Con người vượt qua Mặt trăng trong việc tạo ảnh hưởng với Trái đất

Biến đổi khí hậu đang dẫn đến băng tan ở Greenland (Bắc Cực) và Nam Cực. Kết quả là nước băng tan từ các vùng cực này đang chảy ra các đại dương trên thế giới – và đặc biệt là vào vùng xích đạo. Benedikt Soja, Giáo sư Đo đạc Không gian tại Khoa Kỹ thuật Dân dụng, Môi trường và Địa chất tại ETH Zurich, giải thích: “Điều này có nghĩa là một sự thay đổi về phân bố khối lượng đang diễn ra và gây ảnh hưởng đến chuyển động quay của Trái đất”.

Soja nói: “Giống như khi một vận động viên trượt băng nghệ thuật thực hiện động tác xoay tròn, trước tiên giữ hai cánh tay ép sát vào cơ thể rồi duỗi chúng ra. Chuyển động quay nhanh ban đầu trở nên chậm hơn do khối lượng cánh tay di chuyển ra xa trục quay, làm tăng quán tính vật lý. Trong vật lý, chúng ta nói đến định luật bảo toàn momen động lượng và định luật này cũng chi phối chuyển động quay của Trái đất. Nếu Trái đất quay chậm hơn thì ngày sẽ dài hơn. Do đó, biến đổi khí hậu cũng đang làm thay đổi độ dài của ngày trên Trái đất, mặc dù chỉ ở mức tối thiểu".

Được hỗ trợ bởi cơ quan vũ trụ Mỹ NASA, các nhà nghiên cứu ETH từ nhóm của Soja đã công bố hai nghiên cứu mới trên tạp chí Nature Geoscience và Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia (PNAS) về cách biến đổi khí hậu ảnh hưởng đến chuyển động vùng cực và độ dài trong ngày.

Biến đổi khí hậu vượt qua ảnh hưởng của mặt trăng

Trong nghiên cứu trên PNAS, các nhà nghiên cứu ETH Zurich cho thấy biến đổi khí hậu cũng đang làm thời gian của ngày tăng thêm vài mili giây so với 86.400 giây hiện tại. Điều này là do nước đang chảy từ các cực đến các vĩ độ thấp hơn, do đó làm chậm tốc độ quay theo định luật bảo toàn momen động lượng.

Một nguyên nhân khác của sự chậm lại này là ma sát thủy triều do mặt trăng gây ra. Tuy nhiên, nghiên cứu mới đưa ra một kết luận đáng ngạc nhiên: nếu con người tiếp tục thải ra nhiều khí nhà kính hơn và Trái đất nóng lên theo đó, thì cuối cùng chúng ta sẽ tạo ra ảnh hưởng đến tốc độ quay của Trái đất còn lớn hơn so với tác động của mặt trăng vốn là yếu tố quyết định sự gia tăng trong độ dài của ngày trong hàng tỷ năm. Soja kết luận: “Con người chúng ta có tác động lớn hơn đến hành tinh của mình so với những gì chúng ta nhận ra và điều này đương nhiên đặt trách nhiệm lớn lao lên nhân loại đối với tương lai của hành tinh này”.

Trục quay của Trái đất đang dịch chuyển

Tuy nhiên, sự thay đổi khối lượng trên bề mặt Trái đất và bên trong nó do băng tan gây ra không chỉ làm thay đổi tốc độ quay của Trái đất và độ dài ngày như các nhà nghiên cứu chỉ ra trên tạp chí Nature Geoscience. Đáng chú ý, chúng còn làm thay đổi trục quay, tức là điểm mút quy ước của trục quay trên bề mặt Trái đất thực sự chuyển động.

Các nhà nghiên cứu có thể quan sát chuyển động cực này, trong một khoảng thời gian dài. Tốc độ di chuyển có thể đạt tới khoảng mười mét trong một trăm năm. Ở đây không chỉ có sự tan chảy của băng đóng vai trò quan trọng mà còn có các chuyển động diễn ra bên trong Trái đất. Sâu trong lớp vỏ Trái đất, nơi đá có độ nhớt do áp suất cao, sự dịch chuyển xảy ra trong thời gian dài. Và còn có các dòng nhiệt trong kim loại lỏng của lõi ngoài Trái đất, nguyên nhân vừa tạo ra từ trường Trái đất vừa dẫn đến sự dịch chuyển khối lượng.

