6578
У новому дослідженні, опублікованому у Journal of Geophysical Research: Solid Earth, вчені Мостафа Кіані Шахванді з Університету Відня та Бенедікт Соя з ETH Zurich довели: людська діяльність уповільнює обертання Землі з безпрецедентною швидкістю за останні 3,6 мільйона років. Доба стає довшою — і це вже не лише абстрактна наукова цікавинка, а реальна загроза для GPS-навігації, супутникових систем і точності атомних годинників. Це перше дослідження, яке поєднало дані про давні викопні організми з фізичними моделями обертання планети — і результат виявився тривожним.
Що відомо коротко
- Земна доба подовжується зі швидкістю 1,33 мілісекунди за сторіччя — через кліматично спричинене підняття рівня моря.
- Ця швидкість є безпрецедентною принаймні за останні 3,6 мільйона років — з часів пізнього пліоцену.
- Причина — танення полярних льодових щитів і гірських льодовиків перерозподіляє масу планети від полюсів до екватора, збільшуючи її «сплощеність» і сповільнюючи обертання.
- Дослідники використали викопні рештки бентосних форамініфер та нову модель глибокого навчання PIDM для реконструкції змін за мільйони років.
- Хоча зміни вимірюються у мілісекундах, вони несуть практичні наслідки для навігації, GPS і синхронізації атомних годинників.
Чому Земля обертається повільніше
Щоб зрозуміти відкриття, достатньо уявити фігуристку на льоду. Коли вона притискає руки до тіла — обертається швидше. Коли розводить їх убік — сповільнюється. Земля поводиться за тим самим принципом: коли полярні льодовики тануть, мільярди тонн води перетікають від полюсів до океанів, розподіляючись ближче до екватора. Планета «розводить руки» — і сповільнюється.
Танення кріосфери прискорилося різко у XXI столітті. Попередні дослідження вже встановили, що між 2000 і 2018 роками кліматичний чинник подовжував добу зі швидкістю 1,33 мс/сторіччя. Але залишалося відкритим питання: чи траплялося таке раніше в геологічній історії Землі? Саме на нього відповіли автори нового дослідження.
Як читати мільйони років за мікроскопічними черепашками
Щоб заглянути у кліматичне минуле, вчені звернулися до бентосних форамініфер — одноклітинних морських організмів, які мешкають на дні океану. Хімічний склад їхніх скам’янілих черепашок зберігає «пам’ять» про рівень моря у минулому: різні ізотопи кисню у вапняку відбивають температуру і об’єм льодовиків на момент їхнього формування.
«З хімічного складу скам’янілостей форамініфер ми можемо визначити коливання рівня моря і потім математично вивести відповідні зміни довжини доби», — пояснює перший автор Кіані Шахванді.
Однак палеокліматичні дані завжди містять значну невизначеність — прогалини, похибки, неповноту. Саме тому дослідники розробили PIDM — Physics-Informed Diffusion Model, фізично-обізнану дифузійну модель глибокого навчання. Вона генерує 50 000 варіантів стохастичного моделювання, зберігаючи при цьому суворе дотримання фізичних законів — зокрема рівняння рівня моря, яке враховує гравітаційні, ротаційні та деформаційні ефекти перерозподілу мас.
Що показали нові дані
Аналіз охопив 3,6 мільйона років — від пізнього пліоцену до наших днів. Протягом четвертинного періоду (останні 2,6 млн років) зростання і танення великих льодовикових щитів неодноразово спричиняло значні зміни довжини доби. Але жодного разу темп цих змін не наближався до сучасного — за єдиним виключенням.
«Лише одного разу — близько 2 мільйонів років тому — темп зміни довжини доби був майже зіставним. Але ні до, ні після цього планетарна “фігуристка” не розводила рук і не піднімала рівень моря так швидко, як у 2000–2020 роках», — каже Кіані Шахванді.
Це означає, що сучасне потепління Арктики і танення льодовиків є унікальним явищем у геологічному вимірі — таким, якого Земля не знала щонайменше з часів пізнього пліоцену.
Чому це важливо для науки і технологій
Зміни на рівні мілісекунд звучать незначно — але наслідки реальні. Точність GPS-систем, синхронізація атомних годинників, навігація супутників і космічних апаратів — усе це спирається на надточні моделі обертання Землі. Будь-яке відхилення, накопичуючись роками, здатне вносити помилки у позиціонування та зв’язок.
Крім того, дослідження встановлює прямий зв’язок між людськими викидами парникових газів і зміною фундаментального геофізичного параметра планети — швидкості її обертання. Це ще один доказ того, що антропогенна зміна клімату впливає на Землю як систему глибше, ніж ми звикли думати.
«Поточне швидке збільшення довжини доби можна насамперед пояснити людськими впливами», — наголошує Бенедікт Соя, професор космічної геодезії ETH Zurich.
Цікаві факти
- Бентосні форамініфери — мікроскопічні одноклітинні організми розміром від 0,1 до кількох міліметрів — є одним з найціннішим «архівів» кліматичної історії Землі. Їхні скам’янілості зберігаються в морських осадах мільйони років і дозволяють реконструювати давні температури та рівні моря з точністю, недосяжною для інших методів.
- Довжина земної доби не є сталою: вона змінюється під впливом гравітації Місяця, атмосферних процесів, рухів рідкого ядра та перерозподілу мас в океанах. Місячні припливи, наприклад, уповільнюють Землю приблизно на 1,4 мілісекунди за сторіччя — але кліматичний чинник сьогодні вже зіставний з цим «природним» уповільненням.
- Попереднє дослідження тих самих авторів, опубліковане в PNAS у 2024 році, показало, що за сценарію високих викидів парникових газів кліматично-спричинене уповільнення Землі може подвоїтися відносно нинішнього рівня ще до кінця XXI сторіччя.
- ETH Zurich — Федеральна технічна вища школа Цюриха — входить до топ-10 університетів світу і є одним з провідних центрів космічної геодезії та геодинаміки. Саме тут розроблено ключові методи моніторингу обертання Землі за допомогою супутникового лазерного вимірювання та VLBI-радіоінтерферометрії.
FAQ
Чи відчуємо ми, що доба стала довшою? Ні — зміни вимірюються у мілісекундах за сторіччя і абсолютно непомітні для людського сприйняття. Але для сучасних технологій — GPS, атомних годинників, навігації супутників — навіть такі мікровідхилення мають практичне значення, оскільки накопичуються з часом.
Що таке фізично-обізнана дифузійна модель (PIDM)? Це гібридний метод, що поєднує алгоритми глибокого навчання зі строгими фізичними законами — зокрема рівнянням рівня моря. Модель генерує тисячі варіантів можливого розвитку подій і дозволяє кількісно оцінити невизначеність у палеокліматичних даних, не жертвуючи фізичною достовірністю результатів.
Чи може Земля прискоритися у майбутньому — якщо клімат охолоне? Теоретично так: якщо рівень моря почне знижуватися через нове зледеніння, маса повернеться ближче до полюсів і обертання прискориться. Але за поточними сценаріями викидів парникових газів таке охолодження найближчими сторіччями не передбачається.
WOW-факт: Земля сповільнилася настільки, що якби нинішній темп подовження доби зберігся ще кілька мільярдів років — доба зросла б до 25 годин. Але задовго до цього, приблизно через 5 мільярдів років, Сонце перетвориться на червоного гіганта і поглине планету — так що наш «вкрадений» мілісекундний час залишиться найменшою з проблем людства.
Земля обертається повільніше ніж будь-коли за останні мільйони років з’явилася спочатку на Цікавості.
