Австралия смещается и наклоняется вперед и назад на несколько миллиметров каждый год из-за изменений в центре масс Земли, согласно новому исследованию. По словам автора исследования, результаты могут помочь ученым лучше отслеживать точное местоположение центра масс Земли, что важно для GPS и других спутниковых измерений.
Все тела имеют центр масс или среднее положение массы объекта. Центр масс Земли находится примерно в центре расплавленного ядра планеты, на глубине около 6 000 километров (около 3 700 миль) под поверхностью.
Сезонные изменения в распределении воды на поверхности Земли - в основном за счет осадков и испарения - смещают центр масс планеты на несколько миллиметров в разные стороны.
Новое исследование показало, что эти движения заставляют самый маленький континент Земли двигаться вперед и назад в зависимости от времени года. Летом (зимой в Северном полушарии) Австралия смещается на северо-запад примерно на 1 миллиметр. При этом его северо-западный край наклонен вниз на 2-3 мм, а юго-восточный приподнят на 2-3 мм. Зимой (летом в Северном полушарии) тренд меняется на противоположный, континент смещается на юго-восток и меняет свой наклон.
Этих изменений недостаточно, чтобы их почувствовали жители страны, но достаточно, чтобы их зафиксировали спутники.
«[Вода] мигрирует каждый сезон», - сказал Шин-Чан Хан, профессор инженерии в Университете Ньюкасла в Австралии и ведущий автор нового исследования, опубликованного в Журнале геофизических исследований: Solid Earth. журнал Американского геофизического союза.«Это движение вызывает вполне заметную и значительную деформацию в Австралии».
Вниз под
Земля примерно сферическая, но распределение массы на ее поверхности не идеально сбалансировано. Вода перемещается по земному шару за счет осадков и испарения, и ее среднее положение во многом зависит от времени года. В определенное время в одних областях воды скапливается больше, чем в других, что вызывает небольшие изменения центра масс планеты.
Когда снежные покровы в Северном полушарии достигают своего пика, вес воды достаточно велик, чтобы сместить центр масс Земли на несколько миллиметров ближе к Европе. Но шесть месяцев спустя, когда большая часть дождя и снега возвращается в атмосферу в результате испарения, центр масс перемещается ближе к южной части Тихого океана..
Хан искал, могут ли локальные изменения в воде вблизи Австралии привести к смещению или перемещению континента. Тектоническая плита под Австралией опирается на конвейерную ленту расплавленной породы, называемую астеносферой. Конвекция в астеносфере перемещает каждую плиту на несколько сантиметров в год, но плиты также могут смещаться под действием других сил, в том числе из-за изменений в расположении воды.
Чтобы отслеживать движение Австралии, Хан измерил изменения местоположения 14 наземных GPS-станций по всему континенту. Хотя они находятся на высоте около 20 000 километров (12 500 миль) над поверхностью Земли, спутники GPS могут обнаруживать изменения в наземных станциях размером менее миллиметра.
Хан затем использовал данные Эксперимента по восстановлению гравитации и климата (GRACE), в котором используются два спутника для измерения изменений в силе гравитационного притяжения Земли, чтобы определить местоположение воды.
Объединив новые данные GPS и GRACE, Хан смог измерить, насколько сезонное движение воды повлияло на Австралию. Он обнаружил, что континент смещается и наклоняется на несколько миллиметров в ответ на изменение положения воды вдали от Австралии. Эти изменения в расположении воды влияют на центр масс Земли. Все континенты немного перемещаются при изменении центра масс, но Австралия испытывает это больше, потому что, по словам Хана, она находится прямо между Европой и южной частью Тихого океана.
Из движения Австралии Хан смог рассчитать движение центра масс Земли. Движение континента соответствовало движению центра масс Земли. Хотя это движение можно измерить другими методами, метод Хана является вторичной, независимой проверкой.
Исследование Хана показывает, что измерения GPS в Австралии, вероятно, отличаются на миллиметр или два. Хотя это может не иметь большого значения в повседневной жизни, это может быть проблемой для точных измерений, таких как те, которые используются для определения уровня моря, сказал он..
«Если наша [GPS] станция имеет какое-то систематическое искажение - деформацию - это повлияет на наши точные расчеты местоположения», - сказал Хан. «Поэтому нам нужно знать о любых систематических предубеждениях на нашей станции, чтобы лучше понять нашу позицию».
«Этот новый способ определения [центра масс] Земли … является новым и новаторским подходом, и его будут использовать другие», - сказал Ричард Гросс, исследователь из Лаборатории реактивного движения НАСА в Пасадене, Калифорния, кто не участвовал в новом исследовании. По словам Гросса, другие ученые, вероятно, увидят, смогут ли они определить движение центра масс Земли, используя другие континенты, кроме Австралии.