Trong mô hình toàn diện nhất cho đến nay, Soja và nhóm của ông hiện đã chỉ ra chuyển động cực là kết quả của từng quá trình riêng lẻ trong lõi, trong lớp phủ và từ khí hậu trên bề mặt. Nghiên cứu của họ gần đây đã được công bố trên tạp chí Nature Geoscience.

Mostafa Kiani Shahvandi, một trong những nghiên cứu sinh tiến sĩ của Soja và là tác giả chính của nghiên cứu, cho biết: “Lần đầu tiên, chúng ta đưa ra lời giải thích đầy đủ về nguyên nhân của chuyển động cực trong thời gian dài. Nói cách khác, giờ đây chúng ta đã biết tại sao và làm thế nào trục quay của Trái đất chuyển động so với lớp vỏ Trái đất”.

Một phát hiện đặc biệt nổi bật trong nghiên cứu của họ trên tạp chí Nature Geoscience nêu rằng các quá trình trong và trên Trái đất có mối liên hệ với nhau và ảnh hưởng lẫn nhau. Soja giải thích: “Biến đổi khí hậu đang làm cho trục quay của Trái đất chuyển động và dường như phản hồi từ sự bảo toàn momen động lượng cũng đang làm thay đổi động lực học của lõi Trái đất”.

Kiani Shahvandi cho biết thêm: “Do đó, biến đổi khí hậu đang diễn ra thậm chí có thể ảnh hưởng đến các quá trình sâu bên trong Trái đất và có phạm vi ảnh hưởng lớn hơn so với giả định trước đây”. Tuy nhiên, có rất ít lý do để chúng ta phải quá lo ngại vì những tác động này là nhỏ và không chắc chúng gây rủi ro.

Các định luật vật lý kết hợp với trí tuệ nhân tạo

Để nghiên cứu về chuyển động cực, các nhà nghiên cứu đã sử dụng mạng lưới thần kinh được thông tin vật lý. Đây là phương pháp trí tuệ nhân tạo (AI) mới, trong đó các nhà nghiên cứu áp dụng các định luật và nguyên tắc vật lý để phát triển các thuật toán đặc biệt mạnh mẽ và đáng tin cậy cho máy tính tiếp nhận. Kiani Shahvandi đã nhận được sự hỗ trợ từ Siddhartha Mishra, Giáo sư Toán học tại ETH Zurich, người vào năm 2023 đã nhận được Giải thưởng Rössler của ETH Zurich, giải thưởng nghiên cứu cao quý nhất của trường đại học và Mishra cũng là chuyên gia trong lĩnh vực này.

Các thuật toán mà Kiani Shahvandi phát triển lần đầu tiên đã giúp ghi lại tất cả các hiệu ứng khác nhau trên bề mặt Trái đất, trong lớp phủ và trong lõi của nó, đồng thời mô hình hóa các tương tác có thể nảy sinh. Kết quả tính toán cho thấy các cực quay của Trái đất đã dịch chuyển như thế nào kể từ năm 1900. Các giá trị mô hình này rất phù hợp với dữ liệu thực được cung cấp bởi các quan sát thiên văn trong quá khứ và bởi các vệ tinh trong ba mươi năm qua. Từ đó có thể tin thuật toán của Shahvandi cũng cho phép dự báo về tương lai.

Quan trọng cho du hành vũ trụ

Soja nói: “Ngay cả khi vòng quay của Trái đất chỉ thay đổi chậm, hiệu ứng này vẫn phải được tính đến khi điều hướng trong không gian – ví dụ, khi ta gửi một tàu thăm dò không gian hạ cánh trên một hành tinh khác”. Ngay cả một sai lệch nhỏ chỉ một centimet trên Trái đất cũng có thể tăng lên thành sai lệch hàng trăm mét trên khoảng cách rất lớn liên quan. Ông nói: “Nếu không (tính đến thay đổi trên Trái đất), ta sẽ không thể hạ cánh một tàu thăm dò xuống một miệng núi lửa cụ thể trên Sao Hỏa”.