Изменение климата или замедление вращения ядра: почему сутки на Земле становятся длиннее
Бывали ли у вас моменты, когда казалось, что день тянется дольше обычного? Возможно, это не просто ваши домыслы. Исследователи из Швейцарской высшей технической школы Цюриха недавно доказали, что ввиду климатических изменений и других факторов продолжительность дня на Земле действительно увеличивается. Сутки каждое столетие растягиваются на 2,62 миллисекунды. И это не так мало, как может показаться на первый взгляд.
Что выяснили ученые
Исчезающие ледники Гренландии и Антарктиды не только поднимают уровень моря, но и влияют на вращение нашей планеты. Представьте себе вращающийся волчок. Если утяжелить его края, он будет вращаться медленнее. То же происходит и с Землей: таяние льдов у полюсов (их масса уменьшается) и перемещение этой воды к экватору (где она, наоборот, увеличивается) смещает центр тяжести планеты.
Ученые подсчитали, что к 2100 году при сохранении текущих темпов таяния льдов и без снижения выбросов парниковых газов продолжительность суток может увеличиться на 2,62 миллисекунды. Хотя мы даже вряд ли заметим это в повседневной жизни, даже такие незначительные изменения наносят ущерб космическим путешествиям и другим аспектам развития нашей цивилизации.
Мы тоже влияем на замедление вращения Земли
На первый взгляд может показаться нереальным, что люди способны влиять на такой грандиозный процесс, как продолжительность дня. Но физика, стоящая за этим явлением, на самом деле довольно проста. Изменение климата, вызванное человеком, приводит к повышению температуры Мирового океана.
В результате талая вода с полярных ледяных шапок оттекает к экватору, подобно тому, как фигуристка раскидывает руки, замедляя вращение в пируэте. Чем дальше от оси вращения планеты перемещается эта масса воды, тем больше ее инерция, что приводит к замедлению вращения Земли. В свою очередь, замедление вращения увеличивает продолжительность суток, делая их немного длиннее стандартных 86 400 секунд.
Хотя эти изменения пока незаметны для человека, со временем они могут стать более ощутимыми. Осознание влияния человека на продолжительность дня подчеркивает важность борьбы с изменением климата. Снижение выбросов парниковых газов – это не только вопрос сохранения окружающей среды, но и вопрос сохранения привычного нам хода времени.
Все дело в строении нашей планеты
Представьте себе Землю как луковицу: слои один за другим, каждый со своими уникальными свойствами. В самом центре находится твердое ядро из железа и никеля, раскаленное, как само Солнце, и достигающее размеров трех четвертей Луны. Окружает его жидкое внешнее ядро, также из расплавленного железа и никеля, толщиной около 2400 километров.
Следующий слой - мантия, огненная река горячих пород, простирающаяся на 2900 километров. И наконец, тонкая и хрупкая кора, наш дом, покрывает всю эту массивную структуру. Но есть одна особенность: твердое внутреннее ядро вращается независимо от остальной планеты.
Ученые считают, что это вращение тесно связано с магнитным полем Земли, генерируемым внешним ядром. Тепло, покидающее раскаленное внутреннее ядро, приводит к движению железа во внешнем ядре. Это движение, в свою очередь, генерирует мощные электрические токи.
Вращение Земли вокруг своей оси закручивает эти токи, создавая магнитное поле, которое охватывает всю планету и простирается далеко в космос. Таким образом, внутреннее строение Земли - это не просто набор слоев, а сложная система, где движение одного элемента влияет на другой, создавая магнитное поле, защищающее нашу планету.
Внутреннее ядро Земли – загадка для ученых
Вращательное движение внутреннего ядра не является постоянным. На него также влияет мантия Земли – толстый слой горячих пород, окружающий ядро. Гравитационное притяжение мантии может замедлять вращение ядра, противодействуя магнитному влиянию.
В результате этих противоборствующих сил скорость вращения внутреннего ядра может периодически меняться. Прямое наблюдение за вращением внутреннего ядра невозможно. Для изучения его движения ученые используют косвенные методы, такие как анализ сейсмических волн, проходящих через различные слои Земли.
