Наша планета здається з космосу майже ідеальною кулею, але насправді це не так. Обертання навколо осі змушує Землю трохи випинатися на екваторі й сплющуватися біля полюсів. Ця деформація непомітна неозброєним оком, проте добре відома з точки зору фізики обертання. Тепер же новий аналіз показує, що форма Землі змінюється – і, на перший погляд парадоксально, вона стає водночас і більш, і менш сплюснутою, залежно від того, що саме вимірювати.
Про це повідомляє геолог Христофорос Коцакіс (Christophoros Kotsakis) з Аристотелевого університету у Салоніках, чия робота описана у виданні ScienceAlert. За його оцінками, швидкість підняття полярних регіонів за менш ніж два десятиліття приблизно подвоїлася, а одним із факторів такого прискорення може бути танення льоду в холодних крайнощах нашої планети.
Як «пружинить» тверда Земля
Попри відчуття міцного ґрунту під ногами, тверда оболонка Землі набагато пластичніша, ніж здається з погляду повсякденного життя. Континенти дрейфують, тектонічні плити зіштовхуються, а земна кора на геологічних масштабах часу виявляється досить «стискуваною».
Коли в певному місці накопичується велика маса, кора просідає під її вагою. Якщо масу забрати, поверхня поступово «відпружинює» назад угору. Це добре видно в регіонах, які були вкриті товстим шаром льоду під час останнього льодовикового періоду, що завершився близько 11 тисяч років тому. Лід давно зійшов, але земна кора все ще повільно піднімається – такий процес називають льодовиковою ізостатичною корекцією.
Втім, не всі сучасні деформації пов’язані лише з давнім льодовиковим покривом. І Гренландія, і Антарктида сьогодні швидко втрачають лід. Разом із таненням зникають гігантські навантаження на кору, і тверда Земля під ними починає активніше підійматися. Тануча вода тим часом розподіляється по океанах, додаючи масу в інших місцях та змушуючи океанічне дно просідати.
Геоїд проти твердої оболонки
Із 1970-х років вчені відстежують наслідки цієї «перестановки» мас за допомогою так званого геоїда – фактичної форми гравітаційного поля Землі, яке повторює розподіл мас усередині планети. Геоїд часто описують як «картоплеподібний» через його нерівності.
У 1980-х і більшій частині 1990-х років зміни геоїда відповідали очікуванням від льодовикової ізостатичної корекції: загальна форма ставала «круглішою», екваторіальний виступ ніби згладжувався, а планета – гравітаційно більш кулеподібною. Але наприкінці 1990-х ця тенденція змінилася на протилежну.
Водночас форма геоїда не обов’язково збігається з реальною формою твердої оболонки планети. Коцакіс поставив запитання, чи змінюється «скельна» Земля так само, як її гравітаційне поле, чи ні.
Щоб це з’ясувати, він використав дані глобальної мережі станцій супутникових навігаційних систем (GNSS), які дозволяють відстежувати мікроскопічні вертикальні рухи поверхні в часі. Дослідник проаналізував вимірювання за період із 1997 по 2015 рік, картуючи, де саме тверда Земля підіймається, а де просідає.
Полюси піднімаються, екватор просідає
Результати виявилися показовими. Між 1997 і 2000 роками полярні області підіймалися в середньому приблизно на 0,5 міліметра на рік. До 2015 року ця швидкість збільшилася до 1 міліметра на рік. Тобто тверда Земля на полюсах почала «розплющуватися» – ставати менш сплюснутою – із дедалі більшою швидкістю.
Паралельно дані GNSS зафіксували посилення просідання в районі екватора. Швидкість цього опускання також зростала впродовж періоду дослідження. Якщо поєднати два ефекти – підняття полюсів і просідання екватора, – виходить, що скельна оболонка планети загалом стає менш сплюснутою.
Однак розрахунки Коцакіса для геоїда показали іншу картину: гравітаційна форма Землі навпаки стає більш сплюснутою. Це узгоджується з трендом, який інші науковці спостерігають від початку 2000-х років.
Чому два вимірювання не суперечать одне одному
На перший погляд це здається суперечністю, але пояснення досить просте. Коли на полюсах тане лід, тверда поверхня, яку він стискав, починає відновлювати висоту – підніматися. Маса талої води при цьому перерозподіляється, частково зміщуючись до нижчих широт, ближче до екватора, і переносить туди «надлишкову» вагу та відповідне стиснення.
Гравітація ж реагує саме на масу. Коли значна частина маси зміщується від полюсів до нижчих широт, гравітаційна форма планети стає більш сплюснутою: геоїд сильніше «випирає» в районі екватора. Тож тверда скельна частина Землі водночас розпрямляється, а геоїд – через перерозподіл води й маси – ще більше сплющується.
За словами Коцакіса, така поведінка може здаватися нелогічною, але обидва ефекти фізично сумісні. Разом вони показують, наскільки важливо розглядати планету з кількох точок зору. Окремо ні зміни маси, ні рухи твердої поверхні не дають повної картини.
Лише поєднання різних типів вимірювань – супутникових спостережень, гравітаційних даних і геодезичних станцій – дозволяє побачити складну взаємодію процесів, що постійно змінюють форму нашого світу. Результати дослідження опубліковано в журналі Journal of Geophysical Research: Solid Earth.