I cambiamenti climatici stanno provocando lo scioglimento delle masse di ghiaccio della Groenlandia e dell’Antartide. L’acqua delle regioni polari si sta riversando negli oceani globali e, soprattutto, nella regione equatoriale. "Ciò significa che si sta verificando uno spostamento di massa che influisce sulla rotazione terrestre", spiega Benedikt Soja, professore di geodesia spaziale presso il Dipartimento di ingegneria civile, ambientale e geomatica del Politecnico di Zurigo.
"Si può immaginare come quando una pattinatrice artistica prima tiene le braccia vicino al corpo durante una piroetta e poi le allunga". La rotazione, inizialmente veloce, rallenta perché le masse si allontanano dall’asse di rotazione e l’inerzia fisica aumenta. In fisica si parla di legge di conservazione del momento angolare, che regola anche la rotazione terrestre. Se la Terra ruota più lentamente, le giornate si allungano. I cambiamenti climatici modificano quindi anche la durata del giorno sulla Terra, anche se solo in minima parte.
Sostenuti dall’agenzia spaziale statunitense NASA, i ricercatori del gruppo di Soja hanno pubblicato due recenti studi sulle riviste "Nature Geoscience" e "Proceedings of the National Academy of Sciences" (PNAS) su come i cambiamenti climatici influenzano il movimento polare e la lunghezza del giorno.
Ilcambiamento climatico supera l’influenza lunare
Nello studio PNAS, i ricercatori dimostrano che il cambiamento climatico sta anche aumentando la durata del giorno di qualche millisecondo rispetto agli attuali 86.400 secondi. Ciò è dovuto al fatto che l’acqua fluisce dai poli alle latitudini più basse, rallentando così la velocità di rotazione.Un’altra causa di questo rallentamento è l’attrito di marea, innescato dalla luna. Il nuovo studio giunge a una conclusione sorprendente: se l’uomo continuasse a emettere più gas serra e la Terra si riscaldasse di conseguenza, questo avrebbe in definitiva un impatto maggiore sulla velocità di rotazione della Terra rispetto all’effetto della luna, che ha determinato l’aumento della lunghezza del giorno per miliardi di anni. "Noi esseri umani abbiamo un’influenza sulla Terra più grande di quanto ci rendiamo conto", conclude Benedikt Soja, "e questo naturalmente si traduce in una grande responsabilità per il futuro del nostro pianeta".
L’asse di rotazione della Terra si sta spostando
Gli spostamenti di massa sulla superficie terrestre e al suo interno causati dallo scioglimento dei ghiacci non modificano solo la velocità di rotazione e la durata del giorno terrestre: come dimostrano i ricercatori su Nature Geoscience, spostano anche l’asse di rotazione. Ciò significa che i punti in cui l’asse di rotazione incontra la superficie terrestre si spostano. I ricercatori possono osservare questo movimento polare. A lungo termine, è dell’ordine di circa dieci metri ogni cento anni. Non è solo lo scioglimento delle calotte glaciali a giocare un ruolo, ma anche i movimenti che avvengono all’interno della Terra. Ad esempio, nelle profondità del mantello terrestre, dove la roccia diventa viscosa a causa dell’alta pressione, si verificano spostamenti per lunghi periodi di tempo. Anche nel nucleo esterno della Terra, costituito da metallo liquido, si verificano flussi di calore che generano il campo magnetico terrestre, ma anche spostamenti di massa.Con la modellazione più completa finora realizzata, Benedikt Soja e il suo team hanno dimostrato come il moto polare derivi dai singoli processi nel nucleo, nel mantello e dal clima in superficie. Il loro studio è stato pubblicato sulla rivista "Nature Geoscience": "Per la prima volta, presentiamo una spiegazione completa delle cause del moto polare di lungo periodo", afferma Mostafa Kiani Shahvandi, dottorando di Soja e primo autore dello studio: "Ora sappiamo perché e come l’asse di rotazione terrestre si muove rispetto alla crosta terrestre".
Una scoperta in particolare spicca nel loro studio su "Nature Geoscience": i processi sulla e nella Terra sono interconnessi e si influenzano a vicenda. "Il cambiamento climatico sta causando lo spostamento dell’asse di rotazione terrestre e sembra che il feedback della conservazione del momento angolare stia cambiando anche la dinamica del nucleo terrestre", spiega Soja e Kiani Shahvandi aggiunge: "I cambiamenti climatici in corso potrebbero quindi influenzare anche i processi in profondità all’interno della Terra e arrivare più lontano di quanto ipotizzato in precedenza". Tuttavia, non c’è motivo di preoccuparsi. Perché questi effetti sono piccoli e difficilmente rappresentano una minaccia.
Leggi fisiche combinate con l’intelligenza artificiale
Per il loro studio sul moto polare, i ricercatori hanno utilizzato le cosiddette reti neurali informate dalla fisica. Si tratta di nuovi metodi di intelligenza artificiale (AI) in cui i ricercatori sono guidati da leggi e principi fisici per sviluppare algoritmi particolarmente potenti e affidabili per l’apprendimento automatico. Kiani Shahvandi ha ricevuto il sostegno del professore di matematica del Politecnico di Zurigo Siddhartha Mishra, che ha ricevuto il Premio Rössler, il premio di ricerca più importante del Politecnico di Zurigo, nel 2023 ed è uno specialista in questo campo.Utilizzando gli algoritmi creati da Kiani Shahvandi, è stato possibile per la prima volta registrare tutti i diversi effetti sulla superficie, nel mantello terrestre e nel nucleo della Terra e modellare le loro possibili interazioni. I risultati dei calcoli mostrano i movimenti che i poli di rotazione terrestre hanno percorso dal 1900. Questi valori modellati sono in ottimo accordo con i dati reali forniti dalle osservazioni astronomiche del passato e dai satelliti degli ultimi trent’anni, permettendo così di fare previsioni per il futuro.
Importante per i viaggi nello spazio
"Anche se la rotazione terrestre cambia solo lentamente, questo effetto deve essere tenuto in considerazione quando si naviga nello spazio, ad esempio quando una sonda spaziale vuole atterrare su un altro pianeta", spiega Soja. Perché anche una deviazione di un solo centimetro sulla Terra può aumentare a una deviazione di centinaia di metri sulle enormi distanze coinvolte. "Atterrare in un particolare cratere su Marte non funzionerebbe", spiega lo scienziato.Riferimento alla letteratura
Kiani Shahvandi M, Adhikari S, Dumberry M, Modiri S, Heinkelmann R, Schuh H, Mishra S, Soja B: Contributi di nucleo, mantello e processi climatologici al movimento polare della Terra. In: Nature Geoscience, Vol. 17, luglio 2024. p. 705’710 . DOI: https://doi.org/10.1038/s41561’024 -01478-2 .Kiani Shahvandi M, Adhikari S, Dumberry M, Mishra S, Soja B: Il ruolo sempre più dominante del cambiamento climatico sulle variazioni della lunghezza del giorno. In: Proceedings of the National Academy of Sciences, PNAS 2024, Vol. 121, No. 30, e2406930121. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.2406930121 .
