Come il cambiamento climatico altera la rotazione della Terra

Il cambiamento climatico sta causando lo scioglimento delle masse di ghiaccio in Groenlandia e Antartide. L'acqua proveniente dalle regioni polari si riversa negli oceani globali e, soprattutto, nella regione equatoriale. "Ciò significa che si sta verificando uno spostamento di massa che influisce sulla rotazione terrestre", spiega Benedikt Soja, professore di geodesia spaziale presso il Dipartimento di ingegneria civile, ambientale e geomatica dell'ETH di Zurigo.

"La rotazione, inizialmente veloce, rallenta perché le masse si allontanano dall'asse di rotazione e l'inerzia fisica aumenta. In fisica si parla di legge di conservazione del momento angolare, che regola anche la rotazione terrestre. Se la Terra ruota più lentamente, le giornate si allungano. I cambiamenti climatici modificano quindi anche la durata del giorno sulla Terra, anche se solo in minima parte.

Sostenuti dall'agenzia spaziale statunitense NASA, i ricercatori dell'ETH del gruppo di Soja hanno pubblicato due studi recenti sulle riviste "Nature Geoscience" e "Proceedings of the National Academy of Sciences" (PNAS) su come i cambiamenti climatici influenzano il movimento polare e la lunghezza del giorno.

Il cambiamento climatico supera l'influenza lunare

Nello studio su PNAS, i ricercatori dell'ETH mostrano che il cambiamento climatico aumenterà anche la lunghezza del giorno di pochi millisecondi rispetto agli attuali 86.400 secondi. Questo perché l'acqua fluisce dai poli verso le latitudini più basse, rallentando così la velocità di rotazione.

Un'altra causa di questo rallentamento è l'attrito di marea, innescato dalla luna. Il nuovo studio giunge a una conclusione sorprendente: se gli esseri umani continuassero a emettere più gas serra e la Terra si riscaldasse di conseguenza, questo avrebbe in definitiva un impatto 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. "Noi esseri umani abbiamo un'influenza sulla Terra maggiore di quanto pensiamo", conclude Benedikt Soja, "e questo si traduce naturalmente in una grande responsabilità per il futuro del nostro pianeta".

L'asse di rotazione della Terra si sta spostando

Gli spostamenti di massa sulla superficie e all'interno della Terra causati dallo scioglimento dei ghiacci non modificano solo la velocità di rotazione e la durata del giorno terrestre: come mostrano i ricercatori su Nature Geoscience, spostano anche l'asse di rotazione. Ciò significa che i punti in cui l'asse di rotazione incontra la superficie terrestre si spostano. I ricercatori possono osservare questo movimento polare. A lungo termine, è dell'ordine di circa dieci metri ogni cento anni. Non è solo lo scioglimento delle calotte glaciali a giocare un ruolo, ma anche i movimenti che avvengono all'interno della Terra. Ad esempio, nelle profondità del mantello terrestre, dove la roccia diventa viscosa a causa dell'alta pressione, si verificano spostamenti per lunghi periodi di tempo. Anche nel nucleo esterno della Terra, costituito da metallo liquido, si verificano flussi di calore che generano il campo magnetico terrestre, ma anche spostamenti di massa.

Nella modellazione più completa finora realizzata, Benedikt Soja e il suo team hanno dimostrato come il movimento polare derivi dai singoli processi nel nucleo, nel mantello e dal clima in superficie. Il loro studio è stato pubblicato sulla rivista "Nature Geoscience": "Per la prima volta, presentiamo una spiegazione completa delle cause del movimento polare di lungo periodo", afferma Mostafa Kiani Shahvandi, dottorando di Soja e autore principale dello studio: "Ora sappiamo perché e come l'asse di rotazione della Terra si muove rispetto alla crosta terrestre".

Nel loro studio su "Nature Geoscience" spicca un dato in particolare: i processi sulla e nella Terra sono interconnessi e si influenzano a vicenda. "Il cambiamento climatico provoca un movimento dell'asse di rotazione della Terra e sembra che anche la dinamica del nucleo terrestre stia cambiando a causa della retroazione della conservazione del momento angolare", spiega Soja e Kiani Shahvandi aggiunge: "Il cambiamento climatico in corso potrebbe quindi influenzare anche i processi in profondità all'interno della Terra e arrivare più lontano di quanto ipotizzato in precedenza"."Tuttavia, non c'è motivo di preoccuparsi. Questo perché questi effetti sono piccoli ed è improbabile che rappresentino un pericolo.

Leggi fisiche combinate con l'intelligenza artificiale

Per il loro studio sul moto polare, i ricercatori hanno utilizzato le cosiddette reti neurali informate dalla fisica. Si tratta di metodi innovativi di intelligenza artificiale (AI) in cui i ricercatori sono guidati da leggi e principi fisici per sviluppare algoritmi particolarmente potenti e affidabili per l'apprendimento automatico. Kiani Shahvandi ha ricevuto il sostegno del professore di matematica dell'ETH Siddhartha Mishra, che ha ricevuto il premio R?ssler, il premio di ricerca più importante dell'ETH di Zurigo, nel 2023 ed è uno specialista in questo campo.

Grazie agli algoritmi creati da Kiani Shahvandi, è stato possibile registrare per la prima volta tutti i vari effetti sulla superficie, nel mantello terrestre e nel nucleo della Terra e modellarne le possibili interazioni. I risultati dei calcoli mostrano i movimenti che i poli di rotazione terrestre hanno percorso dal 1900. Questi valori modellati sono in ottimo accordo con i dati reali forniti dalle osservazioni astronomiche del passato e dai satelliti degli ultimi trent'anni, consentendo così anche di fare previsioni per il futuro.

Importante per i viaggi nello spazio

"Anche se la rotazione terrestre cambia solo lentamente, questo effetto deve essere preso in considerazione quando si naviga nello spazio, ad esempio quando una sonda spaziale vuole atterrare su un altro pianeta", spiega Soja. Perché anche una deviazione di un solo centimetro sulla Terra può aumentare a una deviazione di centinaia di metri quando le distanze sono enormi. "Atterrare in un particolare cratere su Marte non funzionerebbe", spiega lo scienziato.