过去20年整个地球倾斜了0.8米，都怪人类抽水太多

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图片来源：unsplash+

撰文｜王昱
审校｜二七


你可能知道过度抽取地下水会导致城市地面沉降，但它的影响远不止于此——实际上，过度抽取地下水甚至能影响地球的自转！


一篇发表在《地球物理研究快报》（Geophysical Research Letters）上的论文发现，在过去不到20年的时间里，由于抽取地下水，地球的自转轴倾斜了0.8米。

不稳定的自转

玩过陀螺的人都知道，只要陀螺存在一点点重量偏差，它在快速旋转时就会出现各种难以预测的摆动——旋转其实是一种相当反直觉的运动。而在太空中自转的地球，在某种程度上也相当于一个巨大的陀螺，每24小时旋转一圈。

转动确实很复杂，转动的陀螺还会产生进动。图片来源：wikipedia


地球的自转并不稳定。在2亿年前，恐龙刚开始兴盛的侏罗纪早期，地球自转一周的时间只有23小时。亿万年过去，随着月球潮汐作用的拉扯，地球的自转速度越来越慢，一天的时间也越来越长。


但是，在这种长期的趋势下，还藏着难以预测的短期波动。自从上世纪原子钟发明以来，人们终于能够精准测量地球自转速度的微小变化，截止到2020年，原子钟记录到最短的一天比24小时少1.05毫秒。而在2020年以后，每一年最短的一天都打破了此前的纪录。2024年7月5日是有史以来测量到的最短的一天，当时地球的自转周期比平常快1.66毫秒。最新数据显示，2025年7月10日是2025年最短的一天，比24小时短1.36毫秒。


地球的自转受到一系列因素的影响，地核、海洋和大气层的复杂运动都可能是原因之一。这些运动都能改变地球整体的质量分布，从而影响地球的自转。


除了自转速度之外，地球自转轴的朝向也会受到影响。2016年，一篇发表在《科学·进展》（Science Advance）上的论文发现，地球表面水体的分布会影响重力分布，进而影响地球自转轴的朝向。这篇论文认为，在和水相关的效应中，起主要作用的是全球变暖带来的冰川、冰盖融化。毕竟，仅凭人类自身的力量怎么可能撬动地球呢？

撬动地球

但是，当来自韩国首尔大学的地球物理学家试图给地球的水体分布建模时，他们发现只考虑冰川和冰盖的融化，还不足以解释观测到的地球自转轴变化。随后，他们还尝试引入水库带来的影响——但这依然不够。


但当他们把人类抽取地下水的数据导入模型后，模型却给出了符合观测的结论。人类真的凭自己的力量，直接改变了地球的自转轴朝向。


研究人员导入了全世界1993年到2010年之间，地下水开采情况的数据。在这17年间，全球各地的人类合计抽取了21 500亿吨地下水，用于灌溉和日常使用。这些地下水大部分最终顺着各种排水系统流入河流，最终汇入海洋。研究人员表示，这导致海平面上升了至少6.24毫米，但由于缺少相关数据，这一结果很难验证。


无论是抽取地下水，还是冰川融化都会改变地球质量的分布情况，但在考虑它们对地球自转轴朝向的影响时，这种分布改变发生在地球的哪里显得尤为重要。研究人员表示，地下水抽取之所以能产生相对重大的影响，是因为大部分地下水是在北半球中纬度地区抽取的，尤其是印度西北部和美国西部，这些地区的地下水抽取造成的影响最大。相比之下，在赤道和地球的两极附近，抽取地下水就不会对地球自转轴的朝向产生太大影响。


综合来看，从1993年到2010年间，人类抽取的21 500亿吨地下水，让地球自转轴从原本位置偏离了0.8米。不过，研究人员也表示，这种摆动幅度太小，不会影响天气或季节。地球自转轴一年之内的总变化幅度可以达到数米，相比之下地下水的影响很小。

研究者比较了观测到的极移（红色箭头）与没有考虑（蓝色虚线箭头）和考虑了（蓝色箭头）地下水影响的建模结果。图片来源：Seo, K.-W.,  Ryu, D.,  Eom, J.,  Jeon, T.,  Kim, J.-S.,  Youm, K., et al. (2023).  Drift of Earth's pole confirms groundwater depletion as a significant contributor to global sea level rise 1993–2010. Geophysical Research Letters,  50, e2023GL103509. https://doi.org/10.1029/2023GL103509


研究人员表示，这项研究的成果还能反过来使用，通过地球自转的变化研究地下水的变化。自19世纪以来，人类已经有了详细的天文记录，可以反推地球自转轴的朝向，而我们或许能从中推测，过去一个多世纪以来，大陆尺度上的地下水储量，究竟因人类活动改变了多少。




参考链接：
https://mp.weixin.qq.com/s/KqSLVwTgfh0-lkyS_WU6mQ
https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2023GL103509
https://phys.org/news/2023-06-weve-groundwater-nudged-earth.html
https://www.science.org/doi/full/10.1126/sciadv.1501693
https://www.popularmechanics.com/science/environment/a69445743/why-earth-has-tilted-scientific-reason/
https://www.techexplorist.com/earth-tilted-nearly-80-centimeters-east-study/62302/
 


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