Los investigadores utilizaron datos recopilados durante más de 120 años para comprender cómo el derretimiento del hielo, el agotamiento de las aguas subterráneas y el aumento del nivel del mar están afectando el eje de rotación del planeta y aumentando la duración del día.
Los días en la Tierra son cada vez más largos y el cambio se está acelerando. La razón está relacionada con los mismos mecanismos que también han provocado que el eje del planeta se desplace unos 30 pies (10 metros) durante los últimos 120 años. Los hallazgos provienen de dos estudios recientes financiados por la NASA que se centraron en cómo la redistribución del hielo y el agua relacionada con el clima afectaba la rotación de la Tierra.
Esta redistribución se produce cuando las capas de hielo y los glaciares se derriten más de lo que crecen con las nevadas, y cuando los acuíferos pierden más agua subterránea de la que reponen con las precipitaciones. Estos cambios de masa resultantes hacen que el planeta se tambalee a medida que gira y su eje se desplace, un fenómeno llamado movimiento polar. También provocan que la rotación de la Tierra se ralentice, medida por el alargamiento del día. Ambos fenómenos se han registrado desde 1900.
Al analizar el movimiento de los polos durante 12 décadas, los científicos atribuyeron casi todas las fluctuaciones periódicas en la posición del eje a cambios en las aguas subterráneas, las capas de hielo, los glaciares y el nivel del mar. Según un artículo publicado recientemente en Nature Geoscience, los cambios masivos durante el siglo XX fueron en gran medida el resultado de ciclos climáticos naturales.
Los mismos investigadores se unieron para un estudio de seguimiento que se centró en la duración del día. Descubrieron que desde el año 2000, los días se han alargado en aproximadamente 1,33 milisegundos cada 100 años, a un ritmo más rápido que en cualquier otro momento del siglo anterior. Causa: Derretimiento acelerado de glaciares y capas de hielo en la Antártida y Groenlandia debido a las emisiones de gases de efecto invernadero provocadas por el hombre. Sus resultados se publicaron el 15 de julio en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias.
El Ártico se captura en esta visualización de 2010 utilizando datos del satélite Aqua de la NASA. Un nuevo estudio cuantifica cómo los procesos climáticos, incluido el derretimiento de las capas de hielo y los glaciares, controlan el movimiento de los polos. Otro estudio analiza cómo el agua de deshielo polar está acelerando el alargamiento de los días en la Tierra. Estudio de visualización científica de la NASA
“El mensaje general de estos dos artículos es que los cambios climáticos en la superficie de la Tierra, causados o no por la actividad humana, son poderosos impulsores de los cambios que vemos en la rotación del planeta”, dijo Surendra Adhikari, coautor de ambos artículos y geofísico del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California.
Al principio, los científicos seguían el movimiento de los polos midiendo el movimiento aparente de las estrellas. Más tarde pasaron a la interferometría de línea de base muy larga, que analiza señales de radio de quásares, o al alcance láser de satélites, que apunta láseres a los satélites.
Los investigadores han asumido durante mucho tiempo que el movimiento de los polos es el resultado de una combinación de procesos dentro de la Tierra y en su superficie. Menos claro es cuánto desplaza cada proceso el eje y qué efecto tiene cada uno: movimientos cíclicos que se repiten durante períodos de semanas a décadas, o una deriva constante a lo largo de siglos o milenios.
Para su artículo, los investigadores utilizaron algoritmos de aprendizaje automático para analizar el registro de 120 años. Descubrieron que el 90% de las fluctuaciones repetidas entre 1900 y 2018 pueden explicarse por cambios en las aguas subterráneas, las capas de hielo, los glaciares y los niveles del mar. El resto fue en gran medida resultado de la dinámica interna de la Tierra, como las oscilaciones debidas a la inclinación del núcleo interno en relación con el cuerpo principal del planeta.
Los patrones de movimiento polar asociados con cambios de masa superficial se repitieron varias veces aproximadamente cada 25 años durante el siglo XX, lo que llevó a los investigadores a creer que fueron impulsados en gran medida por cambios climáticos naturales. Trabajos anteriores han establecido conexiones entre el movimiento polar posterior y la actividad humana, incluido el trabajo de Adhikari, que atribuyó el repentino desplazamiento del eje hacia el este (que comenzó alrededor del año 2000) al derretimiento más rápido de las capas de hielo de Groenlandia y la Antártida y al agotamiento de las aguas subterráneas en Eurasia.
