Ο πλανήτης Γη αλλάζει σχήμα - Οι επιστήμονες δεν περίμεναν να συμβεί τόσο γρήγορα
Η Γη φαίνεται σχεδόν σφαιρική όταν την κοιτάζουμε από το Διάστημα, όμως η περιστροφή της σημαίνει ότι δεν υπήρξε ποτέ μια τέλεια σφαίρα
.jpg?t=NvUlYdzpS8HZd-ku-msPVQ)
Snapshot
- Η στερεή επιφάνεια της Γης παρουσιάζει παγκόσμια παραμόρφωση, με ταχύτατη ανύψωση στις πολικές περιοχές και καθίζηση κοντά στον Ισημερινό μεταξύ 1997 και 2015.
- Η ανύψωση των πόλων επιταχύνθηκε από 0,5 σε 1 χιλιοστό ανά έτος, ενώ η επιφάνεια γύρω από τον Ισημερινό υποχωρεί με αυξανόμενο ρυθμό.
- Η απώλεια πάγων στη Γροιλανδία και την Ανταρκτική μειώνει το φορτίο στη Γη, προκαλώντας ανύψωση, ενώ το λιωμένο νερό μεταφέρεται στους ωκεανούς, ανακατανέμοντας τη μάζα και παραμορφώνοντας τη στερεή Γη και τον πυθμένα των ωκεανών.
- Η στερεή Γη γίνεται γεωμετρικά λιγότερο πεπλατυσμένη, ενώ το βαρυτικό σχήμα (γεωειδές) γίνεται πιο πεπλατυσμένο λόγω της ανακατανομής μάζας από τον πάγο στους ωκεανούς.
- Οι μετρήσεις GNSS καταγράφουν τη φυσική μετακίνηση της επιφάνειας, ενώ οι βαρυτικές μετρήσεις περιγράφουν τις μεταβολές της κατανομής μάζας, εξηγώντας γιατί οι δύο αυτές ιδιότητες εξελίσσονται προς διαφορετικές κατευθύνσεις.
Η στερεή επιφάνεια της Γης υφίσταται μια μετρήσιμη παγκόσμια παραμόρφωση, με τις πολικές περιοχές να ανυψώνονται ολοένα ταχύτερα, ενώ περιοχές κοντά στον Ισημερινό βυθίζονται. Νέα έρευνα που δημοσιεύτηκε στο Journal of Geophysical Research: Solid Earth δείχνει ότι αυτή η διαδικασία επιταχύνθηκε μεταξύ 1997 και 2015, αποκαλύπτοντας πώς οι αλλαγές στους πάγους, τους ωκεανούς, τη βαρύτητα και το βραχώδες υπόβαθρο του πλανήτη μπορούν να μεταβάλλουν ταυτόχρονα τη Γη με διαφορετικούς τρόπους.
Οι πόλοι της Γης ανυψώνονται ταχύτερα
Η Γη φαίνεται σχεδόν σφαιρική όταν την κοιτάζουμε από το Διάστημα, όμως η περιστροφή της σημαίνει ότι δεν υπήρξε ποτέ μια τέλεια σφαίρα. Η περιστροφή προκαλεί μια ελαφριά διόγκωση γύρω από τον Ισημερινό και επιπέδωση στις πολικές περιοχές, δημιουργώντας ένα σχήμα που οι επιστήμονες μπορούν πλέον να παρακολουθούν με ολοένα μεγαλύτερη ακρίβεια μέσω γεωδαιτικών μετρήσεων.
Ο Κρίστοφερ Κοτσάκης, γεωλόγος στο Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης, εξέτασε εάν το στερεό σχήμα της Γης έχει μεταβληθεί τις τελευταίες δεκαετίες. Η ανάλυσή του, που δημοσιεύτηκε στο Journal of Geophysical Research: Solid Earth, βασίστηκε σε παρατηρήσεις από ένα παγκόσμιο δίκτυο σταθμών Global Navigation Satellite System (GNSS), προκειμένου να καταγραφούν οι μικρές κατακόρυφες μετακινήσεις της επιφάνειας της Γης από το 1997 έως το 2015.
Το μοτίβο που προέκυψε ήταν παγκόσμιο και δεν περιοριζόταν σε μία συγκεκριμένη περιοχή.
Μεταξύ 1997 και 2000, οι πολικές περιοχές ανυψώνονταν με ρυθμό περίπου 0,5 χιλιοστά τον χρόνο. Μέχρι το 2015, ο ρυθμός αυτός είχε φτάσει περίπου το 1 χιλιοστό τον χρόνο.
Στα χαμηλότερα γεωγραφικά πλάτη, η κατάσταση ήταν αντίθετη: η στερεή επιφάνεια γύρω από την περιοχή του Ισημερινού υποχωρούσε και αυτή η καθοδική κίνηση επιταχύνθηκε επίσης κατά την εξεταζόμενη περίοδο.
