Centrul de masă al Pământului nu stă pe loc. Se deplasează cu câțiva milimetri, odată cu apa, gheața și chiar aerul care se mută dintr-o parte în alta a planetei de la un anotimp la altul. Cercetătorii NASA au găsit o metodă mai exactă de a urmări aceste mișcări, folosind sateliți, date GPS și măsurători ale felului în care greutatea apei și a gheții deformează scoarța terestră, scrie Science Daily.
Pământul are un centru de masă, adică punctul în jurul căruia este distribuită în mod echilibrat întreaga sa greutate, iar acest punct nu rămâne niciodată perfect nemișcat. Pe măsură ce apa, gheața și aerul se deplasează pe suprafața planetei de la un anotimp la altul, greutatea lor se redistribuie suficient de mult încât să împingă centrul de masă încoace și încolo cu câțiva milimetri față de centrul geometric al Pământului.
Pentru oamenii de știință de la NASA, această mișcare abia perceptibilă contează foarte mult, pentru că centrul de masă al Pământului este punctul de referință de la care pornesc atât sistemele de navigație prin satelit, cât și măsurătorile altitudinii de pe întreaga planetă.
O echipă condusă de cercetători de la Jet Propulsion Laboratory (JPL), laboratorul NASA din sudul Californiei, a dezvoltat acum o metodă prin care aceste deplasări sezoniere pot fi măsurate cu o precizie mult mai mare decât până acum. Metoda și rezultatele obținute sunt descrise într-un studiu publicat recent în revista Geophysical Journal International.
Cercetarea arată cum marile schimbări de la un anotimp la altul, precum topirea zăpezii, mișcarea apei din oceane sau aerul rece și dens din timpul iernii, mută cantități uriașe de masă de pe o parte pe alta a planetei.
Un centru care nu stă niciodată pe loc
De zeci de ani, oamenii de știință încearcă să stabilească cu exactitate unde se află centrul de masă al Pământului, folosind observații făcute din spațiu. Problema este că acest punct nu are o poziție fixă.
Dacă Pământul ar fi o bilă perfect solidă și uniformă, centrul său de masă ar coincide cu centrul geometric. În realitate, planeta reacționează la greutatea apei, a gheții și a atmosferei, care se mută permanent dintr-un loc în altul, iar din această cauză centrul de masă se rotește în jurul centrului geometric, îndepărtându-se de acesta cu până la câțiva milimetri.
A afla cât de mare este, de fapt, această mișcare s-a dovedit foarte dificil. Ultimele două estimări internaționale, făcute în 2017 și în 2023, diferă între ele cu 7 milimetri, cam cât grosimea unui creion, iar această diferență este aproape la fel de mare ca mișcarea pe care cercetătorii încearcă să o măsoare.
Pentru a reduce această marjă de eroare, geologul Donald Argus de la JPL a coordonat dezvoltarea unei noi metode, care se bazează pe urmărirea extrem de precisă a sateliților.
Explicația este simplă: din cauza gravitației, sateliții se rotesc în jurul centrului de masă al Pământului, așa că atunci când acest centru se deplasează, cercetătorii pot observa schimbări foarte mici ale distanței dintre sateliți și stațiile de la sol care îi urmăresc.
Sateliții care arată unde se află centrul Pământului
Sateliții sunt folosiți de multă vreme pentru a localiza centrul de masă al Pământului, iar doi dintre ei, lansați în 1976 și în 1992, au fost construiți special pentru acest scop.
Cei doi sateliți LAGEOS 1 și LAGEOS 2 seamănă cu niște globuri disco uriașe, de câte 408 kilograme, acoperite cu prisme care reflectă lumina. Stații aflate în peste 20 de țări trimit raze laser spre acești sateliți și măsoară cu mare precizie semnalele care se întorc.
Metoda are însă o limită, pentru că stațiile laser nu sunt răspândite uniform pe tot globul.
Noua abordare rezolvă această problemă în două feluri. Mai întâi, cercetătorii combină măsurătorile laser cu date GPS și cu informații despre orbitele mai multor sateliți aflați pe orbită joasă, astfel încât au la dispoziție mult mai multe obiecte pe care le pot urmări. Apoi, ei iau în calcul și faptul că greutatea apei și a gheții, care se schimbă de la un anotimp la altul, apasă și deformează scoarța terestră, ceea ce înseamnă că și stațiile de la sol se mișcă foarte puțin odată cu terenul pe care sunt construite.
Donald Argus a dezvoltat metoda împreună cu specialiști din echipa JPL care calculează orbitele sateliților, dar și cu cercetători de la Universitatea din Nevada, Universitatea din Montana și Centrul Helmholtz pentru Geoștiințe din Germania.