Скорость и траектория этих волн меняются в зависимости от свойств среды, через которую они проходят. Анализируя эти изменения, ученые могут делать выводы о вращении, структуре, плотности и температуре внутреннего ядра. Изучение вращения внутреннего ядра имеет важное значение. От него может зависеть продолжительность дня на Земле, а также другие характеристики нашей планеты.
Анализ сейсмических волн от землетрясений
До 2009 года характеристики сейсмических волн, проходящих через вращающееся ядро, существенно менялись. Однако после 2009 года эти изменения прекратились, что говорит о том, что ядро замедлилось и теперь вращается с той же скоростью, что и Земля. Данные также показали, что вращение внутреннего ядра меняет направление каждые 70 лет.
Последний поворот произошел в 1970-х годах, когда оно начало вращаться медленнее, чем остальная часть планеты. Эти открытия подтверждают теорию о том, что внутреннее ядро вращается независимо от остальной части Земли. Они позволяют предположить, что вращение ядра может влиять на магнитные поля и продолжительность дня.
Влияние таяния ледников на вращение Земли
В течение XX века ось вращения Земли сместилась более чем на 11 ярдов (10 метров). Исследователи объясняют, что в прошлом ученые полностью приписывали движение полюсов эффекту отступления ледников. Подъем ледников — это явление, при котором земля медленно возвращается в исходное положение после таяния льда.
Однако новое исследование показывает, что таяние, особенно в Гренландии, оказывает существенное влияние на дрейф оси Земли. "Традиционное объяснение заключается в том, что за это движение оси вращения Земли отвечает один процесс — ледниковый отскок", — сказал ведущий автор исследования Сурендра Адхикари из Лаборатории реактивного движения НАСА.
Существует геометрический эффект. Если у вас есть масса, которая находится на 45 градусов от Северного полюса (как Гренландия) или от Южного полюса (например, ледники Патагонии), она окажет большее влияние на смещение оси вращения Земли, чем масса, которая находится прямо около полюса.
Влияние Луны на скорость вращения Земли
Это не единственное, что может вызвать изменения во вращении Земли, поскольку на скорость планеты также влияют притяжение Луны и условия во внутренних слоях. Однако в двух недавних работах исследователям удалось разделить различные воздействия каждого из этих факторов.
На протяжении большей части истории Земли наибольшим фактором, влияющим на продолжительность дня, было приливное трение, вызванное гравитацией Луны, действующей на океан. Приливное трение увеличивало продолжительность дня примерно на 2,4 миллисекунды каждое столетие на протяжении миллионов лет.
Сутки меняют свою продолжительность все быстрее
По оценкам исследователей, с 1990 года по настоящее время сдвиг уровня воды из-за изменения климата увеличил продолжительность суток на 0,8 миллисекунды. Однако в сценарии с высоким уровнем выбросов парниковых газов все гораздо печальнее.
Исследователи прогнозируют, что к 2100 году темпы удлинения суток могут удвоиться. Это значит, что к концу столетия день может увеличиться более чем на 2,62 миллисекунды. Эффекты будут настолько незначительными, что люди не смогут заметить изменения на протяжении одной жизни. Однако исследователи предупреждают, что это может оказать серьезное влияние на дальнейшее развитие цивилизации.
Почему эти исследования так важны
Доктор Сурендра Адхикари говорит: "Даже если скорость движения Земли подлежит медленному изменению, этот эффект важно учитывать при навигации в космосе. Это очень важно, например если нужно послать космический зонд на другую планету". На огромных расстояниях в космосе отклонение всего в один сантиметр на Земле может означать промах по цели на сотни метров.
Это особенно важно для точных посадок, нацеленных на приземление в строго определенных точках на далеких планетах. Ученым необходимо будет оценить точный курс вращения Земли для будущих космических миссий. Ученый добавляет: "В противном случае будет невозможно приземлиться в определенном кратере на Марсе".