Por primera vez, los investigadores de la Escuela Politécnica Federal de Zúrich (ETH) han podido explicar por completo las diversas causas del movimiento polar a largo plazo en el modelo más completo hasta la fecha utilizando métodos de inteligencia artificial.
por la ETH de Zúrich
Su modelo y sus observaciones muestran que el cambio climático y el calentamiento global tendrán una mayor influencia en la velocidad de rotación de la Tierra que el efecto de la Luna, que ha determinado el aumento de la duración del día durante miles de millones de años.
El cambio climático está provocando el derretimiento de las masas de hielo de Groenlandia y la Antártida. El agua de las regiones polares está fluyendo hacia los océanos del mundo, especialmente hacia la región ecuatorial.
«Esto significa que se está produciendo un desplazamiento de masa que afecta a la rotación de la Tierra», explica Benedikt Soja, catedrático de Geodesia Espacial en el Departamento de Ingeniería Civil, Ambiental y Geomática de la ETH de Zúrich.
«Es como cuando un patinador artístico hace una pirueta, primero manteniendo los brazos cerca del cuerpo y luego estirándolos», dice Soja. La rotación inicialmente rápida se vuelve más lenta porque las masas se alejan del eje de rotación, lo que aumenta la inercia física.
En física, hablamos de la ley de conservación del momento angular, y esta misma ley rige también la rotación de la Tierra. Si la Tierra gira más lentamente, los días se hacen más largos. Por tanto, el cambio climático también está alterando la duración del día en la Tierra, aunque solo de forma mínima.
Los investigadores del grupo Soja de la ETH han publicado dos nuevos estudios en las revistas Nature Geoscience y Proceedings of the National Academy of Sciences ( PNAS ) sobre cómo el cambio climático afecta al movimiento polar y a la duración del día.
El cambio climático supera la influencia de la Luna
En el estudio de PNAS , los investigadores de la Escuela Politécnica Federal de Zúrich demuestran que el cambio climático también está aumentando la duración del día en unos pocos milisegundos, frente a los 86.400 segundos actuales. Esto se debe a que el agua fluye desde los polos hacia latitudes más bajas, lo que ralentiza la velocidad de rotación.
Otra causa de esta ralentización es la fricción de las mareas, que se produce por la acción de la Luna. Sin embargo, el nuevo estudio llega a una conclusión sorprendente: si los seres humanos siguen emitiendo más gases de efecto invernadero y la Tierra se calienta en consecuencia, esto acabará teniendo una mayor influencia en la velocidad de rotación de la Tierra que el efecto de la Luna, que ha determinado el aumento de la duración del día durante miles de millones de años.
«Los humanos tenemos un impacto mayor en nuestro planeta del que nos damos cuenta», concluye Soja, «y esto naturalmente nos impone una gran responsabilidad por el futuro de nuestro planeta».
El eje de rotación de la Tierra está cambiando
Sin embargo, los cambios de masa en la superficie de la Tierra y en su interior provocados por el derretimiento del hielo no solo modifican la velocidad de rotación de la Tierra y la duración del día: como muestran los investigadores en Nature Geoscience , también alteran el eje de rotación. Esto significa que los puntos en los que el eje de rotación se encuentra con la superficie de la Tierra se mueven.
Los investigadores pueden observar este movimiento polar, que en un período más largo alcanza unos diez metros cada cien años. En este sentido, no solo influye el derretimiento de las capas de hielo, sino también los movimientos que se producen en el interior de la Tierra.
En las profundidades del manto terrestre, donde la roca se vuelve viscosa debido a la alta presión , se producen desplazamientos durante largos períodos de tiempo. Y también hay flujos de calor en el metal líquido del núcleo externo de la Tierra, que son responsables tanto de generar el campo magnético de la Tierra como de provocar cambios en la masa.
En el modelado más completo realizado hasta la fecha, Soja y su equipo han demostrado cómo el movimiento polar es resultado de procesos individuales en el núcleo, en el manto y del clima en la superficie.
«Por primera vez, presentamos una explicación completa de las causas del movimiento polar de largo período», afirma Mostafa Kiani Shahvandi, uno de los estudiantes de doctorado de Soja y autor principal del estudio. «En otras palabras, ahora sabemos por qué y cómo se mueve el eje de rotación de la Tierra en relación con la corteza terrestre».
Un hallazgo que destaca en particular en su estudio es que los procesos que se producen en la superficie y en el interior de la Tierra están interconectados y se influyen entre sí. «El cambio climático está provocando que el eje de rotación de la Tierra se mueva, y parece que la retroalimentación de la conservación del momento angular también está cambiando la dinámica del núcleo de la Tierra», explica Soja.
Kiani Shahvandi añade: «El cambio climático actual podría estar afectando incluso a procesos que tienen lugar en las profundidades de la Tierra y tener un alcance mayor del que se suponía anteriormente». Sin embargo, no hay motivos para preocuparse, ya que estos efectos son menores y es poco probable que supongan un riesgo.
Leyes físicas combinadas con IA
Para estudiar el movimiento polar, los investigadores utilizaron las llamadas redes neuronales basadas en la física. Se trata de nuevos métodos de inteligencia artificial (IA) en los que los investigadores aplican las leyes y principios de la física para desarrollar algoritmos especialmente potentes y fiables para el aprendizaje automático. Kiani Shahvandi recibió el apoyo de Siddhartha Mishra, profesor de matemáticas en la ETH de Zúrich.
Los algoritmos desarrollados por Kiani Shahvandi han permitido por primera vez registrar todos los diferentes efectos sobre la superficie de la Tierra, en su manto y en su núcleo, y modelar sus posibles interacciones. El resultado de los cálculos muestra cómo se han desplazado los polos de rotación de la Tierra desde 1900. Estos valores del modelo concuerdan perfectamente con los datos reales proporcionados por las observaciones astronómicas del pasado y por los satélites de los últimos treinta años, lo que significa que también permiten realizar previsiones para el futuro.
Importante para los viajes espaciales
«Aunque la rotación de la Tierra cambia muy lentamente, este efecto debe tenerse en cuenta al navegar en el espacio, por ejemplo, al enviar una sonda espacial a otro planeta», dice Soja. Incluso una pequeña desviación de apenas un centímetro en la Tierra puede convertirse en una desviación de cientos de metros en las enormes distancias involucradas.
«De lo contrario, no sería posible aterrizar en un cráter específico de Marte», explica.
Más información: Kiani Shahvandi, Mostafa, El papel cada vez más dominante del cambio climático en las variaciones de la duración del día, Actas de la Academia Nacional de Ciencias (2024). DOI: 10.1073/pnas.2406930121 . doi.org/10.1073/pnas.2406930121
Mostafa Kiani Shahvandi et al., Contribuciones de los procesos del núcleo, el manto y el clima al movimiento polar de la Tierra, Nature Geoscience (2024). DOI: 10.1038/s41561-024-01478-2 . www.nature.com/articles/s41561-024-01478-2
