جابه‌جایی مرکز جرم زمین با جابه‌جایی سالانه ۶.۳ تریلیون تن آب

زمین در مقیاس روزمره ساکن به نظر می‌رسد، اما توزیع جرم روی سطح آن دائماً در حال تغییر است. با تغییر فصل‌ها، برف در قاره‌ها انباشته می‌شود، باران حوضه‌های رودخانه‌ای را پر می‌کند و آب حاصل از ذوب برف و بارش به سمت اقیانوس‌ها بازمی‌گردد. همین چرخه طبیعی می‌تواند مرکز جرم زمین را نسبت به بخش جامد سیاره چند میلی‌متر جابه‌جا کند.



پژوهش جدیدی نشان می‌دهد سالانه حدود ۶.۳ تریلیون تن آب، معادل ۶۳۰۰ گیگاتن، در جریان تبادل فصلی میان قاره‌ها و اقیانوس‌ها جابه‌جا می‌شود. این فرایند با نوسانی سالانه در مرکز جرم زمین همراه است و میانگین سطح دریاها را نیز به‌صورت فصلی حدود ۱۷.۳ میلی‌متر تغییر می‌دهد؛ تغییری که به معنای افزایش دائمی سطح اقیانوس‌ها نیست، زیرا آب در طول چرخه سالانه دوباره میان خشکی و دریا توزیع می‌شود.

برف و باران، زمین را چند میلی‌متر جابه‌جا می‌کنند

این جابه‌جایی در طول سال جهت ثابتی ندارد و نتیجه برهم‌کنش چندین پدیده فصلی است.



در ماه مارس، میزان برف انباشته‌شده در آمریکای شمالی و اوراسیا به اوج می‌رسد. انتقال این حجم عظیم آب از اقیانوس‌ها به خشکی باعث می‌شود مرکز جرم زمین حدود ۳ میلی‌متر به سمت شمال جابه‌جا شود.



یک ماه بعد، در آوریل، آب ذخیره‌شده در حوضه آمازون به بیشترین میزان خود می‌رسد. حدود ۲۴۰۰ گیگاتن آب در این منطقه انباشته می‌شود و مرکز جرم زمین را تقریباً ۲.۲ میلی‌متر به سمت آمریکای جنوبی می‌کشاند.



در ادامه سال نیز بارش‌های موسمی جنوب‌شرقی آسیا و افزایش جرم آب در اقیانوس‌ها به این نوسان اضافه می‌شوند. آب‌های موسمی جنوب‌شرقی آسیا در اوج خود حدود ۶۰۰ گیگاتن جرم دارند و اقیانوس آرام نیز در ماه‌های پایانی تابستان سهم مهمی در تغییر توزیع جرم زمین ایفا می‌کند.



جو زمین نیز کاملاً از این معادله خارج نیست. تغییرات فصلی جرم هوا، به‌ویژه تجمع هوای سرد و متراکم در زمستان، می‌تواند در جابه‌جایی مرکز جرم نقش داشته باشد؛ اگرچه سهم آن با جابه‌جایی آب متفاوت است.

چرا اندازه‌گیری چند میلی‌متر اهمیت دارد؟

این جابه‌جایی‌ها در مقایسه با قطر حدود ۱۲۷۴۲ کیلومتری زمین بسیار کوچک هستند، اما برای علم ژئودزی اهمیت زیادی دارند. مرکز جرم زمین یکی از مراجع اساسی برای تعیین دقیق موقعیت ماهواره‌ها و ایجاد سیستم‌های مرجع مورد استفاده در نقشه‌برداری و ناوبری است.



به‌طور سنتی، دانشمندان برای تعیین مرکز جرم زمین از اندازه‌گیری فاصله‌سنجی لیزری ماهواره‌ای (SLR) استفاده کرده‌اند. دو ماهواره کروی LAGEOS-1 و LAGEOS-2 در این روش نقش مهمی دارند و با کمک پالس‌های لیزری ارسال‌شده از ایستگاه‌های زمینی، موقعیت مداری آنها با دقت بسیار بالا تعیین می‌شود.



اما یک مشکل مهم وجود دارد: ایستگاه‌های زمینی SLR به‌طور یکنواخت در سراسر جهان توزیع نشده‌اند و بخش قابل توجهی از آنها در اروپا و آمریکای شمالی قرار دارند. علاوه بر این، تغییرات جرم آب، یخ و جو می‌تواند خود پوسته زمین را به‌صورت الاستیک تغییر شکل دهد و در نتیجه موقعیت ایستگاه‌های اندازه‌گیری را نیز اندکی جابه‌جا کند.

ترکیب GPS و ماهواره‌ها برای دقت بیشتر

پژوهشگران برای کاهش این محدودیت‌ها، داده‌های GPS، فاصله‌سنجی لیزری LAGEOS و اطلاعات چندین ماهواره مدار پایین زمین را با مدل‌های مربوط به تغییر شکل فصلی پوسته زمین ترکیب کردند.



نتایج این روش جدید با برآوردهای قبلی مبتنی بر سیستم مرجع بین‌المللی زمین، داده‌های GRACE و روش سنتی SLR در محدوده حدود ۲.۵ میلی‌متر با یکدیگر سازگار بود؛ موضوعی که به گفته پژوهشگران، استحکام این برآوردها را تأیید می‌کند.



این پژوهش که در Geophysical Journal International منتشر شده است، نشان می‌دهد حتی تغییرات بسیار کوچک در توزیع آب و هوا می‌توانند برای سیستم‌های دقیق اندازه‌گیری زمین اهمیت داشته باشند. چنین داده‌هایی می‌توانند به بهبود سیستم‌های مرجع ژئودزی، ناوبری، نقشه‌برداری و ردیابی ماهواره‌ها کمک کنند و در عین حال، تصویر دقیق‌تری از نحوه جابه‌جایی آب در چرخه فصلی زمین ارائه دهند.