1995: Skokové změny v geodynamice Země

Od poloviny 90. let 20. století pozorujeme množství změn na naší planetě, které poukazují na aktivaci jejího nitra. Pojďme se na tyto změny podívat.

Jednou z výrazných změn, která se odehrála v polovině devadesátých let je změna v rychlosti pohybu severního magnetického pólu. Zatímco před rokem 1995 se již po několik století severní magnetický pól pohyboval rychlostí do 15 km za rok, od roku 1995 se tento pohyb výrazně zrychlil asi na 50-60 km za rok (viz obrázek 1). Tato změna je připisována změnám v toku magmatu na hranici zemského jádra a pláště [1].

Obr. 1: Pohyb severního magnetického pólu. Zdroj: Wikipedie, By Cavit - Own work, Observed pole positions taken from Newitt et al., “Location of the North Magnetic Pole in April 2007”, Earth Planets Space, 61, 703–710, 2009, Modelled pole positions taken from the National Geophysical Data Center, “Wandering of the Geomagnetic Poles”, Map created with GMT, CC BY 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=46888403

Obr. 2: Počet zemětřesení magnitudy 4-6 na středooceánských hřbetech (MOSZA) a globální teplota (GT). Zdroj: [2].

Profesor Arthur Viterito upozornil na skokový nárůst seismické aktivity na oceánském dně v okolí středooceánských hřbetů (MOSZA na obrázku 2) na přelomu let 1995 a 1996. Podrobná analýza ukázala, že s korelačním koeficientem 0,7 seismická aktivita v okolí středooceánských hřbetů odpovídá nárůstu globálních teplot se zpožděním dvou let (GT na obrázku) [2]. Došel k závěru, že seismická a vulkanická činnost podél středooceánských hřbetů vede ke zvýšené míře hydrotermálních emisí a geotermálnímu ohřevu vody, který následně vede ke změně mořského termohalinního proudění a zvýšení globální teploty. Tato zvýšená aktivita v okolí středooceánských hřbetů ukazuje na zvýšenou aktivitu v nitru planety.

Další anomálie byly pozorovány okolo roku 1996, kdy měření z družicového systému DORIS ukázalo změny v posunu těžiště Země. Posun v jednotlivých souřadnicích můžete vidět na obrázku 3. Autoři Zotov, Barkin a Lyubushin [3] tyto změny v těžišti planety  přikládají posunu jádra Země v roce 1997-1998 ve směru k poloostrovu Tajmyr. Tyto změny v posunu těžiště byly dále potvrzeny pomocí měření na gravimetrických stanicích [8].

Obr. 3: Filtrované a vyhlazené změny v poloze těžiště Země z dat družicového systému DORIS. Zdroj: [3]

Tento posun jádra se projevil i ve změnách rotace Země. Na obrázku 4 můžete vidět, jak se mezi lety 1997 a 1998 změnil zbytkový směr pohybu severního geografického pólu.

Obr. 4: Pohyb severního geografického pólu po odstranění ročních a Chandlerových cyklů průměrováním. Zdroj: [5]

Také došlo ke změnám v rychlosti rotace Země. Jak můžete vidět na obrázku 5, v roce 1998 došlo ke skokovému zrychlení rotace Země a ta se od té doby znatelně zrychluje. Vždy výrazně zrychlí, pak na nějakou dobu o něco zpomalí a pak začne opět výrazně zrychlovat.

Obr. 5: Odchylka délky dne od 24 hodin (86400 sekund). Zdroj: https://hpiers.obspm.fr/eop-pc/index.php?index=C04&lang=en

Dalším zajímavým faktem je, že laserové měření vzdálenosti Měsíce od Země ukazuje v roce 1997 po odečtení známých pohybů nebeské mechaniky skokovou změnu v čase, kterou trvá laseru odraz od povrchu Měsíce (přesněji od koutového odražeče na povrchu Měsíce). Tato změna byla 0.48 ns, což odpovídá posunu asi o 15 cm. Podobné změny vykazují i odrazy od dalších třech koutových odražečů na povrchu Měsíce a logickým závěrem tedy je, že se skokově změnila vzdálenost Země-Měsíc. Po započtení dat ze všech koutových odražečů vychází posun asi na 35+-11 cm [4]. 

