Der Boden, auf dem wir stehen, ist nicht so fest, wie es scheint. Mehrere Faktoren führen dazu, dass die gesamte Erde bebt und wackelt. Die Festigkeit und Unveränderlichkeit des Bodens unter unseren Füßen ist eine Illusion, die durch unsere begrenzte Sichtweise erzeugt wird. Unser Planet dreht sich alle 23 Stunden 56 Minuten und 4 Sekunden um seine Achse. Es dreht sich auch um die Sonne, das Sonnensystem dreht sich um das Zentrum der Milchstraße und die Galaxie rast durch das Universum in Richtung des Großen Attraktors. Die Geschwindigkeiten bei all diesen Aktionen sind schwindelerregend.
Auch wenn all dies nicht berücksichtigt wird, ist die Erde alles andere als stabil. Irgendwo unter uns brechen sich ständig riesige Felsbrocken, bilden Täler und schieben Berge heraus. Kollidieren und ziehen Sie sich gegenseitig, um Flüsse und Ozeane zu bilden. Die Erde unter uns verändert sich ständig und streckt sich und wackelt.
Zum größten Teil ist dies in Ordnung. Unser wachsendes Verständnis dieser Phänomene ermöglicht es uns jedoch, mehr über das Innenleben unseres Planeten zu erfahren. Es ist auch praktisch für alle, die versuchen, ein Raumschiff zu navigieren und zu landen. Es gibt sieben Dinge, die die Erde bewegen. "Eppur si muove!", Sagte Galileo. Und doch dreht es sich.
Unter Druck
Eine Tischkugel ist eine perfekte Kugel, daher dreht sie sich reibungslos um eine feste Achse. Trotzdem ist die Erde keine Kugel, und die Masse darin ist ungleichmäßig verteilt und neigt dazu, sich zu bewegen. Daher bewegen sich sowohl die Achse, um die sich der Planet dreht, als auch die Pole dieser Achse. Da sich die Rotationsachse von der Achse unterscheidet, um die die Masse ausgeglichen ist, wackelt die Erde außerdem, wenn sie sich dreht.
Diese Schwingung wurde von Wissenschaftlern bereits in der Ära von Isaac Newton vorhergesagt. Und um genau zu sein, besteht diese Schwingung aus mehreren.
Werbevideo:
Eine der wichtigsten ist die Chandler-Schwingung, die erstmals 1891 vom amerikanischen Astronomen Seth Chandler Jr. beobachtet wurde. Dadurch bewegen sich die Pole 9 Meter und vollenden einen vollständigen Zyklus in 14 Monaten.
Während des gesamten 20. Jahrhunderts haben Wissenschaftler eine Reihe von Gründen vorgebracht, darunter Änderungen bei der Speicherung von kontinentalem Wasser, Luftdruck, Erdbeben und Wechselwirkungen an den Grenzen des Erdkerns und des Erdmantels.
Der Geophysiker Richard Gross vom Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA in Pasadena, Kalifornien, löste das Rätsel im Jahr 2000. Er wandte neue meteorologische und ozeanische Modelle auf Beobachtungen der Chandler-Schwingung in den Jahren 1985-1995 an. Gross berechnete, dass zwei Drittel dieser Schwankungen durch Druckschwankungen auf dem Meeresboden und ein Drittel durch Änderungen des Luftdrucks verursacht werden.
"Ihre relative Bedeutung ändert sich im Laufe der Zeit", sagt Gross, "aber derzeit wird diese Ursache, eine Kombination aus Änderungen des atmosphärischen und ozeanischen Drucks, als die Hauptursache angesehen."
Wasser nutzt den Stein ab
Die Jahreszeiten sind der zweitgrößte Faktor im Zusammenhang mit dem Wackeln der Erde. Weil sie zu geografischen Veränderungen bei Regen, Schnee und Luftfeuchtigkeit führen.
Bereits 1899 konnten Wissenschaftler die Pole anhand der relativen Positionen der Sterne bestimmen und werden seit den 1970er Jahren von Satelliten unterstützt. Aber selbst wenn Sie den Einfluss von saisonalen und Chandler-Schwankungen eliminieren, bewegen sich der Nord- und Südpol der Rotation immer noch relativ zur Erdkruste.
In einer im April 2016 veröffentlichten Studie haben Surendra Adikari und Eric Ivins von JPL zwei kritische Teile des Wackelpuzzles der Erde hervorgehoben.
Bis zum Jahr 2000 bewegte sich die Erdrotationsachse um zwei Zoll pro Jahr in Richtung Kanada. Aber dann zeigten Messungen, dass die Rotationsachse die Richtung zu den britischen Inseln änderte. Einige Wissenschaftler haben vorgeschlagen, dass dies das Ergebnis eines Eisverlusts aufgrund des schnellen Schmelzens der Eisschilde Grönlands und der Antarktis sein könnte.