„Acum estimăm că amplitudinea mișcării anuale, înainte și înapoi, a centrului de masă al Pământului este cam jumătate din cât credeam acum opt ani”, a declarat Argus. „Rezultatele noastre sugerează că masa de apă și de aer care se mută între cele două emisfere este mai mică decât se credea”.
Chiar dacă distanțele despre care vorbim sunt foarte mici, ele au o importanță care depășește cu mult granițele unui laborator.
Felix Landerer, unul dintre coautorii studiului de la JPL, a explicat că „deși aceste mișcări par minuscule, lumea noastră modernă depinde de măsurători extrem de precise ale poziției. Descifrând și înțelegând mecanismele care modifică sistemele de referință, putem construi sisteme de referință mai bune, de care beneficiază în cele din urmă cartografierea și navigația, de la logistica transportului maritim global până la agricultura de precizie”.
Zăpada, ploaia și oceanele schimbă echilibrul Pământului
Cercetătorii au urmărit cum se deplasează centrul de masă al Pământului de-a lungul unui an și au descoperit că mișcarea are trei surse principale: oceanele, atmosfera și apa de pe continente, adică gheața de pe uscat, zăpada, apa din lacuri și râuri, umiditatea din sol și apa subterană.
Efectul fiecăreia se schimbă de la o lună la alta, în funcție de locul de pe planetă în care se adună apa și aerul.
Zăpada din America de Nord și din Eurasia atinge cea mai mare cantitate în luna martie, iar această greutate suplimentară mută centrul de masă al Pământului cu aproximativ 3 milimetri spre Polul Nord.
În aprilie, bazinul fluviului Amazon ajunge la cea mai mare cantitate de apă de ploaie din an, aproximativ 2.400 de gigatone, adică 2.400 de miliarde de tone. Această concentrare uriașă de apă trage centrul de masă al Pământului cu 2,2 milimetri spre America de Sud.
Mai târziu în cursul anului apare încă o influență. Apa adusă de musoni în Asia de Sud-Est atinge un maxim de 600 de gigatone în noiembrie, la șase luni după vârful din Amazonia, și contribuie, într-o măsură mai mică, la mișcarea anuală.
Oceanul Pacific are o influență uriașă
Și apa din oceane joacă un rol important în această mișcare sezonieră.
Între august și octombrie, apa provenită din topirea gheții și din ploi crește masa oceanelor, iar centrul de masă al Pământului se deplasează spre sudul Oceanului Pacific.
Pentru că Pacificul este atât de întins, schimbările din masa lui pot cântări mai mult decât tot ce se câștigă sau se pierde în celelalte oceane. Chiar și așa, variațiile sezoniere din Marea Mediterană, Marea Roșie, Marea Nordului, Marea Baltică și Marea Barents au și ele o contribuție, mai mică, la mișcarea centrului Pământului.
La toate acestea se adaugă atmosfera.
Cercetătorii au folosit un model creat de Centrul European pentru Prognoze Meteorologice pe Termen Mediu pentru a calcula cum influențează schimbările din atmosferă centrul de masă al planetei. Analiza lor a arătat că aerul rece și dens al iernii mută echilibrul spre Peninsula Arabică, Asia și nordul Africii în jurul datei de 21 decembrie, în fiecare an, iar în jurul datei de 21 iunie același efect se produce deasupra Americii de Sud și a Africii de Sud.
Sateliții GRACE confirmă rezultatele
Estimările obținute prin noua metodă se potrivesc cu observațiile făcute de misiunea GRACE-FO (Gravity Recovery and Climate Experiment Follow-On).
Lansată în 2018, misiunea GRACE-FO este formată din doi sateliți care măsoară, lună de lună, schimbările din câmpul gravitațional al Pământului, schimbări provocate în mare parte de apa care se mișcă la suprafața planetei și în subsol.
Cei doi sateliți zboară unul după altul, într-o formație extrem de precisă. Atunci când primul trece peste o regiune în care s-a adunat mai multă masă, de exemplu peste bazinul unui râu umflat de ploi, atracția gravitațională mai puternică schimbă distanța dintre cei doi sateliți cu o valoare foarte mică, dar care poate fi măsurată.
Misiunea GRACE-FO este un parteneriat între NASA și Centrul German de Cercetare pentru Geoștiințe (GFZ).
Oamenii de știință pregătesc deja următoarea generație de astfel de măsurători. Misiunea GRACE-Continuity (GRACE-C) ar urma să fie lansată la sfârșitul anului 2028 și va continua seria de observații GRACE, care urmărește de aproape 25 de ani felul în care apa și masa se mișcă pe Pământ.
