Ziemia, na której stoimy, nie jest tak solidna, jak się wydaje. Kilka czynników powoduje, że cała Ziemia trzęsie się i kołysze. Twardość i niezmienność podłoża pod naszymi stopami to iluzja stworzona przez nasz ograniczony punkt widzenia. Nasza planeta obraca się wokół własnej osi co 23 godziny 56 minut i 4 sekundy. Kręci się również wokół Słońca, Układ Słoneczny kręci się wokół centrum Drogi Mlecznej, a galaktyka pędzi przez wszechświat w kierunku Wielkiego Atraktora. Prędkości związane z całą tą czynnością są oszałamiające.
Nawet jeśli to wszystko nie jest brane pod uwagę, Ziemia jest daleka od stabilnej. Gdzieś pod nami ogromne odłamki skał nieustannie łamią się, tworząc doliny, wypychając góry. Zderzaj się i ciągnij ze sobą, tworząc rzeki i oceany. Ziemia pod nami nieustannie się zmienia, rozciąga i chwieje.
W większości jest to w porządku. Jednak nasze rosnące zrozumienie tych zjawisk pozwala nam dowiedzieć się więcej o wewnętrznym funkcjonowaniu naszej planety. Jest również wygodny dla każdego, kto próbuje nawigować i lądować statkiem kosmicznym. Jest siedem rzeczy, które wprawiają Ziemię w ruch. - Eppur si muove! - powiedział Galileo. A jednak się kręci.
Pod presją
Globus biurkowy to idealna kula, więc płynnie obraca się wokół ustalonej osi. Niemniej jednak Ziemia nie jest kulą, a znajdująca się w niej masa jest nierównomiernie rozłożona i ma tendencję do przemieszczania się. Dlatego zarówno oś, wokół której obraca się planeta, jak i bieguny tej osi poruszają się. Co więcej, ponieważ oś obrotu jest inna niż oś, wokół której jest zrównoważona masa, Ziemia chybocze się podczas obracania.
Ta oscylacja została przewidziana przez naukowców w epoce Izaaka Newtona. Dokładniej mówiąc, ta oscylacja składa się z kilku.
Film promocyjny:
Jedną z najważniejszych jest oscylacja Chandlera, którą po raz pierwszy zaobserwował amerykański astronom Seth Chandler Jr. w 1891 roku. Sprawia, że kijki przesuwają się o 9 metrów i kończą pełny cykl w 14 miesięcy.
Przez cały XX wiek naukowcy przedstawiali różne przyczyny, w tym zmiany w przechowywaniu wód kontynentalnych, ciśnienie atmosferyczne, trzęsienia ziemi, interakcje na granicach jądra i płaszcza Ziemi.
Geofizyk Richard Gross z Jet Propulsion Laboratory (JPL) NASA w Pasadenie w Kalifornii rozwiązał zagadkę w 2000 roku. Zastosował nowe modele meteorologiczne i oceaniczne do obserwacji oscylacji Chandlera w latach 1985-1995. Gross obliczył, że dwie trzecie tych fluktuacji jest spowodowanych wahaniami ciśnienia na dnie morskim, a jedna trzecia zmianami ciśnienia atmosferycznego.
„Ich względne znaczenie zmienia się w czasie”, mówi Gross, „ale obecnie ta przyczyna, połączenie zmian ciśnienia atmosferycznego i oceanicznego, jest uważana za główną”.
Woda ściera kamień
Pory roku są drugim co do wielkości czynnikiem związanym z chybotaniem Ziemi. Ponieważ prowadzą do geograficznych zmian deszczu, śniegu i wilgotności.
Naukowcom udało się określić bieguny na podstawie względnych pozycji gwiazd już w 1899 r., A od lat 70. XX wieku wspomagane są przez satelity. Ale nawet jeśli wyeliminujesz wpływ wahań sezonowych i wahań Chandlera, północne i południowe bieguny rotacji nadal poruszają się względem skorupy ziemskiej.
W badaniu opublikowanym w kwietniu 2016 r. Surendra Adikari i Eric Ivins z JPL zwrócili uwagę na dwa krytyczne elementy puzzli Ziemi.
Do 2000 roku oś obrotu Ziemi przesuwała się w kierunku Kanady o dwa cale rocznie. Ale potem pomiary wykazały, że oś obrotu zmieniła kierunek na Wyspy Brytyjskie. Niektórzy naukowcy sugerują, że może to być wynikiem utraty lodu w wyniku szybkiego topnienia pokrywy lodowej Grenlandii i Antarktydy.
