气候变化如何改变地球自转
苏黎世联邦理工学院的研究人员首次利用人工智能方法，以迄今为止最全面的建模方式全面解释长期极地运动的各种原因。他们的模型和观测结果表明，气候变化和全球变暖对地球自转速度的影响将大于月球的影响，而月球在数十亿年的时间里决定了白天长度的增加。气候变化导致格陵兰岛和南极洲的冰块融化。来自极地地区的水流入世界海洋，尤其是赤道地区。
苏黎世联邦理工学院土木、环境与测绘工程系空间大地测量学教授本尼迪克特·索亚 (Benedikt Soja) 解释道：“这意味着质量正在发生转变，并且影响地球的自转。”
索亚说：“这就像花样滑冰运动员做旋转动作时，先将手臂靠近身体，然后伸展开来。”最初快速的旋转会变慢，因为物体远离旋转轴，增加了身体惯性。
在物理学中，我们说的是角动量守恒定律，而这个定律也支配着地球的自转。如果地球转得慢一点，白天就会变长。因此，气候变化也会改变地球上白天的长度，尽管改变的程度很小。
苏黎世联邦理工学院 Soja 团队的研究人员在《自然地球科学》和《美国国家科学院院刊》上发表了两项新研究，探讨气候变化如何影响极地运动和一天的长度。
气候变化超越月球的影响
在PNAS 的研究中，苏黎世联邦理工学院的研究人员表明，气候变化也使一天的长度从目前的 86,400 秒增加了几毫秒。这是因为水从两极流向低纬度地区，从而减慢了自转速度。
导致地球自转速度减慢的另一个原因是月球引起的潮汐摩擦。然而，新研究得出了一个令人惊讶的结论：如果人类继续排放更多的温室气体，地球也因此变暖，那么这对地球自转速度的影响最终将大于月球的影响，而月球在数十亿年的时间里决定了白天长度的增加。
“我们人类对地球的影响比我们意识到的要大，”索亚总结道，“这自然要求我们对地球的未来负有重大责任。”
地球自转轴正在偏移
然而，冰川融化导致地球表面和内部质量发生变化，不仅会改变地球的自转速度和一天的长度：正如研究人员在《自然地球科学》杂志上指出的那样，它们还会改变自转轴。这意味着自转轴与地球表面的实际交点会移动。
研究人员可以观察到这种极地运动，在较长的时间段内，这种运动每百年大约会达到十米。在这里，不仅冰盖的融化发挥了作用，地球内部的运动也发挥了作用。
在地幔深处，岩石因高压而变得粘稠，长时间内会发生位移。地球外核的液态金属中也有热流，这既是地球磁场产生的原因，也是质量变化的原因。
在迄今为止最全面的建模中，索亚和他的团队已经展示了极地运动是如何由地核、地幔和地表气候中的个体过程引起的。
“我们首次对长周期极地运动的成因给出了完整的解释，”索亚的博士生之一、这项研究的主要作者穆斯塔法·基亚尼·沙万迪 (Mostafa Kiani Shahvandi) 说道。“换句话说，我们现在知道了地球自转轴相对于地壳运动的原因和方式。”
他们的研究中有一个特别突出的发现，即地球上和地球内部的过程是相互联系、相互影响的。“气候变化导致地球自转轴移动，而且角动量守恒的反馈似乎也在改变地球核心的动态，”索亚解释说。
Kiani Shahvandi 补充道：“因此，持续的气候变化甚至可能影响地球内部深处的过程，其影响范围比以前预想的要大。”不过，没有必要担心，因为这些影响很小，不太可能构成风险。
物理定律与人工智能的结合
在极地运动研究中，研究人员使用了所谓的物理信息神经网络。这些是新颖的人工智能 (AI) 方法，研究人员应用物理定律和原理来开发特别强大和可靠的机器学习算法。Kiani Shahvandi 得到了苏黎世联邦理工学院数学教授 Siddhartha Mishra 的支持。
Kiani Shahvandi 开发的算法首次记录了地球表面、地幔和地核的各种不同影响，并模拟了它们可能产生的相互作用。计算结果显示了自 1900 年以来地球自转极点的移动情况。这些模型值与过去天文观测和过去三十年卫星提供的真实数据高度吻合，这意味着它们也可用于预测未来。
对太空旅行很重要
“即使地球自转变化缓慢，在太空航行时也必须考虑到这种影响——例如，当发射太空探测器降落在另一个星球上时，”索亚说。在地球上，即使只有一厘米的微小偏差，在涉及的巨大距离上也可能发展为数百米的偏差。
“否则，就不可能降落在火星上的特定陨石坑，”他说。
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