Obr. 6: Odchylka od střední doby D odrazů laseru od povrchu Měsíce (v nanosekundách). Zdroj: [4]

Změny v rotační ose Země a rychlosti rotace doprovází i změny ve tvaru Země. Naše planeta nemá ideální tvar koule, ale díky odstředivé síle způsobené rotací Země je poněkud zploštělá. Parametr, který popisuje tuto zploštělost Země se označuje J2. Hodnota tohoto parametru se v čase mění. Jednak krátkodobě v důsledku slapových sil a přesunu vodních a vzdušných hmot na Zemi, jednak dlouhodobě v důsledku zvedání zemské kůry po odtání ledových mas okolo pólů na konci poslední doby ledové před 12 tisíci lety [6]. Tento dlouhodobý trend zmenšování parametru J2, a tedy zakulacování Země, se změnil v roce 1998. Tehdy došlo k výraznému nárůstu parametru J2 [7], jak můžete vidět na obrázku 7. Asi po pěti letech parametr J2 opět poklesl, nicméně jeho dlouhodobý klesající trend se již neobnovil a v posledních letech dochází naopak k jeho dlouhodobému nárůstu.

Obr. 7: Odchylka parametru J2v průběhu let. Modrá křivka ukazuje měsíční průměrné hodnoty, červená křivka zhlazený průběh po odstranění sezónních změn. Černá křivka odráží dlouhodobý trend. Zdroj: [7]

Shrňme si tedy změny v geodynamice naší planety v druhé polovině devadesátých let. V roce 1995 se v důsledku změn v jádru naší planety prudce zrychlil pohyb severního magnetického pólu, zvýšil se počet zemětřesení na středooceánských hřbetech a začalo se uvolňovat zvýšené množství tepla z nitra naší planety. To vedlo k ohřívání oceánu a následně k nárůstu globální teploty. Změny uvnitř naší planety se natolik zintenzivňovaly, že v letech 1997-1998 došlo k posunu jádra Země a pravděpodobně s tím související skokové změně vzdálenosti Země-Měsíc. Tyto změny v rozložení hmoty pak vedly k postupnému zrychlování rotace Země a jejímu rozšiřování podél rovníku. Ačkoliv tyto změny vypadají na první pohled neškodně, ukazují na nárůst množství energie uvnitř Země, což ve výsledku vede mimo jiné k aktivaci plášťových chocholů způsobujících tání ledovců, anomální vulkanickou aktivitu  (podrobnosti vyjdou jako samostané články) nebo nárůst teploty oceánů a s tím souvisejících extrémních klimatických jevů.

[1] P. W. Livermore, C. C. Finlay & Matthew Bayliff: Recent north magnetic pole acceleration towards Siberia caused by flux lobe elongation, Nature Geoscience, vol 13, 2020, https://doi.org/10.1038/s41561-020-0570-9

[2] Viterito A. 1995: An Important Inflection Point in Recent Geophysical History. Int J Environ Sci Nat Res. 2022; 29(4): 556271. 011 DOI: 10.19080/IJESNR.2022.29.556271

https://juniperpublishers.com/ijesnr/IJESNR.MS.ID.556271.php

[3] L. V. Zotov, Yu. V. Barkin, A. A. Lyubushin: Geocenter motion and its geodynamical contents, Space geodynamics and modeling of the global geodynamic processes, 2009

[4] Yu. V. Barkin, M. Yu. Barkin: Jumps in the position and velocity of the secular drift of the center of mass of the Moon in 1997-1998, Engineering Journal: Science and Innovation, 2014, https://cyberleninka.ru/article/n/skachki-v-polozhenii-i-v-skorosti-vekovogo-dreyfa-tsentra-mass-luny-v-1997-1998-gg/viewer

[5] S. Deng, S. Liu, X. Mo, L. Jiang, P. Bauer-Gottwein: Polar Drift in the 1990s Explained by Terrestrial Water Storage Changes, Geophysical Research Letters, 2021, dodatečný materiál, https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2020gl092114

[6] C. F. Yoder, J. G. Williams, J. O. Dickey, B. E. Schutz, R. J. Eanes & B. D. Tapley: Secular variation of Earth's gravitational harmonic J2 coefficient from Lageos and nontidal acceleration of Earth rotation, Nature 303, 1983, https://www.nature.com/articles/303757a0

[7] M. Cheng, J. C. Ries: Decadal variation in Earth's oblateness (J2) from satellite laser ranging data, Geophysical Journal International, 2018, https://academic.oup.com/gji/article/212/2/1218/4600516

[8] Yury Barkin: Explanation of observable secular variations of gravity and alternative

methods of determination of drift of the center of mass of the Earth, Geophysical Research Abstracts, 2010, https://meetingorganizer.copernicus.org/EGU2010/EGU2010-7385.pdf