El estudio se centró en las últimas dos décadas, durante las cuales la pérdida de agua subterránea y hielo y el aumento del nivel del mar, todos medidos por satélite, estuvieron estrechamente relacionados con el cambio climático causado por el hombre.
Los científicos han descubierto que el derretimiento del hielo en Groenlandia y las regiones polares está provocando que el nivel del mar aumente, moviendo masa alrededor del planeta de modo que su rotación comienza a disminuir. NASA
Es “hasta cierto punto cierto” que la actividad humana influye en el movimiento de los polos, afirmó Mostafa Kiani Shahvandi, autor principal de ambos artículos y estudiante de doctorado en la universidad suiza ETH Zurich. “Pero hay modos naturales en el sistema climático que tienen una influencia importante en las variaciones en el movimiento de los polos”.
La ubicación del eje de giro de la Tierra se ha desplazado unos 30 pies (10 metros) entre 1900 y 2023, como se muestra en esta animación. Un estudio reciente encontró que alrededor del 90% de las variaciones periódicas en el movimiento polar pueden explicarse por el derretimiento de las capas de hielo y los glaciares, la disminución del agua subterránea y el aumento del nivel del mar.
Para el segundo artículo, los autores utilizaron observaciones satelitales del cambio de masa de la misión GRACE (abreviatura de Gravity Recovery and Climate Experiment) y su secuela GRACE-FO, así como estudios previos de balance de masa que analizaron los efectos de los cambios en el agua subterránea, el hielo. láminas y glaciares hasta el aumento del nivel del mar en el siglo XX para reconstruir los cambios en la duración del día causados por estos factores desde 1900 hasta 2018.
Los científicos saben por los registros históricos de eclipses que la duración de los días ha ido aumentando a lo largo de milenios. Aunque esto es casi imperceptible para los humanos, el retraso debe tenerse en cuenta ya que muchas tecnologías modernas, incluido el GPS, se basan en una medición precisa del tiempo.
En las últimas décadas, el derretimiento más rápido de las capas de hielo ha desplazado masa de los polos hacia el océano ecuatorial. Esta alineación hace que la Tierra se ralentice y los días se alarguen.
Los autores notaron un aumento en la tasa de alargamiento del día justo después del año 2000, un cambio que se correlaciona estrechamente con observaciones independientes de la alineación. Entre 2000 y 2018, la tasa de aumento de la duración del día debido al movimiento del hielo y el agua subterránea fue de 1,33 milisegundos por siglo, más rápida que en cualquier período de los 100 años anteriores, cuando osciló entre 0,3 y 1,0 milisegundos durante un siglo.
Los investigadores señalan que la extensión causada por los cambios en el hielo y el agua subterránea podría disminuir para 2100 en un escenario climático de reducciones significativas de emisiones. (Incluso si las emisiones se detuvieran hoy, los gases liberados anteriormente, especialmente el dióxido de carbono, permanecerían durante décadas).
Si las emisiones siguen aumentando, el alargamiento de los días debido al cambio climático podría alcanzar los 2,62 milisegundos por siglo, superando el efecto de la gravedad lunar sobre las mareas, que ha aumentado la duración del día en la Tierra en una media de 2,4 milisegundos por siglo. Este efecto, llamado fricción de marea lunar, ha sido la principal razón del aumento de la duración del día en la Tierra durante miles de millones de años.
La misión climática más reciente de la NASA ha comenzado a recopilar datos sobre la cantidad de calor en forma de radiación infrarroja lejana que los ambientes árticos y antárticos emiten al espacio. Estas mediciones de energía radiante polar en el experimento de infrarrojo lejano (PREFIRE) son clave para predecir mejor cómo afectará el cambio climático al hielo, los mares y el clima de la Tierra, información que ayudará a la humanidad a prepararse mejor para un mundo cambiante.
Uno de los dos satélites cúbicos PREFIRE del tamaño de una caja de zapatos, o CubeSats, fue lanzado el 25 de mayo desde Nueva Zelanda, y su gemelo fue lanzado el 5 de junio. El primer CubeSat comenzó a enviar datos científicos el 1 de julio. El segundo CubeSat comenzó a recopilar datos científicos el 25 de julio y la misión publicará datos una vez que se resuelva un problema con el sistema GPS del CubeSat.
