北极位置在变化!20多年前地极漂移为何又神秘转向?
2021-06-15 17:59
来源: 北京日报客户端

北极位置在变化!20多年前地极漂移为何又神秘转向?

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北京日报客户端2021年6月15日讯 中国科学院地理科学与资源研究所刘苏峡研究团队近日在《地球物理研究快报》发表最新成果,揭示了全球冰川加速消融造成的陆地水储量加速流失与发生在20世纪90年代中期地球极移加速向东漂移的联系,国外多家知名媒体对此项研究成果进行了采访报道。我们特别约请刘苏峡研究员向读者揭秘这项研究。

努力求解神秘的地极漂移转向

问:能否向读者介绍一下地极漂移转向的现象?过去科学家对此是怎样解释的?

答:地球的转动包括公转和自转。根据米兰科维奇理论,地球绕太阳的转动节律并不是亘古不变的,例如地球公转轨道进行着由椭变圆,再由圆变椭的运动,周期约为10万年。

地球由西向东的自转,其速率和方向也处于变化之中。地球自转方向的变化常用地球自转轴的方位相对于地球参考框架的矢量变化来表示,即极移。极移也可以理解为我们通常所说的北极(南极)位置的变化。

长期的天文观测和现代空间大地测量技术为人们认识极移提供了支撑。以0.05年为时间间隔的极移观测记录始于1900年。随着科学技术水平的提高,极移的观测精度不断提高,迄今已达0.1毫弧秒,约等于赤道位置的3毫米弧长。

如果说地球转动的大多数变化藏着地球环境万年尺度变化的密码离我们还十分遥远,那么地球极移的变化,则因为包含与当今全球变化脉搏一致的足迹,已经引起了人们越来越多的注意。

研究发现,地球自转方位除了进行以周年和钱德勒频率为周期的圆周运动外,北极的平均位置一直在沿着大约西经70度的方向缓慢地向南长期漂移(简称极移)。这一缓慢的长期漂移一般被认为是由于冰后回弹、板块运动和其他固体地球内部的质量迁移所引起的。

如果只是这样的一个单纯南移,而且缘由已是如此清晰,那么故事就没有下文了。但非常有趣的是,极移在南移过程中,竟然出现了转向。2013年美国科学家J.陈等发现,在2005年前后,北极漂移的方向发生了很大的变化,从原来沿西经约70°的向南方向突然转向,开始向东方向漂移,而且平均每年的漂移速度也明显加快。他们解释这一突变有两层科学意义。首先,固体地球内部质量迁移的时间尺度一般都很长(几千年到上万年),而北极漂移突然转向的动因显然不是由于固体地球内部的质量迁移,而更有可能是由于地球表面气候系统(大气、海洋、陆地水和冰圈)内的质量迁移。其次,这一转向的时间(2005年前后)也非常特别。各种卫星观测尤其是GRACE卫星重力观测表明,由于全球气候变暖,从2005年和2006年前后开始,格陵兰岛和南极冰川的融化明显加速。但此转折到底是什么引起的呢?

根据GRACE卫星重力观测资料,J.陈等很欣喜地发现,这一北极漂移的向东转向主要是由于南北两极和山地冰川融化的加剧和相应的海平面上升所造成的。这项研究为观测到的北极漂移的突变提供了一个合理的解释,也推动了人们对极移转向的更多研究。2016年,阿迪卡里和伊文思获得又一结论,他们采用GRACE卫星重力观测资料反演的陆地水储量数据,得出全球干湿交替是2012年极移方向发生转折的重要原因。

细心的读者会发现,这些获得解释的极移方向转折点都发生在2002年以后。这和2002年美国宇航局和德国航空航天中心联合发射的GRACE卫星和后续卫星GRACE-FO的发射时间不无关系。GRACE为全球提供了陆地水储量变化观测数据,也为科学家们对2002年之后的两次极移转折的解释提供了有力的数据基础。

事实上,在此之前极移已经历过转向。2009年,格罗斯和波塔宁注意到极移在20世纪90年代中期发生漂移转向,罗伊和珀尔帖于2011年猜测这可能是由陆地水储量变化引起。但因为此转向发生在2002年之前,缺乏陆地水储量观测数据,此转向的变化原因仍未定论。

[编辑:贺昕]