Un estudio liderado por el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA mejora el cálculo del geocentro y revela cómo nieve, lluvias, océanos y atmósfera redistribuyen estacionalmente la masa del planeta
Redactor: Santiago Duarte
Editor: Karem Díaz S.
El centro de masa de la Tierra se desplaza varios milímetros a lo largo del año debido a la redistribución de enormes cantidades de agua, hielo y aire entre distintas regiones del planeta. Una investigación liderada por científicos del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA (JPL), en California, desarrolló una técnica más precisa para medir esas oscilaciones, fundamentales para los sistemas modernos de posicionamiento, cartografía y determinación de altitudes.
El punto analizado se conoce como geocentro y representa el centro de masa de todo el sistema terrestre, incluida la Tierra sólida, la atmósfera, los océanos y el agua almacenada sobre los continentes. Su posición no permanece exactamente fija respecto del centro geométrico del planeta porque la distribución de la masa cambia constantemente.
Los resultados, publicados en la revista Geophysical Journal International, indican además que la magnitud del desplazamiento anual es aproximadamente la mitad de la que se estimaba hace ocho años. El equipo interpreta esta diferencia como una señal de que la cantidad de agua y aire que se mueve estacionalmente entre los hemisferios es menor de lo calculado previamente.
El geocentro cambia cuando la masa se redistribuye
La Tierra no se comporta como una esfera rígida con su masa distribuida uniformemente. Las precipitaciones, la acumulación y el deshielo de nieve, los glaciares, la humedad del suelo, las aguas subterráneas, los ríos, los océanos y la atmósfera desplazan masa continuamente de unas regiones a otras.
Ese comportamiento está estrechamente relacionado con las variaciones del campo gravitatorio. La distribución desigual de la masa terrestre determina una superficie de referencia conocida como geoide. Como explicó anteriormente Noticias de la Tierra al abordar la forma gravitatoria de la Tierra y las mediciones realizadas por las misiones GRACE y GOCE, los cambios en agua, hielo y otras masas pueden detectarse mediante observaciones geodésicas desde el espacio.
El nuevo trabajo se concentra específicamente en la diferencia entre el centro de masa del sistema terrestre y el centro de figura de la superficie sólida. Aunque las variaciones son minúsculas a escala planetaria, resultan relevantes cuando se necesitan coordenadas con precisión milimétrica.
La nieve mueve el centro de masa hacia el norte
Los investigadores separaron las principales causas del movimiento estacional en tres componentes: océanos, atmósfera y agua continental. Esta última categoría incluye nieve, hielo terrestre, humedad del suelo, aguas subterráneas y agua almacenada en ríos y lagos.
Uno de los patrones más claros ocurre alrededor de marzo, cuando la acumulación de nieve en América del Norte y Eurasia alcanza su máximo estacional. Esa masa adicional desplaza el centro de masa terrestre aproximadamente tres milímetros hacia el Polo Norte.
La relación entre redistribución de agua y movimiento terrestre ya había sido observada mediante otros fenómenos. Investigaciones anteriores encontraron que la extracción y redistribución de aguas subterráneas modificó el movimiento del polo de rotación, mostrando que incluso actividades humanas capaces de trasladar grandes masas de agua pueden dejar una señal geofísica medible.
Estos procesos no significan que el planeta se desplace varios milímetros en el espacio. Lo que cambia es la posición relativa de su punto de equilibrio de masas respecto de una referencia asociada a la Tierra sólida.
Las lluvias del Amazonas producen una señal de 2,2 milímetros
Después del máximo de nieve boreal, otro de los movimientos destacados se registra en abril. La cantidad de agua asociada a las precipitaciones de la cuenca del Amazonas alcanza entonces un máximo estimado de unas 2.400 gigatoneladas y desplaza el geocentro aproximadamente 2,2 milímetros hacia América del Sur.
El ciclo continúa durante el resto del año. En noviembre, el agua acumulada por los monzones del sudeste asiático alcanza alrededor de 600 gigatoneladas y añade otra contribución al movimiento estacional.
Estas cantidades ilustran por qué el ciclo hidrológico puede modificar parámetros geodésicos aunque los desplazamientos resultantes se midan en milímetros. El agua cambia continuamente de ubicación entre atmósfera, continentes, hielo y océanos, redistribuyendo con ella una parte de la masa superficial del planeta.
Los océanos desplazan el geocentro hacia el Pacífico Sur
Entre agosto y octubre, el aumento estacional de agua procedente de lluvias y deshielo en los océanos contribuye a mover el centro de masa terrestre hacia el Pacífico Sur. Debido a la enorme extensión del Pacífico, las variaciones de masa registradas allí pueden superar el efecto de cambios producidos en otras cuencas oceánicas.
Los mares Mediterráneo, Rojo, del Norte, Báltico y de Barents también intervienen en la oscilación, aunque su contribución individual es menor. El resultado es un movimiento compuesto que refleja simultáneamente numerosos procesos hidrológicos y atmosféricos distribuidos por el planeta.
La transferencia de agua desde las regiones polares hacia los océanos también puede afectar otros parámetros físicos de la Tierra. Estudios independientes han mostrado que la redistribución de masa asociada al cambio climático influye en la rotación terrestre y el movimiento polar, aunque se trata de un fenómeno diferente del cálculo específico del geocentro realizado en el nuevo estudio.