La misión PREFIRE ayudará a los investigadores a comprender mejor cuándo y dónde el Ártico y la Antártida emiten radiación infrarroja lejana (longitudes de onda superiores a 15 micrómetros) al espacio. Esto incluye cómo el vapor de agua atmosférico y las nubes afectan la cantidad de calor que sale de la Tierra. Debido a que las nubes y el vapor de agua pueden atrapar radiación infrarroja lejana cerca de la superficie de la Tierra, pueden elevar las temperaturas globales en un proceso conocido como efecto invernadero. Es entonces cuando los gases de la atmósfera terrestre, como el dióxido de carbono, el metano y el vapor de agua, actúan como aislantes, impidiendo que el calor emitido por el planeta escape al espacio.
“Buscamos constantemente nuevas formas de observar el planeta y llenar vacíos críticos en nuestro conocimiento. Con CubeSats como PREFIRE, hacemos ambas cosas”, dijo Karen St. Germain, directora de Ciencias de la Tierra en la sede de la NASA en Washington. “La misión, parte de nuestro programa Earth Venture seleccionado competitivamente, es un excelente ejemplo de la ciencia innovadora que podemos lograr a través de la colaboración con universidades y socios de la industria”.
La Tierra absorbe la mayor parte de la energía del Sol en los trópicos; El clima y las corrientes oceánicas transportan este calor al Ártico y la Antártida, que reciben mucha menos luz solar. El entorno polar (incluido el hielo, la nieve y las nubes) irradia gran parte de este calor al espacio, gran parte en forma de radiación infrarroja lejana. Pero estas emisiones nunca se han medido sistemáticamente y ahí es donde entra en juego PREFIRE.
“Es muy emocionante ver llegar los datos”, dijo Tristan L’Ecuyer, investigador principal de PREFIRE y científico climático de la Universidad de Wisconsin-Madison. “Con la incorporación de mediciones de infrarrojo lejano de PREFIRE, estamos viendo por primera vez el espectro completo de energía que la Tierra emite al espacio, lo cual es fundamental para comprender el cambio climático”.
Esta visualización de los datos de PREFIRE muestra las temperaturas de brillo, o la intensidad de la radiación emitida por la Tierra en múltiples longitudes de onda, incluido el infrarrojo lejano. Los colores amarillo y rojo indican emisiones más intensas procedentes de la superficie terrestre, mientras que el azul y el verde representan intensidades de emisión más bajas, coincidiendo con zonas más frías de la superficie o de la atmósfera.
La visualización comienza mostrando datos de emisiones en el infrarrojo medio (longitudes de onda entre 4 y 15 micrómetros) recopilados a principios de julio durante varias órbitas polares del primer CubeSat lanzado. Luego se acerca a dos sobrevuelos de Groenlandia. Las trayectorias orbitales se expanden verticalmente para mostrar cómo cambia la radiación del infrarrojo lejano en la atmósfera. La visualización finaliza centrándose en el área donde se cruzan los dos pasos, mostrando cómo la intensidad de la radiación infrarroja lejana cambió en las nueve horas entre las dos órbitas.
Los dos PREFIRE CubeSats se encuentran en órbitas circumpolares asíncronas, lo que significa que pasan sobre los mismos lugares en el Ártico y la Antártida con pocas horas de diferencia entre sí, recopilando los mismos datos. Esto proporciona a los investigadores una serie temporal de mediciones que pueden utilizar para estudiar fenómenos de relativamente corto plazo, como el derretimiento de las capas de hielo o la formación de nubes, y cómo afectan a la radiación del infrarrojo lejano a lo largo del tiempo.
La misión PREFIRE fue desarrollada conjuntamente por la NASA y la Universidad de Wisconsin-Madison. El Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, una división de Caltech de Pasadena, California, gestiona la misión para la Dirección de Misiones Científicas de la NASA y proporcionó los espectrómetros. Blue Canyon Technologies construyó y ahora opera los CubeSats, y la Universidad de Wisconsin-Madison procesa y analiza los datos recopilados por los instrumentos.