气候变化正在导致格陵兰岛和南极洲的冰块融化。极地地区的水流入世界海洋，尤其是赤道地区。苏黎世联邦理工学院土木、环境和地理工程系空间大地测量学教授Benedikt Soja解释说:“这意味着质量正在发生变化，这正在影响地球的自转。”
Soja说:“这就像花样滑冰运动员做脚尖旋转一样，首先将手臂靠近身体，然后将它们伸出来。”最初的快速旋转变得缓慢，因为质量远离旋转轴，增加了物理惯性。在物理学中，我们说到角动量守恒定律，同样的定律也支配着地球的自转。如果地球转得慢一些，白天就会变长。因此，气候变化也改变了地球上一天的长度，尽管影响很小。
在美国宇航局的支持下，来自Soja小组的ETH研究人员在《自然地球科学》和《美国国家科学院院刊》(PNAS)上发表了两项关于气候变化如何影响极地运动和一天长度的新研究。
在《美国国家科学院院刊》的研究中，苏黎世联邦理工学院的研究人员表明，气候变化也使一天的长度从目前的86400秒增加了几毫秒。这是因为水从两极流向低纬度地区，从而减慢了自转的速度。
这种减速的另一个原因是潮汐摩擦，这是由月球引发的。然而，这项新研究得出了一个令人惊讶的结论:如果人类继续排放更多的温室气体，地球相应地变暖，这最终将对地球自转速度产生比月球效应更大的影响，月球的影响已经决定了数十亿年来一天的长度增加。Soja总结道:“我们人类对地球的影响比我们意识到的要大，这自然使我们对地球的未来负有重大责任。”
然而，由冰融化引起的地球表面和内部质量的变化不仅改变了地球的自转速度和一天的长度:正如研究人员在《自然地球科学》杂志上所表明的那样，它们还改变了自转轴。这意味着自转轴与地球表面相交的点会移动。研究人员可以观察到这种极地运动，在更长的时间范围内，每100年大约有10米的移动。不仅是冰盖的融化在起作用，地球内部发生的运动也在起作用。在地幔深处，岩石因高压而变得粘稠，位移会在很长一段时间内发生。在地球外核的液态金属中也有热流，这是产生地球磁场和导致质量变化的原因。
在迄今为止最全面的模型中，Soja和他的团队现在已经展示了极地运动是如何从地核、地幔和地表气候的各个过程中产生的。他们的研究最近发表在《自然地球科学》杂志上。“这是第一次，我们对长周期极地运动的原因提出了一个完整的解释，”穆斯塔法·基亚尼·沙赫万迪说，他是索亚的博士生之一，也是这项研究的主要作者。“换句话说，我们现在知道了地球旋转轴相对于地壳运动的原因和方式。”
在他们发表在《自然地球科学》上的研究中，一个特别突出的发现是:地球上和地球内部的过程是相互联系和相互影响的。“气候变化正在导致地球的自转轴移动，而角动量守恒的反馈似乎也在改变地核的动力学，”Soja解释说。Kiani Shahvandi补充说:“因此，持续的气候变化甚至可能影响到地球深处的过程，而且影响范围比以前想象的要大。”然而，没有什么值得担心的，因为这些影响是轻微的，不太可能构成风险。
在他们对极地运动的研究中，研究人员使用了所谓的物理信息神经网络。这些都是新颖的人工智能(AI)方法，研究人员应用物理定律和原理来开发特别强大和可靠的机器学习算法。Kiani Shahvandi得到了苏黎世联邦理工学院数学教授Siddhartha Mishra的支持，他在2023年获得了苏黎世联邦理工学院R?ssler奖，这是该大学最受尊敬的研究奖，他是该领域的专家。
Kiani Shahvandi开发的算法第一次记录了地球表面、地幔和地核的所有不同影响，并为它们可能的相互作用建立了模型。计算结果显示了自1900年以来地球的旋转磁极是如何移动的。这些模式值与过去的天文观测和过去三十年的卫星观测提供的真实数据非常吻合，这意味着它们也能对未来进行预测。
Soja说:“即使地球的自转变化缓慢，在太空导航时也必须考虑到这种影响——例如，当发射太空探测器降落在另一个星球上时。”在地球上，即使只有一厘米的微小偏差，在涉及的巨大距离上也会增长到数百米的偏差。“否则，它将不可能在火星上的一个特定的陨石坑着陆，”他说。
来源:苏黎世联邦理工学院
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