研究发现气候变化正加速重塑地球形态

最新研究显示,受极地冰盖消融驱动,地球正出现双重形变:固态地壳因极地上扬、赤道下沉加速变圆,而大地水准面因融水向低纬度聚集、质量分布改变而更趋扁平。

地球正同时变得更圆、也更扁。这不是文字游戏,而是一项地球物理学研究的结论:固态地壳在加速向球体方向回弹,而表征地球质量分布的大地水准面却在持续扁平化。后者被认为是极地冰盖加速消融所致。这项研究由希腊塞萨洛尼基亚里士多德大学地质学家克里斯托弗·科察基斯(Christopher Kotsakis)主导,成果刊发于《地球物理研究杂志:固体地球》(Journal of Geophysical Research: Solid Earth)。

地球因自转离心力作用,从来不是一个完美球体,赤道略鼓、两极稍扁。同时,地球表层还受冰川均衡调整(GIA)支配:约1.1万年前末次冰期结束、冰川消退后,曾承受冰盖重压的地壳仍在缓慢弹性回弹。上世纪八九十年代的观测显示,地球的大地水准面正随这一过程逐渐向球体形态演变。

但1997年至2015年的全球卫星导航系统(GNSS)高精度监测数据表明,这一平缓趋势已被打破。两极地区固态地壳的上升速率在不到20年间翻了一番,从每年约0.5毫米加快至每年1毫米;赤道周边的固态陆地则以逐步增加的速率持续下沉。极地上抬、赤道下压,岩石所构成的"固态地球"外壳由此变高、变陡,几何扁率减小,整体形态正在加速趋圆。

与固态轮廓变圆相反,同期的大地水准面(Geoid)——地球质量分布与重力等位面的体现——却在趋于扁平。研究团队指出,这一"双重变形"在物理学上并不矛盾。格陵兰岛与南极洲冰川在全球变暖背景下急剧融化,极地岩石地壳卸下冰盖重压后快速回弹,造就更圆的固态地表;而融水并未滞留两极,而是大量流向中低纬度洋区,推动地球表层的质量重心向赤道转移。

引力场直接响应质量分布的变化。大量水体汇入低纬度,加剧了赤道附近的引力异常隆起,进而拉扯大地水准面变得更扁。研究者认为,该研究既刻画了气候变化对地球物理形状的深层重塑,也为高精度卫星轨道测算、全球海平面上升基准校准和极地地壳形变监测提供了动力学模型修正的依据。

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