Il cambiamento climatico sta alterando la rotazione della Terra e allungando le giornate

Due Nuovi studi pubblicati su Nature Geoscience (“Contributions of core, mantle and climatological processes to Earth’s polar motion”) e su  Proceedings of the National Academy of Sciences – PNAS (“The increasingly dominant role of climate change on length of day variations”) da team internazionali di ricercatori guidati dall’ETH Zürich  spiegano come il cambiamento climatico influisce sul moto polare e sulla lunghezza del giorno.

Il cambiamento climatico sta causando lo scioglimento delle masse di ghiaccio in Groenlandia e Antartide. L'acqua delle regioni polari sta fluendo negli oceani del mondo, in particolare nella regione equatoriale. spiega Benedikt Soja, professore di geodesia spaziale presso il dipartimento di ingegneria civile, ambientale e geomatica dell'ETH Zürich spiega che «Questo significa che si sta verificando uno spostamento di massa, e questo sta influenzando la rotazione della Terra. E’ come quando una pattinatrice artistica fa una piroetta, prima tenendo le braccia vicine al corpo e poi allungandole. La rotazione inizialmente veloce diventa più lenta perché le masse si allontanano dall'asse di rotazione, aumentando l'inerzia fisica. In fisica, parliamo della legge di conservazione del momento angolare, e questa stessa legge governa anche la rotazione della Terra. Se la Terra gira più lentamente, i giorni si allungano. Il cambiamento climatico sta quindi alterando anche la lunghezza del giorno sulla Terra, anche se solo in minima parte».

Nello studio pubblicato su  PNAS i ricercatori dell'ETH Zürich, del Jet Propulsion Laboratory del California Institute of Technology d e dell’università dell’Alberta  dimostrano che «Il cambiamento climatico sta anche aumentando la lunghezza del giorno di alcuni millisecondi rispetto agli attuali 86.400 secondi. Questo perché l'acqua scorre dai poli verso latitudini più basse e quindi rallenta la velocità di rotazione. Un'altra causa di questo rallentamento è l'attrito delle maree, che è innescato dalla luna».

Ma il nuovo studio giunge a una conclusione sorprendente: «Se gli esseri umani continuano a emettere più gas serra e la Terra di conseguenza si riscalda, questo avrebbe in ultima analisi un'influenza 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».

Soja  fa notare che «Noi esseri umani abbiamo un impatto maggiore sul nostro pianeta di quanto pensiamo e questo naturalmente ci pone una grande responsabilità per il futuro del nostro pianeta».

E gli spostamenti di massa sulla superficie terrestre e al suo interno causati dallo scioglimento dei ghiacci non cambiano solo la velocità di rotazione della Terra e la lunghezza del giorno: come dimostrano i ricercatori su Nature Geoscience, alterano anche l'asse di rotazione e «Questo significa che i punti in cui l'asse di rotazione incontra effettivamente la superficie terrestre si spostano». I ricercatori possono osservare questo moto polare che, in un arco di tempo più lungo, arriva a circa 10 metri ogni 100.

In questo caso non è solo lo scioglimento delle calotte glaciali a svolgere un ruolo, ma anche i movimenti che avvengono all'interno della Terra. All’ETH Zürich spiegano che «Nelle profondità del mantello terrestre, dove la roccia diventa viscosa a causa dell'alta pressione, si verificano spostamenti per lunghi periodi di tempo. E ci sono anche flussi di calore nel metallo liquido del nucleo esterno della Terra, che sono responsabili sia della generazione del campo magnetico terrestre sia di spostamenti di massa».

Grazia alla modellazione più completa realizzata fino ad oggi, Soja e il suo team hanno dimostrano  come il moto polare derivi dai singoli processi nel nucleo, nel mantello e dal clima in superficie. Il loro studio pubblicato sulla rivista Nature Geoscience  presenta per la prima volta, una spiegazione completa delle cause del moto polare di lungo periodo. Mostafa Kiani Shahvandi, uno degli studenti di dottorato di Soja e autore principale dello studio sottolinea che «In altre parole, ora sappiamo perché e come l'asse di rotazione della Terra si muove rispetto alla crosta terrestre».

Dallo studio pubblicato su Nature Geoscience emerge che I processi sulla Terra e al suo interno sono interconnessi e si influenzano a vicenda. Soja spiega ancora: «Il cambiamento climatico sta causando lo spostamento dell'asse di rotazione terrestre e sembra che il feedback della conservazione del momentum angolare stia anche modificando le dinamiche del nucleo terrestre».

Kiani Shahvandi aggiunge: «Il cambiamento climatico in corso potrebbe quindi persino influenzare i processi nelle profondità della Terra e avere una portata maggiore di quanto precedentemente ipotizzato. Tuttavia, c'è scarso motivo di preoccupazione, poiché questi effetti sono minori ed è improbabile che rappresentino un rischio».

Per il loro studio sul moto polare, i ricercatori hanno utilizzato i physics-informed neural networks, nuovi metodi di intelligenza artificiale (IA) nei quali i ricercatori applicano le leggi e i principi della fisica per sviluppare algoritmi particolarmente potenti e affidabili per l'apprendimento automatico. Kiani Shahvandi è stato aiutato da Siddhartha Mishra, professore di matematica all'ETH Zürich e premio Rössler 2023, che ha sviluppato algoritmi che hanno reso possibile registrare per la prima volta tutti i diversi effetti sulla superficie terrestre, nel suo mantello e nel suo nucleo, e modellare le loro possibili interazioni. Il risultato dei calcoli mostra come si sono spostati i poli di rotazione terrestri dal 1900 e questi dati sono in perfetto ccordo con i dati reali forniti dalle osservazioni astronomiche in passato e dai satelliti negli ultimi trent'anni, il che significa che consentono anche previsioni per il futuro.

Soja conclude evidenziando l’importanza di quanto scoperto per i viaggi spaziali: «Anche se la rotazione della Terra cambia solo lentamente, questo effetto deve essere preso in considerazione quando si naviga nello spazio, ad esempio quando si invia una sonda spaziale ad atterrare su un altro pianeta. Anche una leggera deviazione di appena un centimetro sulla Terra può crescere fino a una deviazione di centinaia di metri sulle enormi distanze coinvolte. Altrimenti, non sarà possibile atterrare in un cratere specifico su Marte».