هل يؤثر تغير المناخ على دوران الأرض؟ وما الخطورة على البشر؟

لأول مرة، تمكن الباحثون في المعهد الفيدرالي السويسري للتكنولوجيا في زيورخ من شرح الأسباب المختلفة للحركة القطبية الطويلة الأمد بشكل كامل في أكثر النماذج شمولاً حتى الآن، باستخدام أساليب الذكاء الاصطناعي.

يُظهر نموذجهم وملاحظاتهم أن تغير المناخ والاحتباس الحراري سيكون لهما تأثير أكبر على سرعة دوران الأرض من تأثير القمر، الذي حدد زيادة طول اليوم لمليارات السنين.

يتسبب تغير المناخ في ذوبان الكتل الجليدية في جرينلاند والقارة القطبية الجنوبية، كما تتدفق المياه من المناطق القطبية إلى محيطات العالم ــ وخاصة إلى المنطقة الاستوائية.

“هذا يعني أن تحولاً في الكتلة يحدث، وهذا يؤثر على دوران الأرض”، كما يوضح بينيديكت سوجا، أستاذ الجيوديسيا الفضائية في قسم الهندسة المدنية والبيئية والجيوميكانيكية في المعهد الفيدرالي السويسري للتكنولوجيا في زيورخ، مضيفا “يشبه الأمر ما يحدث عندما تقوم متزلجة على الجليد بأداء حركة الدوران، حيث تمسك ذراعيها أولاً بالقرب من جسدها ثم تمدهما”، تصبح الحركة السريعة في البداية أبطأ لأن الكتل تتحرك بعيدًا عن محور الدوران، مما يزيد من القصور الذاتي الفيزيائي.

في الفيزياء، نتحدث عن قانون الحفاظ على الزخم الزاوي، وهذا القانون نفسه يحكم أيضًا دوران الأرض، إذا دارت الأرض ببطء أكثر، تصبح الأيام أطول، وبالتالي فإن تغير المناخ يغير أيضًا طول اليوم على الأرض، وإن كان بشكل طفيف فقط.

نشر باحثو المعهد الفيدرالي السويسري للتكنولوجيا في زيورخ من مجموعة سوجا دراستين جديدتين في مجلتي Nature Geoscience و Proceedings of the National Academy of Sciences ( PNAS ) حول كيفية تأثير تغير المناخ على الحركة القطبية وطول اليوم.

تغير المناخ يتجاوز تأثير القمر

وفي الدراسة التي نشرتها مجلة الأكاديمية الوطنية للعلوم، أظهر باحثو المعهد الفيدرالي السويسري للتكنولوجيا في زيورخ أن تغير المناخ يؤدي أيضًا إلى زيادة طول اليوم بمقدار بضعة ميلي ثانية من 86400 ثانية الحالية، وذلك لأن الماء يتدفق من القطبين إلى خطوط العرض المنخفضة، وبالتالي يبطئ سرعة الدوران.

ومن بين الأسباب الأخرى لهذا التباطؤ الاحتكاك المدّي الذي يحفزه القمر، ولكن الدراسة الجديدة توصلت إلى نتيجة مفاجئة: إذا استمر البشر في إطلاق المزيد من الغازات المسببة للاحتباس الحراري، وارتفعت درجة حرارة الأرض تبعاً لذلك، فإن هذا من شأنه أن يؤثر في نهاية المطاف على سرعة دوران الأرض بشكل أكبر من تأثير القمر، الذي يحدد زيادة طول اليوم لمليارات السنين.

ويختتم سوجا حديثه قائلاً: “نحن البشر لدينا تأثير أكبر على كوكبنا مما ندرك، وهذا بطبيعة الحال يضع علينا مسؤولية كبيرة تجاه مستقبل كوكبنا”.

محور دوران الأرض يتحول

ومع ذلك، فإن التحولات في الكتلة على سطح الأرض وفي داخلها الناجمة عن ذوبان الجليد لا تغير سرعة دوران الأرض وطول اليوم فحسب: كما أظهر الباحثون في مجلة Nature Geoscience ، فإنها تغير أيضًا محور الدوران. وهذا يعني أن النقاط التي يلتقي فيها محور الدوران فعليًا بسطح الأرض تتحرك.

