1995: Skokové zmeny v geodynamike Zeme

1995: Skokové zmeny v geodynamike Zeme

Od polovice 90. rokov 20. storočia pozorujeme množstvo zmien na našej planéte, ktoré poukazujú na aktiváciu jej vnútra. Poďme sa na tieto zmeny pozrieť.

Jednou z výrazných zmien, ktorá sa odohrala v polovici deväťdesiatych rokov je zmena v rýchlosti pohybu severného magnetického pólu. Zatiaľ čo pred rokom 1995 sa už niekoľko storočí severný magnetický pól pohyboval rýchlosťou do 15 km za rok, od roku 1995 sa tento pohyb výrazne zrýchlil asi na 50-60 km za rok (pozri obrázok 1). Táto zmena je pripisovaná zmenám v toku magmy na hranici zemského jadra a plášťa [1].

Obr. 1: Pohyb severného magnetického pólu. Zdroj: Wikipedia, 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 zemetrasení magnitúdy 4-6 na stredooceánskych chrbtoch (MOSZA) a globálna teplota (GT). Zdroj: [2].

Profesor Arthur Viterito upozornil na skokový nárast seizmickej aktivity na oceánskom dne v okolí stredooceánskych chrbtov (MOSZA na obr. 2) na prelome rokov 1995 a 1996. Podrobná analýza ukázala, že s korelačným koeficientom 0,7 seizmická aktivita v okolí stredooceánskych chrbtov odpovedá nárastu globálnych teplôt s oneskorením dvoch rokov (GT na obrázku) [2]. Došiel k záveru, že seizmická a vulkanická činnosť pozdĺž stredooceánskych chrbtov vedie k zvýšenej miere hydrotermálnych emisií a geotermálnemu ohrevu vody, ktorý následne vedie k zmene morského termohalínneho prúdenia a zvýšeniu globálnej teploty. Táto zvýšená aktivita v okolí stredooceánskych chrbtov ukazuje na zvýšenú aktivitu vo vnútri planéty.

Ďalšie anomálie boli pozorované okolo roku 1996, kedy meranie z družicového systému DORIS ukázalo zmeny v posune ťažiska Zeme. Posun v jednotlivých súradniciach môžete vidieť na obrázku 3. Autori Zotov, Barkin a Lyubushin [3] tieto zmeny v ťažisku planéty prikladajú posunu jadra Zeme v roku 1997-1998 v smere k polostrovu Tajmýr. Tieto zmeny v posune ťažiska boli ďalej potvrdené pomocou meraní na gravimetrických staniciach [8].

Obr. 3: Filtrované a vyhladené zmeny v polohe ťažiska Zeme z dát družicového systému DORIS. Zdroj: [3]

Tento posun jadra sa prejavil aj v zmenách rotácie Zeme. Na obrázku 4 môžete vidieť, ako sa medzi rokmi 1997 a 1998 zmenil zvyškový smer pohybu severného geografického pólu.

Obr. 4: Pohyb severného geografického pólu po odstránení ročných a Chandlerových cyklov priemerovaním. Zdroj: [5]

Tiež došlo k zmenám v rýchlosti rotácie Zeme. Ako môžete vidieť na obrázku 5, v roku 1998 došlo k skokovému zrýchleniu rotácie Zeme a tá sa od tej doby znateľne zrýchľuje. Vždy výrazne zrýchli, potom na nejakú dobu o niečo spomalí a potom začne opäť výrazne zrýchľovať.

Obr. 5: Odchýlka dĺžky dňa od 24 hodín (86400 sekúnd). Zdroj: https://hpiers.obspm.fr/eop-pc/index.php?index=C04&lang=en

Ďalším zaujímavým faktom je, že laserové meranie vzdialenosti Mesiaca od Zeme ukazuje v roku 1997 po odčítaní známych pohybov nebeskej mechaniky skokovú zmenu v čase, za ktorý trvá laseru odraz od povrchu Mesiaca (presnejšie od kútového odrážača na povrchu Mesiaca). Táto zmena bola 0,48 ns, čo zodpovedá posunu asi o 15 cm. Podobné zmeny vykazujú aj odrazy od ďalších troch kútových odrážačov na povrchu Mesiaca a logickým záverom teda je, že sa skokovo zmenila vzdialenosť Zem-Mesiac. Po započítaní dát zo všetkých kútových odrážačov vychádza posun asi na 35+-11 cm [4].

Obr. 6: Odchýlka od strednej doby D odrazov lasera od povrchu Mesiaca (v nanosekundách). Zdroj: [4]

Zmeny v rotačnej osi Zeme a rýchlosti rotácie sprevádzajú aj zmeny v tvare Zeme. Naša planéta nemá ideálny tvar gule, ale vďaka odstredivej sile spôsobenej rotáciou Zeme je trochu sploštená. Parameter, ktorý popisuje túto sploštenosť Zeme sa označuje J2. Hodnota tohto parametra sa v čase mení. Jednak krátkodobo v dôsledku slapových síl a presunu vodných a vzdušných hmôt na Zem, jednak dlhodobo v dôsledku zdvíhania zemskej kôry po odtopení ľadových más okolo pólov na konci poslednej ľadovej doby pred 12 000 rokmi [6]. Tento dlhodobý trend zmenšovania parametra J2, a teda zaguľacovanie Zeme, sa zmenil v roku 1998. Vtedy došlo k výraznému nárastu parametra J2 [7], ako môžete vidieť na obrázku 7. Asi po piatich rokoch parameter J2 opäť poklesol, avšak jeho dlhodobý klesajúci trend sa už neobnovil a v posledných rokoch dochádza naopak k jeho dlhodobému nárastu.

Obr. 7: Odchýlka parametra J2 v priebehu rokov. Modrá krivka ukazuje mesačné priemerné hodnoty, červená krivka zahladený priebeh po odstránení sezónnych zmien. Čierna krivka odráža dlhodobý trend. Zdroj: [7]

Zhrňme si teda zmeny v geodynamike našej planéty v druhej polovici deväťdesiatych rokov. V roku 1995 sa v dôsledku zmien v jadre našej planéty prudko zrýchlil pohyb severného magnetického pólu, zvýšil sa počet zemetrasení na stredooceánskych chrbtoch a začalo sa uvoľňovať zvýšené množstvo tepla z vnútra našej planéty. To viedlo k ohrievaniu oceánov a následne k nárastu globálnej teploty. Zmeny vo vnútri našej planéty sa natoľko zintenzívnili, že v rokoch 1997-1998 došlo k posunu jadra Zeme a pravdepodobne s tým súvisiacej skokovej zmene vzdialenosti Zem-Mesiac. Tieto zmeny v rozložení hmoty potom viedli k postupnému zrýchľovaniu rotácie Zeme a jej rozširovaniu pozdĺž rovníka. Hoci tieto zmeny vyzerajú na prvý pohľad neškodne, ukazujú na nárast množstva energie vo vnútri Zeme, čo vo výsledku vedie okrem iného k aktivácii plášťových chocholov spôsobujúcich topenie ľadovcov, anomálnu vulkanickú aktivitu (podrobnosti vyjdú ako samostatné články) alebo nárast teploty oceánov a s tým súvisiacich extrémnych klimatických javov.

[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