Adikari und Ivins beschlossen, diese Idee zu testen. Sie verglichen GPS-Messungen von Polpositionen mit Daten von GRACE, einer Studie, die Satelliten verwendet, um Massenänderungen auf der Erde zu messen. Sie fanden heraus, dass das Schmelzen des grönländischen und antarktischen Eises nur zwei Drittel der jüngsten Verschiebung in Richtung der Pole ausmacht. Der Rest sollte laut Wissenschaftlern durch den Wasserverlust auf den Kontinenten, hauptsächlich auf der eurasischen Landfläche, erklärt werden.
Die Region leidet unter Erschöpfung der Grundwasserleiter und Dürre. Dennoch scheint das damit verbundene Wasservolumen zunächst zu gering, um zu solchen Konsequenzen zu führen.
Daher untersuchten die Wissenschaftler die Position der betroffenen Gebiete. „Wir wissen aus der Grundphysik rotierender Objekte, dass die Bewegung der Pole sehr empfindlich auf Änderungen innerhalb von 45 Breitengraden reagiert“, sagt Adikari. Genau dort hat Eurasien Wasser verloren.
Diese Studie identifizierte auch die kontinentale Wasserspeicherung als plausible Erklärung für ein weiteres Wackeln in der Erdrotation.
Während des gesamten 20. Jahrhunderts konnten Wissenschaftler nicht verstehen, warum sich die Rotationsachse alle 6 bis 14 Jahre verschiebt und 0,5 bis 1,5 Meter östlich oder westlich ihrer allgemeinen Drift verbleibt. Adikari und Ivins stellten fest, dass von 2002 bis 2015 trockene Jahre in Eurasien Schwankungen im Osten und feuchte Jahre Bewegungen im Westen entsprachen.
"Wir haben die perfekte Übereinstimmung gefunden", sagt Adikari. "Dies ist das erste Mal, dass jemand erfolgreich die perfekte Übereinstimmung zwischen interannueller Polarbewegung und globaler interannueller Dürrefeuchtigkeit identifiziert hat."
Technogene Auswirkungen
Die Bewegungen von Wasser und Eis werden durch eine Kombination aus natürlichen Prozessen und menschlichen Handlungen verursacht. Es gibt aber auch andere Effekte, die das Wackeln der Erde beeinflussen.
Im Jahr 2009 berechnete Felix Landerer, ebenfalls von JPL, dass sich die Ozeane erwärmen und ausdehnen würden, wenn sich der Kohlendioxidgehalt von 2000 auf 2100 verdoppeln würde, so dass sich der Nordpol für das nächste Jahrhundert 1,5 Zentimeter pro Jahr in Richtung Alaska und Hawaii bewegen würde. …
Ebenso modellierte Landerer 2007 die Auswirkungen der Erwärmung des Ozeans, die durch den gleichen Anstieg des Drucks und der Zirkulation von Kohlendioxid auf dem Meeresboden verursacht wurden. Er fand heraus, dass diese Änderungen die Masse in höheren Breiten verschieben und den Tag um etwa 0,1 Millisekunden verkürzen könnten.
Erdbeben
Es sind nicht nur große Mengen an Wasser und Eis, die die Rotation der Erde während ihrer Bewegung beeinflussen. Die Verschiebung von Gesteinen hat auch diesen Effekt, wenn sie groß genug sind.
Erdbeben treten auf, wenn die tektonischen Platten, aus denen die Erdoberfläche besteht, beim Vorbeifahren plötzlich "reiben". Dies könnte auch dazu beitragen. Gross maß ein starkes Erdbeben der Stärke 8,8, das 2010 die chilenische Küste traf. In einer noch nicht veröffentlichten Studie berechnete er, dass die Bewegung der Platten die Erdachse relativ zum Massengleichgewicht um etwa 8 Zentimeter verschob.
Dies basiert jedoch nur auf der Bewertung des Modells. Seitdem haben Gross und andere versucht, die tatsächlichen Verschiebungen der Erdrotation anhand von Erdbebendaten von GPS-Satelliten zu beobachten.
Dies war bisher erfolglos, da es ziemlich schwierig ist, alle anderen Faktoren zu entfernen, die die Rotation der Erde beeinflussen. „Die Modelle sind nicht perfekt und es gibt viele Geräusche, die kleine Erdbebensignale maskieren“, sagt Gross.
Die Bewegung der Massen, die auftritt, wenn tektonische Platten in der Nähe vorbeiziehen, beeinflusst auch die Länge des Tages. Gross berechnete, dass das Erdbeben der Stärke 9,1, das Japan 2011 traf, die Länge des Tages um 1,8 Mikrosekunden reduzierte.
Zitternde Erde
Wenn ein Erdbeben auftritt, löst es seismische Wellen aus, die Energie durch die Eingeweide der Erde transportieren.