«Τα αποτελέσματά μας δείχνουν μια επιτάχυνση της πολικής ανύψωσης, η οποία συνοδεύεται από αντίστοιχη αύξηση του ρυθμού καθίζησης στην περιοχή του Ισημερινού», γράφει ο Κοτσάκης.
Συνολικά, αυτές οι κατακόρυφες μετακινήσεις περιγράφουν μια μικρή αλλά μετρήσιμη αλλαγή στο βραχώδες σχήμα του πλανήτη.
«Αυτό σημαίνει ότι το συνολικό σχήμα της στερεής Γης γίνεται ελαφρώς λιγότερο πεπλατυσμένο».
Οι πάγοι που λιώνουν μπορούν να μετακινήσουν περισσότερη μάζα από τους ωκεανούς
Ο μηχανισμός πίσω από αυτές τις μετρήσεις ξεκινά από μια ιδιότητα της Γης που εύκολα παραβλέπεται σε ανθρώπινη κλίμακα: τα εξωτερικά στρώματα του πλανήτη μπορούν να παραμορφώνονται όταν αλλάζουν τα φορτία που δέχονται.
Όταν συσσωρεύεται μεγάλη ποσότητα μάζας στην επιφάνεια, το υλικό από κάτω ανταποκρίνεται στο βάρος. Όταν το φορτίο απομακρύνεται, η στερεή Γη μπορεί σταδιακά να ανυψωθεί ξανά.
Ένα από τα πιο χαρακτηριστικά παραδείγματα είναι η παγετωνική ισοστατική προσαρμογή, δηλαδή η συνεχιζόμενη αντίδραση της Γης στην εξαφάνιση των τεράστιων παγετώνων που κάλυπταν μεγάλες περιοχές κατά την τελευταία παγετώδη περίοδο. Παρότι εκείνη η περίοδος ολοκληρώθηκε πριν από χιλιάδες χρόνια, τμήματα του φλοιού και του μανδύα της Γης εξακολουθούν να προσαρμόζονται.
Η σύγχρονη απώλεια πάγου αποτελεί μία ακόμη πηγή μεταβολής των φορτίων στην επιφάνεια του πλανήτη.
Η Γροιλανδία και η Ανταρκτική χάνουν πάγο, μειώνοντας τη μάζα που πιέζει τη στερεή Γη από κάτω. Καθώς αυτό το φορτίο μειώνεται, το έδαφος μπορεί να ανυψωθεί.
Το νερό από τους πάγους που λιώνουν, όμως, δεν εξαφανίζεται από το γήινο σύστημα. Μεταφέρεται στους ωκεανούς, ανακατανέμοντας τη μάζα στον πλανήτη και προσθέτοντας επιπλέον βάρος στον πυθμένα των ωκεανών.
Έτσι δημιουργείται μια αλληλένδετη αντίδραση: αποφόρτιση των περιοχών που καλύπτονται από πάγο, ανακατανομή του νερού στους ωκεανούς και παραμόρφωση της στερεής Γης τόσο κάτω από τις παγωμένες περιοχές όσο και κάτω από τους ωκεανούς.
Οι μετρήσεις των σταθμών GNSS που εξέτασε ο Κοτσάκης καταγράφουν μέρος αυτής της εξελισσόμενης παγκόσμιας γεωμετρίας.
Αντί, λοιπόν, να αντιμετωπίζουμε την άνοδο της στάθμης της θάλασσας μόνο ως μετακίνηση του νερού σε σχέση με μια ακίνητη ακτογραμμή, τα ευρήματα δείχνουν ότι η ίδια η ξηρά και ο πυθμένας των ωκεανών μετακινούνται, μερικές φορές προς αντίθετες κατευθύνσεις και για αλληλεπικαλυπτόμενους λόγους.
Η βαρύτητα της Γης αφηγείται μια διαφορετική ιστορία
Το πιο εντυπωσιακό στοιχείο της έρευνας προκύπτει όταν η μεταβολή της στερεής Γης συγκρίνεται με το γεωειδές, την ακανόνιστη βαρυτική επιφάνεια που χρησιμοποιούν οι επιστήμονες για να περιγράψουν τη Γη με βάση την κατανομή της μάζας της.
Το γεωειδές δεν είναι το ίδιο πράγμα με το φυσικό περίγραμμα του βραχώδους πλανήτη. Η βαρύτητα επηρεάζεται από το πού βρίσκεται η μάζα, ενώ οι σταθμοί GNSS μπορούν να μετρούν την κίνηση της φυσικής επιφάνειας.
Οι επιστήμονες παρακολουθούν εδώ και δεκαετίες τις μεταβολές που συνδέονται με την κατανομή της μάζας στη Γη. Κατά τη δεκαετία του 1980 και μεγάλο μέρος της δεκαετίας του 1990, οι μεταβολές του γεωειδούς ακολουθούσαν σε γενικές γραμμές τα μοτίβα που αναμένονταν από τη μακροχρόνια παγετωνική ισοστατική προσαρμογή.
