تغییر چرخش زمین چه اثرهایی در تغییر اقلیم دارد؟
دانشمندان چینی دانشگاه پکن در تحقیقی که در ژانویه ۲۰۲۳ در مجله «نیچرعلوم زمین» منتشر شده امواج لرزه‌ای ناشی از زمین‌لرزه‌هایی را که از دهه ۱۹۶۰ در مسیرهای مشابهی از هسته داخلی زمین عبور کرده‌اند، مطالعه کردند
زمین از پوسته، گوشته و هسته داخلی و خارجی تشکیل شده است. هسته داخلی جامد در حدود ۵۲۰۰ کیلومتر زیر پوسته زمین قرار دارد و با هسته بیرونی مایع از گوشته نیمه جامد جدا شده و به هسته داخلی اجازه می‌دهد تا با سرعتی متفاوت از چرخش خود زمین، بچرخد.
هسته زمین با شعاع تقریباً ۳۵۰۰ کیلومتری، تقریباً به اندازه مریخ است. هسته از آهن و نیکل و حدود یک سوم جرم زمین را تشکیل می‌دهد. دانشمندان چینی دانشگاه پکن در تحقیقی که در ژانویه ۲۰۲۳ در مجله «نیچرعلوم زمین» منتشر شده امواج لرزه‌ای ناشی از زمین‌لرزه‌هایی را که از دهه ۱۹۶۰ در مسیرهای مشابهی از هسته داخلی زمین عبور کرده‌اند، مطالعه کردند. از سال ۲۰۰۹، مطالعه نگاشت‌های لرزه‌ای، نشان می‌دهد که چرخش هسته داخلی متوقف شده است. چرخش هسته داخلی با میدان مغناطیسی ایجاد شده در هسته بیرونی هدایت و با اثرهای گرانشی گوشته متعادل می‌شود. دانستن چگونگی چرخش هسته داخلی می‌تواند چگونگی تعامل این لایه‌ها و سایر فرآیندهای عمیق در زمین را روشن کند. یافته‌های این مطالعه نشان می‌دهد که هسته داخلی اکنون با بقیه سیاره هماهنگ‌تر از یک دهه پیش است که کمی سریعتر می‌چرخید.
یک عدم تعادل کوچک در نیروهای الکترومغناطیسی و گرانشی می‌تواند چرخش هسته داخلی را کند و حتی معکوس کند. این بخشی از یک تغییر در چرخه‌ای هفت دهه‌ای است و نقطه عطف قبل از ۲۰۱۰، در اوایل دهه ۱۹۷۰ رخ داده است.
چرخش هسته داخلی هر ۲۰ تا ۳۰ سال تغییر می‌کند. هسته داخلی زمین به تدریج از سرد شدن و انجماد یک هسته بیرونی مایع تا شعاع فعلی ۱۲۲۰ کیلومتری بزرگ می‌شود. شناوری شیمیایی و گرمای نهان آزاد شده از انتقال فاز آهن در مرز هسته داخلی، نیروی همرفت هسته بیرونی و ژئودینامویی را تامین می‌کند که میدان مغناطیسی زمین را تولید می‌کنند. گشتاور الکترومغناطیسی ناشی از ژئودینامو هسته داخلی را درون هسته خارجی مایع می‌چرخاند. چرخش متوقف شده (یا کمی واژگون شده) ابتدا در حوالی سال ۱۹۷۱ با دو انفجار هسته‌ای تشخیص داده شده است.
تناوب چند دهه‌ای چرخش هسته داخلی با چندین مشاهده ژئوفیزیکی مهم، به‌ویژه تغییرات طول روز و تغییرات میدان مغناطیسی همزمان است. همین تناوب چند دهه‌ای در «سامانه اقلیمی زمین» به‌ویژه افزایش میانگین دمای جهانی و افزایش سطح دریا، نیز مشهود است. همبستگی بالایی بین میانگین دمای جهانی و بین میانگین جهانی سطح دریا و تغییرات دوقطبی مغناطیسی مشاهده شده است. هر دو جابه‌جایی عمودی و افقی در سطح زمین می‌توانند با یک هسته داخلی نوسانی و جریان‌های هسته بیرونی پیچشی با جفت گرانشی تحریک شوند. در نتیجه، تناوب چند دهه‌ای سامانه اقلیمی نیز ممکن است از سامانه نوسانی هسته-گوشته، از طریق تغییر شکل‌های سطحی و تبادل تکانه زاویه‌ای از هسته و گوشته به سطح سرچشمه بگیرد. به این ترتیب، یافته‌های ما ممکن است متضمن تعاملات پویا بین ژرف‌ترین و کم ژرفاترین لایه‌های سامانه جامد زمین باشد.