Es gibt zwei Arten von ihnen. "P-Wellen" komprimieren und dehnen das Material, durch das sie gehen, mehrmals aus; Schwingungen bewegen sich in die gleiche Richtung wie die Welle. Langsamere "S-Wellen" wiegen die Felsen von einer Seite zur anderen, und die Vibrationen stehen im rechten Winkel zu ihrer Fahrtrichtung.
Starke Stürme können auch schwache seismische Wellen erzeugen, ähnlich denen, die Erdbeben verursachen. Diese Wellen werden Mikroseismen genannt. Bis vor kurzem konnten Wissenschaftler die Quelle von S-Wellen in Mikroseismen nicht bestimmen.
In einer im August 2016 veröffentlichten Studie berichteten Kiwamu Nishida von der Universität Tokio und Ryota Takagi von der Tohoku-Universität über die Verwendung eines Netzwerks von 202 Detektoren in Südjapan zur Verfolgung von P- und S-Wellen. Sie haben den Ursprung der Wellen auf einen großen Nordatlantiksturm zurückgeführt, der als "Wetterbombe" bezeichnet wird: Bei diesem Sturm fällt der atmosphärische Druck im Zentrum ungewöhnlich schnell ab.
Die Verfolgung von Mikroseismen auf diese Weise wird den Forschern helfen, die innere Struktur der Erde besser zu verstehen.
Der Einfluss des Mondes
Nicht nur irdische Phänomene beeinflussen die Bewegungen unseres Planeten. Jüngste Studien haben gezeigt, dass große Erdbeben bei Voll- und Neumond auftreten. Vielleicht liegt dies daran, dass Sonne, Mond und Erde ausgerichtet sind, wodurch die auf den Planeten wirkende Gravitationskraft erhöht wird.
In einer im September 2016 veröffentlichten Studie analysierten Satoshi Ida von der Universität Tokio und Kollegen Gezeitenbelastungen über zwei Wochen vor schweren Erdbeben in den letzten zwanzig Jahren. Von den 12 größten Erdbeben der Stärke 8,2 oder höher ereigneten sich neun während eines Vollmonds oder eines Neumondes. Für kleine Erdbeben wurde keine solche Entsprechung gefunden.
Ida kam zu dem Schluss, dass der zusätzliche Gravitationseinfluss, der zu diesen Zeiten auftritt, die Wirkung von Kräften auf tektonische Platten erhöhen kann. Diese Änderungen sollten gering sein, aber wenn die Platten bereits erregt sind, kann die zusätzliche Kraft ausreichen, um große Brüche in den Gesteinen auszulösen.
Viele Wissenschaftler stehen Idas Ergebnissen jedoch skeptisch gegenüber, da er nur 12 Erdbeben untersucht hat.
Zitternde Sonne
Noch kontroverser ist die Idee, dass Schwingungen, die tief in der Sonne entstehen, eine Reihe von Erschütterungsphänomenen auf der Erde erklären können.
Wenn sich Gase in der Sonne bewegen, entstehen zwei verschiedene Arten von Wellen. Diejenigen, die bei Druckänderungen entstehen, werden als p-Moden bezeichnet, und diejenigen, die entstehen, wenn dichtes Material durch die Schwerkraft angesaugt wird, werden als g-Moden bezeichnet.
Der P-Modus benötigt einige Minuten, um einen vollständigen Vibrationszyklus abzuschließen. g-mod dauert von zehn Minuten bis zu mehreren Stunden. Diese Zeitspanne wird als "Periode" des Mods bezeichnet.
1995 analysierte eine Gruppe unter der Leitung von David Thomson von der Queen's University in Kingston, Kanada, die Muster des Sonnenwinds - des Flusses geladener Teilchen, die von der Sonne ausgehen - von 1992 bis 1994. Sie bemerkten Schwingungen, die die gleichen Perioden wie die p- und g-Modi hatten, was darauf hindeutet, dass die Sonnenschwingungen irgendwie mit dem Sonnenwind zusammenhängen.
Im Jahr 2007 berichtete Thomson erneut, dass ungeklärte Spannungsschwankungen in Unterseekabeln, seismische Messungen auf der Erde und sogar Unterbrechungen bei Telefonanrufen Frequenzmuster aufweisen, die mit Wellen innerhalb der Sonne übereinstimmen.
Wissenschaftler glauben jedoch, dass Thomsons Behauptungen einen wackeligen Boden haben. Simulationen zufolge sollten diese Sonnenschwingungen, insbesondere die G-Moden, bis zum Erreichen der Sonnenoberfläche so schwach sein, dass sie den Sonnenwind in keiner Weise beeinflussen können. Auch wenn dies nicht der Fall ist, müssen diese Muster durch die Turbulenzen des interplanetaren Mediums lange vor Erreichen der Erde zerstört worden sein.
Vielleicht ist Thomsons Idee falsch. Aber es gibt viele andere Gründe, warum unser Planet zittert und schwankt.
ILYA KHEL
