Поскольку Земля на самом деле больше похожа не на шар, а на картофелину, она раскачивается вокруг своей оси. Исследователи выяснили, какую роль при этом играют распределения водных масс.
То, что Земля не является плоской, известно давно. Однако планета не является идеальным шаром, как считают многие. Она имеет скорее форму картофелины, которая вращается вокруг своей оси и при этом раскачивается. Причины этого кроются в неравном распределении массы Земли, ее эластичности и, таким образом, восприимчивости к перемещениям масс.
Тектонические движения и изменения в недрах земли являются причиной, другая причина – влияние климатической системы. Изменения атмосферных ветров и океанических течений, а также перепады давлений в океане выводят Землю из равновесия. Ее ось симметрии не соответствует оси вращения, которая, следовательно, начинает «петлять».
При этом изменения климата играют роль. Из-за постоянно возрастающих температур тают льды в полярных регионах и районах ледников во всем мире. Перераспределяющиеся водные массы, которые при этом высвобождаются, заставляют Землю колебаться дополнительно. Насколько сильно, выяснили американские ученые из Техасского университета.
Ученые во главе с Джианли Ченом наблюдали движения Северного полюса с 2003 по 2011 годы. Эта точка, в которой ось вращения Земли пересекает ее поверхность, отображает любое отклонение.
Феномен движения полюса
Северный полюс двигается по окружности диаметром в несколько метров. Этот феномен известен на протяжении 150 лет как движение полюсов. Как сообщают исследователи, движение Северного полюса с 2005 года показывает внезапный дрейф на восток.
В течение периода наблюдения Северный полюс сместился со своей спиралевидной траектории почти на 25 сантиметров. Чен сравнил геодезические данные со снимками спутника «Grace». Этот двойной спутник исследует гравитационное поле Земли и дает информацию об изменениях, например, в биологическом водохозяйственном хозяйстве Земли.
И в самом деле: данные показали огромное ускорение таяния льдов в Гренландии и Антарктиде примерно с 2005 года. «Перемещение полюсов обусловлено перераспределением масс на Земле», – объясняет Чен.
«С точки зрения тысяч и миллионов лет, тектонические процессы, несомненно, играют важную роль. За этот короткий период наблюдения, однако, мы предполагаем, что эти изменения гравитационного поля и, следовательно, перемещения полюсов следует искать в климатической системе».
Убывающие полярные и ледниковые льды
Убывание полярных и ледниковых льдов обусловливают в отклонении перемещения полюсов примерно 90 процентов. Неудивительно, что только в Гренландии тает до 250 миллиардов тонн льда в год.
Из Северного полярного региона, Антарктиды и больших горных ледников водные массы поступают в океан. Вследствие этого не только повышается уровень моря, также пресная вода изменяет состав океана и может повлиять на глобальную циркуляцию.
Кроме того, ледовые щиты функционируют как отражатели солнечного света и регулируют таким образом глобальный климат. За десятилетие исчезло около двенадцати процентов арктического льда. Последствия можно оценить только на основе моделей, сценарии простираются от затопления прибрежных городов до полной остановки Гольфстрима.
Джианли Чен и его команда используют поэтому данные о перемещении полюсов. «Положение Северного полюса сегодня можно при помощи лазера и GPS измерить с точностью до миллиметра»,- объясняет он.
Движения полюсов предоставляют информацию о таянии льда
«Таким образом, мы можем использовать тесную связь между таянием льда и движением полюсов и оценить потери ледовых масс по отклонениям этого движения». В своей работе они разработали модель, которая описывает как раз эти соотношения.
Вместе с измерениями гравитации со спутников «Grace» они могут рассчитать влияние отдельных компонентов климатической системы. «Grace» способен документировать подробные данные о глобальной циркуляции воды. Исследователи, таким образом, могут узнать, насколько сильно потери полярных и ледниковых льдов влияют на равновесие Земли.
Стоит взглянуть и в прошлое. Поскольку описания положения Северного полюса существуют дольше, чем данные со спутника, исследования надеются, что смогут сделать выводы и о минувших климатических явлениях. С развитием климатических моделей наблюдение из космоса становится все более важным.
Наблюдение сверху может дать лучшее понимание глобальных процессов. Так, при помощи данных «Grace» можно измерить падающий уровень грунтовых вод во всем мире, сообщают Джеймс Фамильетти и Мэттью Роделл из университета Калифорнии.
Перераспределение водных масс
«С начала миссии в 2002 году каждый месяц отмечаются изменения в гравитационном поле Земли, – говорит Фамильетти. – При таких временных рамках причина кроется в перераспределении воды».
На примере Соединенных Штатов Америки ученые показывают, как данные «Grace» фиксируют увеличение и уменьшение уровня грунтовых вод. Так, в течение всего десяти лет в районе Хьюстона уровень грунтовых вод уменьшился примерно на 23 сантиметра.
Это было связано с длительными периодами засухи. Также интенсивное сельскохозяйственное использование, как в Центральной долине Калифорнии, понижает уровень грунтовых вод примерно на 1,5 сантиметра в год. По сравнению с обширными сухими регионами Ближнего Востока и густонаселенными местами Земли цифры еще кажутся небольшими.
Уровень грунтовых вод в Индии резко понизился
Особенно в северной части Индии, в которой высокая плотность населения особо плотно влияет на грунтовые воды, ее уровень резко снижается. Считается, что потеря воды соответствует массивному таянию ледников на Аляске. Вода, которая в обоих регионах в конце концов, естественно, поступает в океан.
Исследования Чена и Фамильетти ясно показывает, насколько важными являются спутники для исследования климата. «Будущее без такой миссии было бы весьма прискорбным и в отношении регионального водного хозяйства излишне рискованным шагом назад», – говорит Фамильетти.
«Grace» создавался в течение пяти лет, однако летает уже вдвое дольше. Следующая миссия запланирована на 2017 год. С их данными, считают ученые, в будущем можно будет своевременно предсказать периоды засухи и наводнения.