تغير المناخ يؤدي إلى إبطاء دوران الأرض

يؤدي ذوبان الجليد القطبي بسبب تغير المناخ إلى إعادة توزيع كتلة الأرض، وإبطاء دورانها وإطالة اليوم قليلاً، كما أبرزت دراسات المعهد الفيدرالي السويسري للتكنولوجيا في زيورخ المدعومة من ناساوهذا يشير إلى تأثير بشري أكبر على ديناميكيات دوران الأرض مما كان معترف به في السابق.

يؤدي تغير المناخ إلى ذوبان الجليد في جرينلاند والقارة القطبية الجنوبية. ونتيجة لذلك، تتدفق المياه من هذه المناطق القطبية إلى محيطات العالم – وخاصة إلى المنطقة الاستوائية. ويوضح بينيديكت سوجا، أستاذ الجيوديسيا الفضائية في قسم الهندسة المدنية والبيئية والجيوماتيكية في المعهد الفيدرالي السويسري للتكنولوجيا في زيورخ: “هذا يعني حدوث تحول في الكتلة، وهذا يؤثر على دوران الأرض”.

“يشبه الأمر ما يحدث عندما تقوم متزلجة على الجليد بالرقص على أنغام الموسيقى، فتقوم في البداية بضم ذراعيها إلى جسدها ثم تمدهما”، كما تقول سوجا. ويصبح الدوران السريع في البداية أبطأ لأن الكتل تتحرك بعيداً عن محور الدوران، مما يزيد من القصور الذاتي الفيزيائي. وفي الفيزياء، نتحدث عن قانون الحفاظ على الزخم الزاوي، وهذا القانون نفسه يحكم أيضاً دوران الأرض. فإذا دارت الأرض ببطء أكثر، تصبح الأيام أطول. وبالتالي فإن تغير المناخ يغير أيضاً طول اليوم على الأرض، وإن كان بشكل طفيف فقط.

بدعم من وكالة الفضاء الأمريكية ناسا، نشر باحثو المعهد الفيدرالي السويسري للتكنولوجيا في زيورخ من مجموعة سوجا دراستين جديدتين في المجلات العلمية علوم الطبيعة والجيولوجيا و وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم (PNAS) حول كيفية تأثير تغير المناخ على الحركة القطبية وطول اليوم.

تغير المناخ يتجاوز تأثير القمر

وفي الدراسة التي نشرتها مجلة الأكاديمية الوطنية للعلوم، أظهر باحثو المعهد الفيدرالي السويسري للتكنولوجيا في زيورخ أن تغير المناخ يؤدي أيضًا إلى زيادة طول اليوم بمقدار بضعة ميلي ثانية من 86400 ثانية الحالية. وذلك لأن الماء يتدفق من القطبين إلى خطوط العرض المنخفضة، مما يؤدي إلى إبطاء سرعة الدوران.

وهناك سبب آخر لهذا التباطؤ وهو الاحتكاك المدّي، الذي يحفزه القمر. ولكن الدراسة الجديدة توصلت إلى استنتاج مفاجئ: إذا استمر البشر في إطلاق المزيد من الغازات المسببة للاحتباس الحراري، وارتفعت درجة حرارة الأرض تبعاً لذلك، فإن هذا من شأنه أن يكون له في نهاية المطاف تأثير أكبر على سرعة دوران الأرض من تأثير القمر، الذي حدد زيادة طول اليوم لمليارات السنين. ويخلص سوجا إلى أن “البشر لديهم تأثير أكبر على كوكبنا مما ندرك، وهذا بطبيعة الحال يفرض علينا مسؤولية كبيرة عن مستقبل كوكبنا”.

محور دوران الأرض يتحول

ومع ذلك، فإن التحولات في الكتلة على سطح الأرض وفي داخلها الناجمة عن ذوبان الجليد لا تؤدي فقط إلى تغيير سرعة دوران الأرض وطول اليوم: كما يوضح الباحثون في علوم الطبيعة والجيولوجياكما أنها تغير محور الدوران. وهذا يعني أن النقاط التي يلتقي فيها محور الدوران فعليًا بسطح الأرض تتحرك. ويمكن للباحثين ملاحظة هذه الحركة القطبية، والتي تصل على مدى فترة زمنية أطول إلى حوالي عشرة أمتار لكل مائة عام. ولا يلعب ذوبان الصفائح الجليدية دورًا هنا فحسب، بل أيضًا الحركات التي تحدث في باطن الأرض. ففي أعماق وشاح الأرض، حيث تصبح الصخور لزجة بسبب الضغط العالي، تحدث عمليات النزوح على مدى فترات طويلة من الزمن. وهناك أيضًا تدفقات حرارية في المعدن السائل في اللب الخارجي للأرض، وهي مسؤولة عن توليد المجال المغناطيسي للأرض وتؤدي إلى تحولات في الكتلة.

