气候已经改变了地轴

20世纪90年代的转折点:阿拉斯加、格陵兰岛、南安第斯山脉、南极洲、高加索和中东的冰川融化在90年代中期加速,成为推动地球两极以每年3.28毫米(0.129英寸)的速度向26°E方向突然快速漂移的主要因素。地图上的颜色强度显示了从2004年4月到2020年6月,陆地上储存的水(主要是冰)的变化对两极移动的影响最大的地方。在影响最大的区域内,插入图绘制了冰川质量的变化(黑色)和陆地水的计算变化(蓝色)。资料来源:邓等人(2021年)地球物理研究快报/AGU

全球变暖导致的冰川融化很可能是导致20世纪90年代两极移动的原因。

北极和南极的位置并不是地球上一成不变的。地球旋转的地轴——或者更具体地说,看不见的线从地轴表面出现——总是在移动,由于科学家们不完全理解的过程。水在地球表面的分布方式是导致漂移的一个因素。

根据AGU的《地球物理研究快报》(Geophysical Research Letters)上的一项新研究,融化的冰川重新分配了足够多的水,导致极地漂移的方向在20世纪90年代中期转向并加速向东。《地球物理研究快报》是AGU出版的一份高影响、短形式的报告,其直接影响范围涵盖了所有地球和空间科学。

中国科学院地理科学与资源研究所博士生邓珊珊表示:“全球变暖导致的冰融化速度加快,最有可能是20世纪90年代极地漂移方向变化的原因。”他是这项新研究的主要作者。

苏黎世大学的气候科学家文森特·汉弗莱(Vincent Humphrey)解释说,地球绕着一个类似陀螺的轴旋转。他没有参与这项研究。如果陀螺的重量移动,旋转的陀螺就会随着旋转轴的变化而倾斜和摆动。当重量从一个地方转移到另一个地方时,同样的事情也发生在地球上。

根据重力恢复与气候实验(GRACE)的数据,研究人员已经能够确定从2002年开始的极地漂移的原因。GRACE是美国宇航局和德国航空航天中心的联合任务,在那一年发射了两颗卫星,并在2018年进行了后续任务。该任务通过测量不同点重力的不均匀变化,收集了关于地球质量分布的信息。

先前发布的GRACE任务数据揭示了后来改变方向的一些原因。例如,研究已经确定,北极最近远离加拿大和向俄罗斯的移动是由地球外核中熔化的铁等因素造成的。其他变化部分是由所谓的陆地水储存变化引起的,这一过程中,陆地上所有的水——包括冰川中的冻结水和陆地下储存的地下水——正在通过融化和抽取地下水而流失。

这项新研究的作者认为,在过去的二十年里,陆地上的水分流失改变了世界各地的质量分布方式,从而导致了极地漂移的变化。特别是,他们想看看它是否也能解释发生在20世纪90年代中期的变化。

1995年,极地漂移的方向由南转向东。从1995年到2020年的平均漂移速度也比1981年到1995年记录的平均速度增加了17倍左右。

现在,研究人员发现了一种方法,可以将现代的磁极跟踪分析逆向进行,从而了解这种漂移发生的原因。这项新研究计算了GRACE任务开始前的20世纪90年代的总水土流失。

地球南北两极地理位置的变化被称为极地漂移,或真正的极地漂移。资料来源:蔡崇信,公共领域

这项新研究的通讯作者、中国科学院大学中国科学院地理科学与资源研究所的水文学家刘素霞说:“这些发现为研究过去的气候驱动的极移提供了线索。”“这个项目由中国科技部资助,目的是探索水和极地运动之间的关系。”

水分流失和极地漂移

刘和她的同事利用冰川流失的数据和对地下水抽取的估计,计算出了陆地上储存的水是如何变化的。他们发现,极地地区的水分流失是极地漂移的主要驱动力,而非极地地区的水分流失则是主要驱动力。总之,所有这些水分的流失解释了极地漂移向东的变化。

“我认为这给这个问题带来了一个有趣的证据,”汉弗莱说。“它告诉你这种质量变化有多强烈——它大到可以改变地球的轴线。”

汉弗莱说,地轴的变化还不够大,不会影响日常生活。它可以改变我们所经历的一天的长度,但仅以毫秒为单位。

邓说,冰川融化速度的加快并不能完全解释这种变化。虽然他们没有对此进行具体分析,但她推测,这一微小的差距可能是由于非极地地区涉及陆地水储存的活动,比如用于农业的不可持续的地下水抽取。

汉弗莱说,这一证据揭示了人类直接活动对陆地水质量变化的影响有多大。他们的分析显示,加州、德克萨斯北部、北京周边地区和印度北部等地区的水团发生了巨大变化,这些地区一直在为农业使用抽取大量地下水。

“地下水的贡献也很重要,”汉弗莱说。“这类分析发现了当地的水资源管理问题。”

刘表示,该研究对我们在20世纪早期的土地储存土地储存的理解具有更大的影响。研究人员有176年的极地漂移数据。通过使用她和她的同事突出的一些方法,可以使用这些变化方向和速度来估计过去几年丢失了多少土地水。

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