, обігнавши вплив Місяця на припливи, які збільшували тривалість дня на Землі в середньому на 2,4 мілісекунди на століття. Цей ефект, який називають місячним приливним тертям, був основною причиною збільшення тривалості дня на Землі протягом мільярдів років.