ويستطيع الباحثون أن يرصدوا هذه الحركة القطبية، التي تصل على مدى فترة زمنية أطول إلى نحو عشرة أمتار كل مائة عام. ولا يقتصر الأمر على ذوبان الصفائح الجليدية، بل إن الحركات التي تجري في باطن الأرض أيضا تلعب دورا في هذا السياق.

في أعماق وشاح الأرض، حيث تصبح الصخور لزجة بسبب الضغط العالي ، تحدث عمليات إزاحة على مدى فترات طويلة من الزمن. وهناك أيضًا تدفقات حرارية في المعدن السائل في اللب الخارجي للأرض، وهي المسؤولة عن توليد المجال المغناطيسي للأرض وتؤدي إلى تحولات في الكتلة.

وفي النمذجة الأكثر شمولاً حتى الآن، أظهر سوجا وفريقه الآن كيف تنشأ الحركة القطبية من عمليات فردية في القلب، وفي الوشاح، ومن المناخ على السطح.

يقول مصطفى كياني شاهواندي، أحد طلاب الدكتوراه لدى سوجا والمؤلف الرئيسي للدراسة: “للمرة الأولى، نقدم شرحًا كاملاً لأسباب الحركة القطبية طويلة الأمد، بعبارة أخرى، نعرف الآن لماذا وكيف يتحرك محور دوران الأرض بالنسبة لقشرة الأرض”.

ومن بين النتائج التي برزت بشكل خاص في دراستهم أن العمليات التي تجري على الأرض وفي داخلها مترابطة وتؤثر على بعضها البعض.

ويوضح سوجا: “إن تغير المناخ يتسبب في تحرك محور دوران الأرض، ويبدو أن ردود الفعل الناجمة عن الحفاظ على الزخم الزاوي تعمل أيضًا على تغيير ديناميكيات قلب الأرض”.

ويضيف كياني شاهواندي: “إن تغير المناخ المستمر قد يؤثر على العمليات التي تجري في أعماق الأرض وقد يكون تأثيره أكبر مما كان يُفترض في السابق”. ومع ذلك، لا يوجد ما يدعو للقلق، لأن هذه التأثيرات طفيفة ومن غير المرجح أن تشكل أي خطر.

القوانين الفيزيائية مجتمعة مع الذكاء الاصطناعي

في دراستهم للحركة القطبية، استخدم الباحثون ما يعرف بالشبكات العصبية المستنيرة بالفيزياء. وهي عبارة عن طرق ذكاء اصطناعي جديدة يطبق فيها الباحثون قوانين ومبادئ الفيزياء لتطوير خوارزميات قوية وموثوقة بشكل خاص للتعلم الآلي. تلقت كياني شاهواندي الدعم من سيدهارتا ميشرا، أستاذ الرياضيات في المعهد الفيدرالي السويسري للتكنولوجيا في زيورخ.

لقد أتاحت الخوارزميات التي طورها كياني شاهواندي لأول مرة تسجيل جميع التأثيرات المختلفة على سطح الأرض، في غطائها وفي قلبها، ونمذجة تفاعلاتها المحتملة. وتظهر نتيجة الحسابات كيف تحركت أقطاب الأرض الدورانية منذ عام 1900. وتتفق قيم هذه النماذج بشكل ممتاز مع البيانات الحقيقية التي قدمتها الملاحظات الفلكية في الماضي والأقمار الصناعية على مدى الثلاثين عامًا الماضية، مما يعني أنها تمكن أيضًا من التنبؤ بالمستقبل.

مهم للسفر إلى الفضاء

يقول سوجا: “حتى لو كان دوران الأرض يتغير ببطء فقط، فيجب أخذ هذا التأثير في الاعتبار عند التنقل في الفضاء – على سبيل المثال، عند إرسال مسبار فضائي للهبوط على كوكب آخر”، حتى الانحراف الطفيف بمقدار سنتيمتر واحد فقط على الأرض يمكن أن يتطور إلى انحراف بمئات الأمتار على مسافات هائلة،”وإلا فلن يكون من الممكن الهبوط في حفرة محددة على سطح المريخ”.