El aire frío también modifica el equilibrio de masas
La atmósfera constituye el tercer componente principal. El aire frío tiene mayor densidad que el aire caliente, de modo que las variaciones estacionales de temperatura producen cambios en la distribución de la masa atmosférica.
Para cuantificar ese efecto, los investigadores utilizaron un modelo del Centro Europeo de Previsiones Meteorológicas a Medio Plazo. Los cálculos indican que alrededor del 21 de diciembre el aire frío y denso del invierno boreal contribuye a inclinar el balance de masas hacia Arabia, Asia y el norte de África.
Un patrón equivalente aparece aproximadamente el 21 de junio en el hemisferio sur, con una concentración estacional de masa atmosférica sobre América del Sur y Sudáfrica. Al combinar estos movimientos con los del agua continental y los océanos se obtiene la oscilación anual del geocentro.
Satélites LAGEOS y GPS afinan la posición del geocentro
Medir desplazamientos de pocos milímetros requiere combinar diferentes técnicas de geodesia espacial. Una herramienta fundamental son LAGEOS 1 y LAGEOS 2, satélites lanzados en 1976 y 1992 y equipados con reflectores que permiten determinar mediante pulsos láser la distancia entre las naves y estaciones terrestres.
Como los satélites orbitan alrededor del centro de masa de la Tierra, las variaciones extremadamente pequeñas de sus trayectorias contienen información sobre la posición del geocentro. Una dificultad histórica es que las estaciones de medición láser no están distribuidas uniformemente por el planeta.
El nuevo método complementa esas observaciones con seguimiento GPS y datos orbitales procedentes de varios satélites de órbita terrestre baja. La utilización de diferentes objetivos espaciales permite mejorar la cobertura y reducir parte de la incertidumbre.
La geodesia moderna está ampliando además las fuentes de información disponibles. Investigaciones desarrolladas en Europa han estudiado el uso de señales de satélites de comunicaciones para observar cambios de masa y gravedad en la Tierra, complementando las misiones científicas y los sistemas tradicionales de navegación.
El peso del agua también deforma la corteza terrestre
El equipo incorporó al cálculo otro efecto que puede introducir errores: cuando se acumulan o desaparecen grandes cantidades de agua y hielo, la carga sobre la superficie cambia y la corteza terrestre responde mediante pequeñas deformaciones.
Las estaciones terrestres utilizadas para medir los satélites también se desplazan con esa deformación. Si ese movimiento no se considera correctamente, parte de la señal puede confundirse con un cambio en la posición del propio geocentro.
La influencia de la redistribución artificial de agua también ha podido observarse a escalas prolongadas. Un estudio sobre grandes embalses determinó que el almacenamiento de agua en represas produjo pequeños cambios en la posición de los polos terrestres, otro ejemplo de cómo trasladar grandes cantidades de masa genera respuestas medibles del planeta.
GRACE-FO confirma el movimiento de grandes masas de agua
Los investigadores compararon sus cálculos con las observaciones de GRACE-FO, misión conjunta de la NASA y el Centro Alemán de Investigación de Geociencias (GFZ). Sus dos satélites gemelos, lanzados en 2018, detectan variaciones mensuales del campo gravitatorio terrestre asociadas principalmente al movimiento del agua.
Cuando uno de los satélites pasa sobre una región cuya masa ha aumentado, por ejemplo una cuenca fluvial con mayor almacenamiento de agua, experimenta una atracción gravitatoria ligeramente diferente. Esa modificación altera de forma minúscula la distancia entre las dos naves y permite reconstruir cambios de masa.
La misma tecnología resulta útil para estudiar pérdida de hielo, reservas de aguas subterráneas, sequías y variaciones oceánicas. El seguimiento del deshielo combina precisamente varias técnicas, entre ellas mediciones GPS, observaciones de altitud y cambios del campo gravitatorio detectados por GRACE.
La continuidad de estas observaciones está prevista mediante GRACE-Continuity, o GRACE-C, una nueva misión destinada a prolongar la serie de mediciones gravitatorias iniciada hace casi un cuarto de siglo. Su lanzamiento está previsto actualmente para finales de 2028.
Unos milímetros importan para mapas, navegación y altitudes
La precisión del geocentro tiene aplicaciones que trascienden la investigación geofísica. El centro de masa constituye una referencia para las órbitas de los satélites y, por tanto, interviene en los marcos utilizados para establecer coordenadas extremadamente precisas sobre la superficie terrestre.
Dos estimaciones internacionales publicadas en 2017 y 2023 diferían en unos siete milímetros, una discrepancia comparable con la propia magnitud del movimiento que se intentaba determinar. Reducir esa incertidumbre permite construir sistemas de referencia más consistentes.
Felix Landerer, investigador del JPL y coautor del estudio, destacó que desplazamientos aparentemente insignificantes tienen relevancia porque numerosas actividades modernas dependen de mediciones muy precisas. Entre las aplicaciones figuran la cartografía, la navegación, la logística marítima y la agricultura de precisión.
El trabajo encabezado por Donald Argus ofrece así una medición refinada de un planeta dinámico: nieve acumulándose sobre los continentes, lluvias llenando grandes cuencas, agua desplazándose hacia los océanos y masas de aire cambiando con las estaciones alteran continuamente, aunque solo por milímetros, la ubicación del punto alrededor del cual orbitan los satélites terrestres.
Fuentes referenciales:
Infobae
NASA