Προς το τέλος της δεκαετίας του 1990, όμως, η παρατηρούμενη τάση άλλαξε.
Η ανάλυση του Κοτσάκη δείχνει ότι στη συνέχεια η στερεή Γη και το βαρυτικό της σχήμα μπορούν να εξελίσσονται προς φαινομενικά αντίθετες κατευθύνσεις.
Καθώς οι πόλοι ανυψώνονται και οι περιοχές γύρω από τον Ισημερινό υποχωρούν, η στερεή Γη γίνεται λιγότερο πεπλατυσμένη.
Ωστόσο, η ανακατανομή της μάζας που προκαλείται από τη μεταφορά νερού μπορεί να ωθεί το βαρυτικό σχήμα προς την αντίθετη κατεύθυνση, κάνοντας το γεωειδές ολοένα πιο πεπλατυσμένο.
«Παρότι αυτή η συμπεριφορά μπορεί να φαίνεται αντιφατική όταν εξετάζεται παράλληλα με την ταυτόχρονη μείωση της επιπέδωσης της στερεής Γης, τα δύο φαινόμενα είναι απολύτως συμβατά από φυσική άποψη», γράφει ο Κοτσάκης.
Η φαινομενική αντίφαση εξαφανίζεται όταν το φυσικό υψόμετρο και η κατανομή της μάζας αντιμετωπίζονται ως δύο διαφορετικές, αλλά αλληλένδετες, ιδιότητες.
Έτσι, η Γη μπορεί να γίνεται γεωμετρικά πιο στρογγυλή σύμφωνα με μία μέτρηση, ενώ την ίδια στιγμή το βαρυτικά καθορισμένο σχήμα της γίνεται πιο πεπλατυσμένο.
Γιατί η Γη μπορεί να αλλάζει προς δύο κατευθύνσεις ταυτόχρονα
Το κλειδί βρίσκεται στο πού μετακινείται η μάζα.
Φανταστείτε τον πάγο που βρίσκεται πάνω σε μια πολική περιοχή σαν ένα τεράστιο βάρος. Όταν ένα μέρος αυτού του πάγου λιώνει, το φορτίο που ασκείται στη στερεή Γη μειώνεται, επιτρέποντας στο έδαφος από κάτω να αναπηδήσει και να ανυψωθεί.
Το νερό από το λιώσιμο των πάγων αναδιανέμεται στη συνέχεια μέσω των ωκεανών, μεταφέροντας μάζα μακριά από τις πολικές περιοχές. Αυτή η μεταφορά μεταβάλλει τόσο τη μηχανική φόρτιση της στερεής Γης όσο και το βαρυτικό πεδίο του πλανήτη.
Οι δύο μετρήσεις, επομένως, δεν είναι απαραίτητο να μεταβάλλονται με τον ίδιο τρόπο.
Οι παρατηρήσεις GNSS καταγράφουν τη φυσική μετακίνηση της επιφάνειας, ενώ οι μετρήσεις που σχετίζονται με το γεωειδές περιγράφουν τις βαρυτικές συνέπειες της μετακίνησης της μάζας σε ολόκληρο τον πλανήτη.
Εάν οι πολικές περιοχές ανυψώνονται ενώ τα χαμηλότερα γεωγραφικά πλάτη υποχωρούν, ο στερεός πλανήτης γίνεται ελαφρώς λιγότερο πεπλατυσμένος.
Την ίδια στιγμή, η μεταφορά μάζας από τους πολικούς πάγους προς το νερό των ωκεανών σε χαμηλότερα γεωγραφικά πλάτη μπορεί να μεταβάλει το βαρυτικό σχήμα με τρόπο που αυξάνει την επιπέδωσή του.
Αυτή η διάκριση εξηγεί γιατί η απλή περιγραφή της Γης ως «πιο στρογγυλής» ή «πιο πεπλατυσμένης» δεν αποτυπώνει ολόκληρη τη φυσική διαδικασία. Και οι δύο περιγραφές μπορούν να ισχύουν, αρκεί να αναφέρονται σε διαφορετικά μεγέθη.
Το φαινόμενο είναι εξαιρετικά μικρό σε σύγκριση με τις διαστάσεις της Γης και δεν θα μπορούσε ποτέ να γίνει αντιληπτό απλώς κοιτάζοντας τον πλανήτη από το Διάστημα.
Η σύγχρονη γεωδαισία, ωστόσο, μπορεί να εντοπίσει μετακινήσεις της επιφάνειας της τάξης κλασμάτων του χιλιοστού έως και χιλιοστών τον χρόνο, μετατρέποντας αυτές τις ανεπαίσθητες αλλαγές σε ένα λεπτομερές αρχείο για τον τρόπο με τον οποίο ο πλανήτης ανταποκρίνεται στις μεταβολές των φορτίων που δέχεται.
