Pomiary z lat 1997-2015 wskazują na rosnące tempo unoszenia się biegunów Ziemi i osiadania obszarów równikowych. Mimo to… grawitacyjna figura naszej planety staje się coraz bardziej spłaszczona, co nie stanowi sprzeczności. Choć z „logicznego” punktu widzenia mogłoby się tak wydawać.
Ziemia, wbrew powszechnym przekonaniom, nie ma kształtu idealnej kuli: jej obrót sprawia, że jest lekko spłaszczona w okolicach biegunów oraz rozszerzona w rejonie równika. Ten kształt nie jest jednak stabilny, ponieważ skorupa i płaszcz reagują na przemieszczenia ogromnych mas lodu oraz wody. Pomiary z systemu GNSS wskazują, że skalista powierzchnia od końca lat 90. coraz szybciej traci część swojego spłaszczenia. Natomiast geoida, czyli figura ilustrująca rozkład potencjału grawitacyjnego Ziemi, zmienia się w przeciwnym kierunku.
Bieguny unoszą się dwa razy szybciej niż pod koniec lat 90. XX wieku
Christopher Kotsakis z Uniwersytetu Arystotelesa w Salonikach przeprowadził analizy pionowych ruchów powierzchni zarejestrowanych przez sieć stacji GNSS. W badaniu opublikowanym w Journal of Geophysical Research: Solid Earth wykorzystał przede wszystkim ITRF2014, uzupełniając to danymi z wybranych stacji polarnych z ITRF2020. Odrzucił dane obciążone dużą niepewnością, takie jak: deformacje spowodowane trzęsieniami ziemi czy lokalne anomalie, co pozwoliło mu na zachowanie sieci 886 punktów pomiarowych. Następnie podzielił dane na okresy obejmujące lata 1997-2000, 2001-2005, 2006-2010 oraz 2011-2015.
Wyniki pokazały, że na początku średnie tempo podnoszenia skalistej powierzchni w rejonach polarnych wynosiło około 0,5 mm rocznie. W latach 2011-2015 wzrosło do około 1 mm rocznie, co wyraźnie przekracza wartości przewidywane jedynie na podstawie polodowcowego odbicia skorupy. Natomiast w pobliżu równika znalazł dane wskazujące na narastające osiadanie, które nie przekracza jednak 1 mm rocznie. Na tej podstawie można oszacować, że różnica między promieniem równikowym a biegunowym skalistej Ziemi stopniowo maleje.
Lód topnieje i zdejmuje ciężar z biegunów
Wiele z tych obserwacji jest wynikiem glacjalnego dostosowania izostatycznego: to odpowiedź planety na zniknięcie lądolodów z ostatniej epoki lodowej. Podłoże, które wcześniej było lekko ugięte pod ich ciężarem, wciąż wraca ku górze, co obrazuje bardzo powolne tempo tych zmian, biorąc pod uwagę, że od końca zlodowacenia minęło około 11 tys. lat. Analizując dane, użyto kilku modeli GIA, aby odjąć ten sygnał. Niemniej jednak pozostała deformacja była nadal zbyt duża, by można ją było wyjaśnić jedynie odbiciem po lodowcach. Oznacza to, że obserwujemy wpływ współczesnych przemieszczeń mas, w szczególności utraty lodu Grenlandii i Antarktydy.
Wszystko to prezentuje się jak proces przeładowywania elastycznej powłoki planety. Gdy lądolód znika, skały pod nim unoszą się wskutek utraty naciskających na nie mas, a woda, która przepływa do oceanów, zwiększa nacisk na dno na niższych szerokościach geograficznych. Skalista część Ziemi traci swoją „płaskość”. Warto jednak dodać, że mają na to również wpływ zmiany zasobów wód na kontynentach, redystrybucja mas oceanicznych oraz dynamika płaszcza i procesy związane z obrotem planety.
Geoid i skalista powierzchnia to dwie różne rzeczy
Sprzeczność pojawia się dopiero w momencie zestawiania geometrii skał z pomiarami pola grawitacyjnego Ziemi. Współczynnik J2 opisuje główną część grawitacyjnego spłaszczenia Ziemi i reaguje przede wszystkim na położenie masy względem osi obrotu. Przenoszenie tych mas z regionów polarnych ku niższym szerokościom geograficznym zwiększa koncentrację masy dalej od osi, co prowadzi do dalszego spłaszczania geoida.
Czytaj również: Ziemia jest jaśniejsza? Drastyczny skok od 2014 roku.
Czy jednak badanie dostarcza konkretnych dowodów na zwiększanie się tempa zmian? Odpowiedź brzmi: tak i nie. Dane kończą się na 2015 roku, a sieć GNSS jest zbyt nierównomiernie rozmieszczona, co powoduje dodatkową niepewność przy interpolowaniu pomiarów nad oceanami i obszarami polarnymi. Odpowiedź ze strony grawitacji jest przy tym większa niż w wielu wcześniejszych pracach i może zależeć od istotnego założenia, że deformację po odjęciu GIA można przybliżyć modelem dla sprężystości Ziemi. Są to jednak bardzo interesujące dane, ponieważ wskazują na wpływ nie tylko naszych współczesnych działań, ale również na wydarzenia, które miały miejsce w odległej przeszłości naszej planety.