Adikari i Ivins postanowili przetestować ten pomysł. Porównali pomiary GPS pozycji biegunów z danymi z GRACE, badania wykorzystującego satelity do pomiaru zmian masy na całej Ziemi. Okazało się, że topnienie lodu Grenlandii i Antarktydy stanowi zaledwie dwie trzecie niedawnej zmiany kierunku biegunów. Resztę, zdaniem naukowców, należy tłumaczyć utratą wody na kontynentach, głównie na obszarze lądowym Eurazji.
Region cierpi z powodu zubożenia warstwy wodonośnej i suszy. Niemniej jednak na początku ilość zaangażowanej wody wydaje się zbyt mała, aby prowadzić do takich konsekwencji.
Dlatego naukowcy przyjrzeli się położeniu dotkniętych obszarów. „Z podstawowej fizyki wirujących obiektów wiemy, że ruch biegunów jest bardzo wrażliwy na zmiany w zakresie 45 stopni szerokości geograficznej” - mówi Adikari. To znaczy dokładnie tam, gdzie Eurazja straciła wodę.
W badaniu tym zidentyfikowano również magazynowanie wody na kontynencie jako wiarygodne wyjaśnienie kolejnego chybotania w obrotach Ziemi.
Przez cały XX wiek naukowcy nie mogli zrozumieć, dlaczego oś obrotu przesuwa się co 6-14 lat, pozostawiając 0,5-1,5 metra na wschód lub na zachód od ogólnego dryfu. Adikari i Ivins odkryli, że od 2002 do 2015 roku suche lata w Eurazji odpowiadały wahaniom na wschód, a mokre - ruchom na zachód.
„Znaleźliśmy idealną parę” - mówi Adikari. „To pierwszy raz, kiedy komuś udało się zidentyfikować idealne dopasowanie między rocznym ruchem biegunów a globalną międzyroczną suszą i wilgotnością”.
Wpływ technogeniczny
Ruchy wody i lodu są spowodowane połączeniem naturalnych procesów i działań człowieka. Ale są też inne efekty, które wpływają na chybotanie ziemi.
W 2009 r. Felix Landerer, również z JPL, obliczył, że jeśli poziom dwutlenku węgla podwoi się w latach 2000–2100, oceany ogrzeją się i rozszerzą, tak że Biegun Północny będzie przesuwał się o 1,5 cm rocznie w kierunku Alaski i Hawajów przez następny wiek. …
Podobnie w 2007 roku Landerer modelował skutki ocieplenia oceanu wywołanego tym samym wzrostem ciśnienia i cyrkulacją dwutlenku węgla na dnie oceanu. Odkrył, że te zmiany mogą przesunąć masę na wyższych szerokościach geograficznych i skrócić dzień o około 0,1 milisekundy.
Trzęsienie ziemi
Nie tylko duże ilości wody i lodu wpływają na ruch obrotowy Ziemi. Przemieszczanie się skał ma również ten efekt, jeśli są wystarczająco duże.
Trzęsienia ziemi pojawiają się, gdy płyty tektoniczne tworzące powierzchnię Ziemi nagle zaczynają się „wcierać”, gdy przechodzą. To również mogłoby się przyczynić. Gross zmierzył potężne trzęsienie ziemi o sile 8,8 w skali Richtera, które nawiedziło chilijskie wybrzeże w 2010 roku. W jeszcze niepublikowanym badaniu obliczył, że ruch płyt przesunął oś Ziemi w stosunku do bilansu masowego o około 8 centymetrów.
Ale opiera się to tylko na ocenie modelu. Od tego czasu Gross i inni próbowali obserwować rzeczywiste przesunięcia obrotu Ziemi na podstawie danych o trzęsieniach ziemi z satelitów GPS.
Jak dotąd się to nie udało, ponieważ usunięcie wszystkich innych czynników, które mają wpływ na rotację Ziemi, jest raczej trudne. „Modele nie są doskonałe i występuje dużo szumów maskujących małe sygnały trzęsienia ziemi” - mówi Gross.
Ruch mas, który występuje, gdy w pobliżu przechodzą płyty tektoniczne, również wpływa na długość dnia. Gross obliczył, że trzęsienie ziemi o sile 9,1, które nawiedziło Japonię w 2011 r., Skróciło długość dnia o 1,8 mikrosekundy.
Drżąca ziemia
Kiedy dochodzi do trzęsienia ziemi, wywołuje ono fale sejsmiczne, które przenoszą energię przez trzewia ziemi.
