Земята се върти не само - наука и живот

Почвата, на която стоим, не е толкова твърда, колкото изглежда. Няколко фактора карат цялата Земя да се тресе и да се клати. Твърдостта и неизменността на земята под краката ни е илюзия, създадена от нашата ограничена гледна точка. Нашата планета се върти на оста си на всеки 23 часа 56 минути и 4 секунди. Той също се върти около слънцето, Слънчевата система се върти около центъра на Млечния път и галактиката се втурва през Вселената в посока на Големия Атрактор. Скоростите, участващи във всичко това действие, са главозамайващи.

Дори всичко това да не бъде взето под внимание, Земята далеч не е стабилна. Някъде под нас огромни парчета скали непрекъснато се чупят, образувайки долини, изтласквайки планини навън. Сблъскват се и се влачат, за да образуват реки и океани. Земята под нас постоянно и винаги се променя, разтяга се и се клати.

В по-голямата си част това е добре. Нарастващото ни разбиране за тези явления обаче ни позволява да научим повече за вътрешното функциониране на нашата планета. Също така е удобно за всеки, който се опитва да навигира и да приземи космически кораб. Има седем неща, които карат земята да се движи. „Eppur si muove!“, Каза Галилей. И все пак тя се обръща.

Под напрежение

Глобусът за бюро е идеална сфера, така че се върти плавно около фиксирана ос. Независимо от това Земята не е сфера и масата в нея е неравномерно разпределена и има тенденция да се движи. Следователно и оста, около която се върти планетата, и полюсите на тази ос се движат. Освен това, тъй като оста на въртене е различна от оста, около която е балансирана масата, Земята се клати, докато се върти.

Това трептене беше предсказано от учените още в ерата на Исак Нютон. И за да бъдем точни, това клатушкане се състои от няколко.

Едно от най-важните е трептенето на Чандлър, което за първи път се наблюдава от американския астроном Сет Чандлър-младши през 1891 година. Това кара полюсите да се движат на 9 метра и завършва пълен цикъл за 14 месеца.

През целия 20-ти век учените изтъкват много различни причини, включително промени в съхранението на континенталните води, атмосферно налягане, земетресения, взаимодействия на границите на ядрото на Земята и мантията.

Геофизикът Ричард Грос от Лабораторията за реактивно задвижване (JPL) на НАСА в Пасадена, Калифорния, разреши загадката през 2000 г. Той прилага нови метеорологични и океански модели за наблюдения на трептенето на Чандлър през 1985-1995. Грос изчислява, че две трети от тези колебания са причинени от колебания на налягането на морското дъно и една трета от промени в атмосферното налягане.

"Тяхната относителна важност се променя с течение на времето," казва Грос, "но в момента тази причина, комбинация от промени в атмосферното и океанското налягане, се счита за основна.".

Водата износва камъка

Сезоните са вторият по големина фактор, свързан с колебанията на Земята. Защото те водят до географски промени в дъжда, снега и влажността.

Учените са успели да определят полюсите, като използват относителните позиции на звездите още през 1899 г., а от 70-те години на миналия век им се помага от спътници. Но дори да премахнем влиянието на сезонните колебания и колебанията на Чандлър, северният и южният полюс на въртене все още се движат спрямо земната кора.

До 2000 г. оста на въртене на Земята се движеше към Канада с два инча годишно. Но след това измерванията показаха, че оста на въртене е променила посоката на Британските острови. Някои учени предполагат, че това може да е резултат от загуба на лед поради бързото топене на леда в Гренландия и Антарктика.

Адикари и Ивинс решиха да изпробват тази идея. Те сравняват GPS измерванията на позициите на полюсите с данни от GRACE, изследване, което използва сателити за измерване на промените в масата на Земята. Те установиха, че топенето на леда в Гренландия и Антарктика представлява само две трети от скорошната промяна в посоката на движение на полюсите. Останалото, според учените, трябва да се обясни със загубата на вода на континентите, главно в евразийската земя.

Регионът страда от изчерпване на водоносния хоризонт и суша. В началото обаче обемът на водата, участващ в това, изглежда твърде малък, за да доведе до такива последици.

Затова учените разгледаха положението на засегнатите райони. „От фундаменталната физика на въртящите се обекти знаем, че движението на полюсите е много чувствително към промени в рамките на 45 градуса ширина“, казва Адикари. Тоест точно там, където Евразия е загубила вода.

Това проучване също така идентифицира съхранението на континентална вода като правдоподобно обяснение за друго клатушкане, докато Земята се върти.

През целия 20-ти век учените не могат да разберат защо оста на въртене се измества на всеки 6-14 години, оставяйки 0,5-1,5 метра на изток или на запад от общия си дрейф. Адикари и Ивинс установиха, че от 2002 до 2015 г. сухите години в Евразия съответстват на люлеенията на изток, а влажните - на движенията на запад.

