Po prvi put, istraživači sa ETH u Cirihu su bili u mogućnosti da u potpunosti objasne različite uzroke dugotrajnog polarnog kretanja u najsveobuhvatnijem modelovanju do sada, koristeći metode veštačke inteligencije. Njihov model i njihova zapažanja pokazuju da će klimatske promene i globalno zagrevanje imati veći uticaj na brzinu rotacije Zemlje od uticaja Meseca, koji je odredio povećanje dužine dana milijardama godina.
Klimatske promene uzrokuju topljenje ledenih masa na Grenlandu i Antarktiku. Voda iz polarnih regiona teče u svetske okeane — a posebno u ekvatorijalni region.
„To znači da se dešava pomeranje mase i to utiče na rotaciju Zemlje“, objašnjava Benedikt Soja, profesor svemirske geodezije na Odseku za građevinsko, ekološko i geomatsko inženjerstvo na ETH Cirihu.
„To je kao kada umetnička klizačica pravi piruetu, prvo prigrlivši ruke uz telo pa ih ispruži“, kaže Soja. Prvobitno brza rotacija postaje sporija jer se mase udaljavaju od ose rotacije, povećavajući fizičku inerciju.
U fizici govorimo o zakonu održanja ugaonog momenta, a ovaj isti zakon takođe upravlja rotacijom Zemlje. Ako se Zemlja sporije okreće, dani postaju duži. Klimatske promene stoga takođe menjaju dužinu dana na Zemlji, iako samo minimalno.
Istraživači ETH iz Sojine grupe objavili su dve nove studije u časopisima Nature Geoscience i Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) o tome kako klimatske promene utiču na polarno kretanje i dužinu dana.
U studiji PNAS, istraživači ETH Ciriha pokazuju da klimatske promene takođe povećavaju dužinu dana za nekoliko milisekundi sa trenutnih 86.400 sekundi. To je zato što voda teče sa polova na niže geografske širine i tako usporava brzinu rotacije.
Drugi uzrok ovog usporavanja je trenje plime i oseke, koje pokreće Mesec. Međutim, nova studija dolazi do iznenađujućeg zaključka: ako ljudi nastave da emituju više gasova staklene bašte i Zemlja se u skladu s tim zagreje, to bi na kraju imalo veći uticaj na brzinu rotacije Zemlje nego efekat Meseca, koji je odredio povećanje u dužini dana milijardama godina.
„Mi ljudi imamo veći uticaj na našu planetu nego što mislimo“, zaključuje Soja, „i to naravno na nas stavlja veliku odgovornost za budućnost naše planete“.
Međutim, pomeranja mase na Zemljinoj površini iu njenoj unutrašnjosti izazvana ledom koji se topi ne samo da menjaju brzinu rotacije Zemlje i dužinu dana: kao što istraživači pokazuju u Nature Geoscience, oni takođe menjaju osu rotacije. To znači da se pomeraju tačke u kojima se osa rotacije zapravo susreće sa Zemljinom površinom.
Istraživači mogu da posmatraju ovo polarno kretanje, koje u dužem vremenskom periodu dolazi do nekih deset metara na sto godina. Ovde ne igra ulogu samo otapanje ledenih pokrivača, već i kretanja koja se dešavaju u unutrašnjosti Zemlje.
Duboko u Zemljinom omotaču, gde stena postaje viskozna zbog visokog pritiska, pomeranja se dešavaju tokom dugih vremenskih perioda. A tu su i toplotni tokovi u tečnom metalu spoljašnjeg jezgra Zemlje, koji su odgovorni i za generisanje Zemljinog magnetnog polja i za pomeranje mase.
U najsveobuhvatnijem modelovanju do sada, Soja i njegov tim su sada pokazali kako polarno kretanje proizilazi iz pojedinačnih procesa u jezgru, u plaštu i klimi na površini.
„Prvi put predstavljamo kompletno objašnjenje za uzroke dugoperiodnog polarnog kretanja“, kaže Mostafa Kiani Šahvandi, jedan od Sojinih doktorskih studenata i glavni autor studije. „Drugim rečima, sada znamo zašto i kako se Zemljina osa rotacije kreće u odnosu na Zemljinu koru.
Jedan nalaz koji se posebno ističe u njihovoj studiji je da su procesi na Zemlji i u njoj međusobno povezani i utiču jedni na druge. „Klimatske promene uzrokuju pomeranje Zemljine ose rotacije, a čini se da povratna informacija od očuvanja ugaonog momenta takođe menja dinamiku Zemljinog jezgra“, objašnjava Soja.
Kiani Šahvandi dodaje: „Tekuće klimatske promene bi stoga mogle da utiču na procese duboko unutar Zemlje i da imaju veći domet nego što se ranije pretpostavljalo. Međutim, malo je razloga za zabrinutost, jer su ovi efekti manji i malo je verovatno da predstavljaju rizik.
Za svoju studiju o polarnom kretanju, istraživači su koristili ono što je poznato kao neuronske mreže zasnovane na fizici. Ovo su nove metode veštačke inteligencije (AI) u kojima istraživači primenjuju zakone i principe fizike da bi razvili posebno moćne i pouzdane algoritme za mašinsko učenje. Kiani Šahvandi je dobio podršku od Sidarte Mišre, profesora matematike na ETH Cirihu.
Algoritmi koje je razvio Kiani Shahvandi omogućili su po prvi put da se zabeleže svi različiti efekti na površini Zemlje, u njenom plaštu i u njenom jezgru, i da se modeluju njihove moguće interakcije. Rezultat proračuna pokazuje kako su se Zemljini rotacioni polovi pomerali od 1900. Ove vrednosti modela su u odličnoj saglasnosti sa stvarnim podacima astronomskih posmatranja u prošlosti i satelita u poslednjih trideset godina, što znači da omogućavaju i prognoze za Budućnost.
„Čak i ako se rotacija Zemlje sporo menja, ovaj efekat se mora uzeti u obzir prilikom navigacije u svemiru — na primer, kada se šalje svemirska sonda da sleti na drugu planetu“, kaže Soja. Čak i neznatno odstupanje od samo jednog centimetra na Zemlji može narasti do odstupanja od stotine metara na velikim udaljenostima.
„U suprotnom, neće biti moguće sleteti u određeni krater na Marsu“, kaže on.
