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2017年7月

舞者地球的气候变化故事

来源:《中国科技教育》 2017年第二期 叶谦

       据美国《国家地理》杂志报道,与北美板块每年移动15〜25毫米,亚欧板块每年移动7〜14毫米,印度洋板块每年移动26〜36毫米相比,澳大利亚向北的移动速度达到了每年62〜70毫米。与1994年的全球定位系统(即GPS)坐标相比,澳大利亚已经移动了约1.5米。由于GPS坐标是不变的,澳大利亚就必须调整自己的地心基准坐标和更新自己的经纬度,以确保真实位置与吻合。在过去的50年里,澳大利亚已经4次更新本国地图的坐标,以抵消板块漂移的影响。

澳大利亚在“漂移”

 

事实上,除了地球上各个大陆板块在不断运动,地球本身更是一个“跳动的舞者”。长期以来,记录、找寻和理解地球舞动所跟随的“舞曲”,一直是天文学家、地球物理学家的重要工作之一,随着气候变化问题研究的不断深入,气候学家也正在加入到这项工作之中。

地球以地轴为中心的自转和围绕太阳的公转是我们每天都在感受到的“地球舞蹈”中的主节拍。由于不是像地球仪一样的完美球体,地球在各地的质量分配也不均匀,因此,当地球在旋转时会不停地抖动,其中最著名的是命名为“钱德勒摆动”的地球两极位移。

由于亚欧大陆水量变化所引发的地球旋转轴变化(上图2005—2011年位置,下图2012—2015年位置)

 

1891年,美国天文学家钱德勒发现地球两极存在位移幅度约为9米的摆动,并且每14个月左右构成一个完整的循环。而对产生这一现象的原因,则直到2000年才由美国宇航局地球物理学家格罗斯利用最新的气象与海洋模型给出了合理解答。格罗斯的计算结果表明,钱德勒摆动的三分之二是由海床压力的变化引发的,剩下的三分之一则与大气压变化有关。

季节变化是影响地球舞蹈的第二主节拍,因为在不同地区和不同季节降雨量、降雪量和湿度都会出现变化。科学家最新研究发现,由气候变化所导致的地球质量分布的改变是地球舞蹈的第三节拍。

被称作“天气炸弹”的超级风暴


通过对比南北极GPS位置数据与检测地球质量变化的GRACE卫星数据,科学家发现,地球旋转轴是在加拿大和不列颠群岛之间的摆动,三分之二是由于格陵兰岛和南极洲的冰盖快速消融造成,而其余部分则是因为亚欧大陆的储水量减少。根据旋转物体的基本物理规律,两极对纬度45度附近地区质量变化非常敏感。而该地区正是欧亚大陆水资源减少最明显的地方。观测发现,在2002—2015年间,每逢欧亚大陆遭遇干旱的年份,地轴便会向东倾斜;而当该地区较为湿润时,地轴便会朝西倾斜。这是科学家首次发现全球的水循环变化与地轴的偏移方向之间存在一对一的匹配关系。

另外,近年来世界各地不断报道的超级风暴,也会产生类似于地震的微弱地震波,被称作微震波,微震波可以在地球内部传播能量。有研究表明,随着气候变化的日趋明显,超级风暴出现的频率有增加,这也会增加地球舞蹈的不确定性。

除了以上这些因素之外,其他对地球舞蹈节奏能够产生影响的还有地震及月球和太阳活动。例如,科学家计算发现,2010年发生在智利沿海的8.8级大地震,所造成的地质板块移动使地球的质量分布轴线偏移了约8厘米,2011年发生在日本的9.1级地震也使每一天的时间缩短了1.8微秒。

总之,虽然地球舞蹈的节奏大部分是由自然因素所控制,但随着人类活动的加剧,对地球环境的影响日趋显著,日积月累的人类活动不但会对地球表面自然环境造成影响,也会影响到类似地球摆动这样一些深远的变化,并最终对人类的生存造成新的风险。