البته چرخش زمین به دور محورش اکنون با سرعت بیشتری رخ می‌دهد و از ابتدای سال ۲۰۲۰، هر روز کمتر از ۲۴ ساعت بوده است. با ذوب شدن یخچال‌ها و افزایش سطح اقیانوس‌ها، زمین هر روز کمی سریعتر می‌چرخد و این امر را به چالشی غیرمنتظره در عصر تغییر اقلیم تبدیل می‌کند. هرگونه تغییر در توزیع جرم زمین حول محور آن، بر میزان زمان لازم برای تکمیل یک چرخش تأثیر می‌گذارد. از آنجایی که یخچال‌های طبیعی شش برابر سریعتر از دهه ۱۹۹۰ در اثر انتشار کربن ساخته شده توسط انسان ذوب می‌شوند، جرم زمین در حال توزیع مجدد به محور چرخش خود است. در نتیجه، سطح دریاها از آب‌های اقیانوس‌ها افزایش می‌یابد و در واقع سرعت چرخش ما را کمی سریعتر افزایش می‌دهد.
زمین‌شناسان در مورد فضای بیرونی بیشتر از قلب سیاره می‌دانند. زمین به عنوان یک سیستم فشرده کاملاً هماهنگ عمل نمی‌کند.
در مطالعه جدید، هسته داخلی زمین در سال های اخیر از حرکت بازمانده است. این کشف به چه معناست و چگونه بر ما تأثیر می‌گذارد؟ از سال ۲۰۰۹، سرعت چرخش هسته داخلی -کره فلزی با شعاع ۱۲۰۰ کیلومتری در مرکز زمین- کاهش یافته است.
هسته داخلی از اواسط دهه ۱۹۷۰ تا سال ۲۰۰۹ به سمت شرق چرخیده و سریعتر از پوسته حرکت کرده است. از ۲۰۰۹به بعد، چرخش هسته داخلی کند شد و حالا کمی بیشتر به سمت غرب یعنی کندتر از سطح می‌چرخد. اثر این پدیده در سطح سیاره بسیار بسیار کم است. زمین هر روز یک چرخش ۳۶۰ درجه به دور خودش کامل می‌کند. این مطالعه تفاوت ۰.۱درجه در سال را تشخیص داد. این ناهمزمانی می‌تواند بر طول روز تأثیر بگذارد، اما برای انسان غیرقابل محسوس است.
بسته به سرعت چرخش هسته داخلی، روز می‌تواند یک هزارم ثانیه طولانی‌تر یا کوتاه‌تر از ۵۰ سال پیش باشد. این موضوع اثر مستقیمی بر زندگی دارد اما ممکن است نیاز به تنظیم دقیق‌ترین ساعت‌های اتمی سیاره، مثلا ثانیه‌های کبیسه وجود داشته باشد.
اثرها روی میدان مغناطیسی زمین می‌تواند بر اقلیم اثر بگذارد. زمین کندتر از قبل می‌چرخد. کاهش سرعت تا حدی به دلیل افزایش و کاهش جزر و مد است که در اثر نیروی گرانش ماه ایجاد می‌شود. این نیروها همچنین باعث دور شدن ماه از زمین با ریتم ثابت ۳.۸ سانتی‌متر در سال می‌شوند که همچنین باعث کاهش سرعت پوسته زمین می‌شود. در این مورد نیز، اثرها بسیار بسیار اندک است: در ۱۰۰سال، روز ۱.۴ هزارم ثانیه طولان تر خواهد شد. ۴.۵میلیارد سال پیش، زمین توده‌ای با دمای بالا از ذرات مایع و گاز بود. هسته زمین با تخمین‌های اخیر یک میلیارد سال قبل تشکیل شده است. هر سال بخشی از فلزات مایع هسته خارجی هسته داخلی را ضخیم می‌کند و شعاع آن هر سال یک میلی‌متر افزایش می‌یابد. لحظه‌ای فرامی‌رسد که کل هسته مایع، جامد و میدان مغناطیسی زمین ناپدید می‌شود که باعث پایان زندگی در این سیاره می‌شود. اتفاقات مهمی مانند زلزله و سونامی ۲۰۰۴ اندونزی و ۲۰۱۱ ژاپن کمی محور چرخش زمین را جابه‌جا کردند.
اگر گرمایش جهانی با سرعت فعلی ادامه یابد، چه تغییراتی رخ می‌دهد؟ محققان از سطوح دی‌اکسید کربن از سال ۲۰۰۰ برای تخمین سطوح سال ۲۱۰۰استفاده کرده‌اند. در نتیجه گرم شدن کره زمین و ذوب شدن یخ‌ها، تغییرات در چگالی و گردش آب باعث انتقال بزرگ جرم به محور چرخش زمین می‌شود. اگر انتشار Co2 به افزایش خود ادامه دهد و انتقال تخمینی جرم به واقعیت تبدیل شود، سرعت چرخش زمین افزایش و طول هر روز 0.12 میلی ثانیه در سال 2200 کاهش می‌یابد. از دست دادن قابل توجه یخ در گرینلند و قطب جنوب «بدترین سناریوی گرم شدن آب و هوا» است.