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人類の地下水くみ上げによって、地球の地軸の傾きが変化している事が判明

地球の地軸の傾きが、1993年から2010年の間におよそ80cm変化した事が、新たな研究から明らかになった。そしてその原因の一端が、人類が地球内部から汲み上げた莫大な地下水の影響であるという。

自転するものと同様に、地球の自転も質量分布に依存する。質量を中心に移動させれば速くなり、周辺に移動させれば角運動量を維持するために遅くなる。同様に、質量を片側にだけ移動させれば、それを補うように傾きが変化するのだ。地下水の汲み上げによる大量の水の移動はまさにこの質量の移動にあたり、これが地軸の傾きに大きな影響を与えたという。

2021年、科学者たちは、地球の傾きが変化したのは極地の氷冠が溶けたためだと考えた。しかし、実際の測定結果と、氷冠の融解による地軸の傾きへの影響をシミュレーションした結果には大きな差があり、研究者らはこの差は別の要因によるものも含まれるとし、それが地下水なのではないかと考えた。

研究の対象期間、人類は地殻内の天然貯水池から2,150ギガトンもの水を取り出している。この量を地球の海に注ぐと、海面が6ミリ上昇する量だ。このような膨大な量の水を排出したことが、地球の自転軸に影響を与えているという。

この結論は、地球の回転極の位置の変化をモデル化することで導き出された。回転極の位置は、地理的な北極や南極と同じではなく、時間の経過とともに変化するため、回転軸は地殻のさまざまな場所を通過している。

両研究は、地球上の地点の上空を通過する際の重力を追跡する米国とドイツのミッションである重力回収気候実験(GRACE)のデータを元に行われた。GRACEは2002年から運用されているが、以前のデータは1980年代までさかのぼり、惑星の自転の画像を作成するために使用されていた。

観測期間中、地球の極は上空の大陸と相対的に移動していたが、その速度は1990年代半ばに方向を変え、急激に加速した。これは、極地の氷が大量に溶けて海面が上昇し、赤道への再分布が起こったためと考えられていた。

しかし、その結果は観測結果と完全に一致していなかった。これまでのモデルは実際の観測結果と31インチ(78.5センチメートル)もずれていたのだ。

ソウル大学の地球物理学者のKi-Weon Seo氏は声明の中で、「地球の回転極は実際に大きく変化します。我々の研究は、気候に関連する原因の中で、地下水の再分配が、実は回転極のドリフトに最も大きな影響を与えることを示しています」と、説明する。

Seo氏と共同執筆者は、氷の融解だけに基づいて、極が大陸に対してどのように移動したかをモデル化した。その結果は、予想通り観測結果と一致しなかった。そのため、Seo氏らは、地下水の汲み上げに関するさまざまなシナリオを追加して計算をし直した。すると、モデルは現実の観測結果とほぼ一致したのだ。このケースでは、以前から推定されていた2,150ギガトンという地下水のくみ上げが使われた。結果として、この変数がなければ、地球の極は現在より78.5cm西を向いていたはずで、これは1年に4.4cmの移動速度であり、大陸が移動する速度と同じである。極はグリーンランド中央部ではなく、アイスランドに向かって移動しているという。

mass comparison
観測された極域運動(赤矢印)と、地下水の質量再分配がない場合(青破線矢印)とある場合(青実線矢印)のモデル化結果を比較している。地下水の再分配を考慮したモデルは、観測された極域の動きによく一致し、地下水が地球の自転に与える影響の大きさと方向性を示している。 (Credit: Seo et al. (2023), Geophysical Research Letters)

地下水の汲み上げは、氷の融解よりもモデル化が難しい。その理由は、地下水が広範囲に広がっているためだ。この観測に、前述のGRACEの観測結果が役立った。この期間に汲み上げられた水の大部分は、米国西部とインド北部という、緯度の近い2つの地域で、大きな欠乏が発生している。

理論的には、極を十分に移動させれば、季節を変えることにすら繋がる。そのため研究者らは、回転極の移動が長期的に気候変動に寄与する可能性があるかどうかを調査している。

「地球の回転極の変化を観測することは、大陸規模の貯水量変化を理解するのに有効です。極点運動データは、19世紀後半から利用可能です。そのため、これらのデータを使って、過去100年間の大陸の貯水量変動を理解できる可能性があります。気候の温暖化によって、水文学的な体制が変化したのでしょうか。極地運動がその答えを握っているかもしれません」と、Seo氏は説明する。

全体として、地球の自転極は1年に数メートルずつ移動している。排水された地下水貯水池がこのシフトにどれだけ寄与するかは、それが地球上のどこに位置するかによって決まる。今回の研究では、中緯度地域から除去された水が、地球の傾きに最も大きな影響を与えることが示された。

このため、地球上の地下水の動きを管理することで、自転極の移動を抑制し、それに伴う気候への影響を抑えることができる可能性があるのだ。


論文

参考文献

研究の要旨

気候モデルの推定では、20世紀に地下水の枯渇が顕著であり、地球平均海面(GMSL)の収支解析と一致している。しかし、2000年代初頭のアルゴフロート時代以前は、GMSLへの立体海面寄与に関する情報はほとんどなく、この時代の地下水枯渇の役割はあまり確かではない。我々は、観測された極域運動(PM)に有用な制約があることを示す。1993年から2010年までの期間において、様々な表面質量負荷のソースと氷河期の静水圧調整の推定値から推定されたPM励起トレンドの予測値は、観測値と非常によく一致することがわかった。PM励起傾向に寄与する多くの要因の中で、地下水の貯留量の変化は、東経64.16°方向で2番目に大きい(4.36cm/yr)と推定される。地下水の影響を無視した場合、予測される傾向は観測値と大きく異なる。PMの観測は、歴史的な大陸スケールの貯水量変動を研究するためのツールにもなりそうだ。

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