Są ich dwa rodzaje. „Fale P” kilkakrotnie ściskają i rozszerzają materiał, przez który przechodzą; wibracje przemieszczają się w tym samym kierunku co fala. Wolniejsze „fale S” kołyszą skały z boku na bok, a wibracje są prostopadłe do kierunku ich ruchu.
Intensywne burze mogą również tworzyć słabe fale sejsmiczne, podobne do tych, które powodują trzęsienia ziemi. Fale te nazywane są mikrosejizmami. Do niedawna naukowcy nie potrafili określić źródła fal S w mikrosejzmach.
W badaniu opublikowanym w sierpniu 2016 r. Kiwamu Nishida z Uniwersytetu Tokijskiego i Ryota Takagi z Uniwersytetu Tohoku donosili, że używali sieci 202 detektorów w południowej Japonii do śledzenia fal P i S. Wyśledzili pochodzenie fal od głównej burzy północnoatlantyckiej zwanej „bombą pogodową”: podczas tej burzy ciśnienie atmosferyczne w centrum spada niezwykle szybko.
Śledzenie mikrosejsmiczności w ten sposób pomoże naukowcom lepiej zrozumieć wewnętrzną strukturę Ziemi.
Wpływ księżyca
Nie tylko ziemskie zjawiska wpływają na ruchy naszej planety. Ostatnie badania wykazały, że duże trzęsienia ziemi występują podczas pełni i nowiu księżyca. Być może dzieje się tak dlatego, że Słońce, Księżyc i Ziemia są ustawione w jednej linii, zwiększając w ten sposób siłę grawitacji działającą na planetę.
W badaniu opublikowanym we wrześniu 2016 r. Satoshi Ida z University of Tokyo i jego współpracownicy przeanalizowali naprężenia pływowe na dwa tygodnie przed dużymi trzęsieniami ziemi w ciągu ostatnich dwudziestu lat. Z 12 największych trzęsień ziemi o sile 8,2 wielkości lub większej dziewięć miało miejsce podczas pełni księżyca lub nowiu. W przypadku małych trzęsień ziemi nie znaleziono takiej korespondencji.
Ida doszła do wniosku, że dodatkowy wpływ grawitacyjny, który występuje w tych czasach, może zwiększyć wpływ sił na płyty tektoniczne. Te zmiany powinny być niewielkie, ale jeśli płyty są już pod napięciem, dodatkowa siła może wystarczyć do wywołania dużych pęknięć w skałach.
Jednak wielu naukowców jest sceptycznie nastawionych do ustaleń Idy, ponieważ zbadał on tylko 12 trzęsień ziemi.
Drżące słońce
Jeszcze bardziej kontrowersyjna jest idea, że wibracje powstające w głębi Słońca mogą wyjaśnić szereg zjawisk wstrząsów na Ziemi.
Kiedy gazy poruszają się wewnątrz Słońca, powstają dwa różne rodzaje fal. Te, które rodzą się w procesie zmian ciśnienia, nazywane są modami p, a te, które powstają, gdy gęsty materiał jest zasysany przez grawitację, nazywane są modami G.
Tryb P zajmuje kilka minut, aby zakończyć pełny cykl wibracji; g-mod trwa od dziesięciu minut do kilku godzin. Ten czas nazywany jest „okresem” moda.
W 1995 roku grupa kierowana przez Davida Thomsona z Queen's University w Kingston w Kanadzie przeanalizowała wzorce wiatru słonecznego - przepływ naładowanych cząstek emanujących ze słońca - w latach 1992-1994. Zauważyli oscylacje, które miały te same okresy, co mody p i g, co sugeruje, że wibracje słoneczne były w jakiś sposób związane z wiatrem słonecznym.
W 2007 roku Thomson ponownie poinformował, że niewyjaśnione wahania napięcia w podmorskich kablach zasilających, pomiary sejsmiczne na Ziemi, a nawet przerwy w rozmowach telefonicznych mają wzorce częstotliwości zgodne z falami wewnątrz Słońca.
Jednak naukowcy uważają, że twierdzenia Thomsona mają chwiejną podstawę. Zgodnie z symulacjami, te wibracje słoneczne, zwłaszcza mody g, powinny być tak słabe, zanim dotrą do powierzchni Słońca, że nie będą mogły w żaden sposób wpływać na wiatr słoneczny. Nawet jeśli tak nie jest, wzory te musiały zostać zniszczone przez turbulencje ośrodka międzyplanetarnego na długo przed dotarciem do Ziemi.
Być może pomysł Thomsona jest błędny. Ale jest wiele innych powodów, dla których nasza planeta trzęsie się i kołysze.
ILYA KHEL