„Намерихме идеалното съвпадение“, казва Адикари. „За първи път някой успешно определи перфектното съвпадение между междугодишното полярно движение и глобалната междугодишна влажност на сушата.“.

Техногенно въздействие

Движенията на вода и лед са причинени от комбинация от естествени процеси и човешки действия. Но има и други ефекти, които влияят на клатенето на земята.

През 2009 г. Феликс Ландърър, също от JPL, изчисли, че ако нивата на въглероден диоксид се удвоят от 2000 до 2100, океаните ще се затоплят и разширят, така че Северният полюс ще се движи 1,5 сантиметра годишно към Аляска и Хавай за следващия век.

По същия начин през 2007 г. Landerer моделира ефектите от затоплянето на океана, причинени от същото увеличение на налягането и циркулацията от въглеродния диоксид на океанското дъно. Той откри, че тези промени могат да изместят масата на по-високи географски ширини и да съкратят деня с около 0,1 милисекунди.

Земетресение

Не само големите количества вода и лед оказват влияние върху въртенето на Земята при нейното движение. Изместването на скалите също има този ефект, ако те са достатъчно големи.

Но това се основава само на оценката на модела. Оттогава Грос и други се опитват да наблюдават реалните промени в въртенето на Земята от данните на GPS за земетресението.

Досега това беше неуспешно, тъй като е доста трудно да се премахнат всички други фактори, които влияят на въртенето на Земята. „Моделите не са перфектни и има много шум, маскиращ малки земетресения“, казва Грос.

Движението на масите, което се случва, когато тектонските плочи преминават наблизо, също влияе върху продължителността на деня. Грос изчисли, че земетресението с магнитуд 9,1, ударило Япония през 2011 г., е намалило продължителността на деня с 1,8 микросекунди.

Трепереща земя

Когато се случи земетресение, то изстрелва сеизмични вълни, които носят енергия през земните недра.

Има два вида от тях. „Р-вълни“ няколко пъти компресират и разширяват материала, през който преминават; вибрациите се движат в същата посока като вълната. По-бавните "S-вълни" се скалят отстрани настрани и вибрациите са под прав ъгъл спрямо посоката им на движение.

Интензивните бури също могат да създадат слаби сеизмични вълни, подобни на тези, които причиняват земетресения. Тези вълни се наричат микросеизми. Доскоро учените не можеха да определят източника на S-вълни в микросеизми.

Проследяването на микросеизми по този начин ще помогне на изследователите да разберат по-добре вътрешната структура на Земята.

Влиянието на Луната

Не само земните явления влияят върху движенията на нашата планета. Последните проучвания показват, че големи земетресения се случват с пълно и новолуние. Може би това е така, защото Слънцето, Луната и Земята са подредени, като по този начин се увеличава гравитационната сила, действаща на планетата.

Ида стигна до заключението, че допълнителното гравитационно влияние, което се появява в тези моменти, може да увеличи ефекта на силите върху тектонските плочи. Тези промени трябва да са малки, но ако плочите вече са под напрежение, допълнителната сила може да е достатъчна, за да предизвика големи фрактури в скалите.

Много учени обаче са скептични към констатациите на Ида, тъй като той е проучил само 12 земетресения.

Треперещо слънце

Още по-противоречива е идеята, че вибрациите, които произхождат дълбоко в Слънцето, могат да обяснят редица треперещи явления на Земята.

Когато газовете се движат вътре в слънцето, те пораждат два различни вида вълни. Тези, които се раждат в процеса на промени в налягането, се наричат p-режими, а тези, които се образуват, когато плътният материал е засмукан навътре от гравитацията, се наричат g-режими.

P-режимът отнема няколко минути, за да завърши пълен вибрационен цикъл; g-mod отнема от десет минути до няколко часа. Това количество време се нарича "период" на мода.

През 1995 г. екип, ръководен от Дейвид Томсън от Университета на Куинс в Кингстън, Канада, анализира модели на слънчевия вятър - потока от заредени частици, които излизат от Слънцето - от 1992 до 1994 година. Те забелязаха трептения, които имаха същите периоди като p- и g-режимите, което предполага, че слънчевите вибрации по някакъв начин са свързани със слънчевия вятър.

Учените обаче смятат, че твърденията на Томсън имат нестабилна почва. Според симулациите тези слънчеви вибрации, особено g-режимите, трябва да са толкова слаби, докато достигнат повърхността на Слънцето, че да не могат да повлияят по никакъв начин на слънчевия вятър. Дори и да не е така, тези модели трябва да са били унищожени от турбуленцията на междупланетната среда много преди да достигнат Земята.

Може би идеята на Томсън не е правилна. Но има много други причини, поради които нашата планета се тресе и поклаща.