في أكثر النماذج شمولاً حتى الآن، أظهر سوجا وفريقه الآن كيف تنشأ الحركة القطبية من العمليات الفردية في اللب، وفي الوشاح، ومن المناخ على السطح. وقد نُشرت دراستهم مؤخرًا في مجلة علوم الطبيعة والجيولوجيايقول مصطفى كياني شاهواندي، أحد طلاب الدكتوراه لدى سوجا والمؤلف الرئيسي للدراسة: “للمرة الأولى، نقدم شرحًا كاملاً لأسباب الحركة القطبية طويلة الأمد. بعبارة أخرى، نعرف الآن لماذا وكيف يتحرك محور دوران الأرض بالنسبة لقشرة الأرض”.

تبرز إحدى النتائج بشكل خاص في دراستهم في علوم الطبيعة والجيولوجيا: إن العمليات التي تجري على الأرض وفي داخلها مترابطة وتؤثر على بعضها البعض. ويوضح سوجا: “إن تغير المناخ يتسبب في تحرك محور دوران الأرض، ويبدو أن ردود الفعل الناتجة عن الحفاظ على الزخم الزاوي تعمل أيضًا على تغيير ديناميكيات قلب الأرض”. ويضيف كياني شاهواندي: “وبالتالي فإن تغير المناخ المستمر قد يؤثر حتى على العمليات في أعماق الأرض ويكون نطاقه أكبر مما كان يُفترض سابقًا”. ومع ذلك، لا يوجد سبب للقلق، حيث أن هذه التأثيرات طفيفة ومن غير المرجح أن تشكل خطرًا.

القوانين الفيزيائية جنبا إلى جنب مع الذكاء الاصطناعي

في دراستهم للحركة القطبية، استخدم الباحثون ما يعرف بالشبكات العصبية المستنيرة بالفيزياء. وهي شبكات جديدة الذكاء الاصطناعي (الذكاء الاصطناعي) الأساليب التي يطبق بها الباحثون قوانين ومبادئ الفيزياء لتطوير خوارزميات قوية وموثوقة بشكل خاص التعلم الاليحصلت كياني شاهواندي على الدعم من سيدهارتا ميشرا، أستاذ الرياضيات في المعهد الفيدرالي السويسري للتكنولوجيا في زيورخ، والذي حصل في عام 2023 على جائزة روسلر من المعهد الفيدرالي السويسري للتكنولوجيا في زيورخ، وهي أكبر جائزة بحثية تمنحها الجامعة، وهو متخصص في هذا المجال.

لقد أتاحت الخوارزميات التي طورها كياني شاهواندي لأول مرة تسجيل جميع التأثيرات المختلفة على سطح الأرض، وفي غطائها، وفي قلبها، ونمذجة تفاعلاتها المحتملة. وتظهر نتيجة الحسابات كيف تحركت أقطاب الأرض الدورانية منذ عام 1900. وتتفق قيم هذه النماذج بشكل ممتاز مع البيانات الحقيقية التي قدمتها الملاحظات الفلكية في الماضي والأقمار الصناعية على مدى الثلاثين عامًا الماضية، مما يعني أنها تمكن أيضًا من التنبؤ بالمستقبل.

مهم للسفر إلى الفضاء

“حتى لو كان دوران الأرض يتغير ببطء فقط، فيجب أخذ هذا التأثير في الاعتبار عند التنقل في الفضاء – على سبيل المثال، عند إرسال مسبار فضائي للهبوط على كوكب آخر”، كما يقول سوجا. حتى الانحراف الطفيف بمقدار سنتيمتر واحد فقط على الأرض يمكن أن ينمو إلى انحراف بمئات الأمتار على مسافات هائلة. “وإلا، فلن يكون من الممكن الهبوط في حفرة محددة على سطح الأرض. المريخ،” هو يقول.

مراجع:

“الدور المتزايد المهيمن لتغير المناخ على التغيرات في طول اليوم” بقلم مصطفى كياني شاهواندي، وسوريندرا أديكاري، وماثيو دومبيري، وسيدهارتا ميشرا، وبينيديكت سوجا، 15 يوليو 2024، وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم.
DOI: 10.1073/pnas.2406930121

“مساهمات العمليات الأساسية والوشاحية والمناخية في حركة قطبي الأرض” بقلم مصطفى كياني شاهواندي، وسوريندرا أديكاري، وماثيو دومبيري، وصادق موديري، وروبرت هاينكلمان، وهارالد شوه، وسيدهارتا ميشرا، وبينيديكت سوجا، 12 يوليو 2024، علوم الطبيعة والجيولوجيا.
دوى: 10.1038/s41561-024-01478-2