De grond waarop we staan is niet zo solide als het lijkt. Verschillende factoren zorgen ervoor dat de hele aarde schudt en wiebelt. De stevigheid en onveranderlijkheid van de grond onder onze voeten is een illusie die wordt gecreëerd door ons beperkte gezichtspunt. Onze planeet draait elke 23 uur 56 minuten en 4 seconden om zijn as. Het draait ook om de zon, het zonnestelsel draait om het centrum van de Melkweg en de melkweg snelt door het universum in de richting van de Grote Aantrekker. De snelheden die bij al deze acties betrokken zijn, zijn duizelingwekkend.
Zelfs als hiermee geen rekening wordt gehouden, is de aarde verre van stabiel. Ergens onder ons breken enorme stukken rotsen elkaar voortdurend, vormen ze valleien en duwen bergen naar buiten. Botsen en slepen elkaar om rivieren en oceanen te vormen. De aarde onder ons is constant en altijd in beweging, strekt zich uit en wiebelt.
Dit is voor het grootste deel prima. Door ons groeiende begrip van deze verschijnselen kunnen we echter meer leren over de innerlijke werking van onze planeet. Het is ook handig voor iedereen die een ruimtevaartuig probeert te navigeren en te landen. Er zijn zeven dingen die de aarde doen bewegen. 'Eppur si muove!' Zei Galileo. En toch verandert het.
Onder druk
Een bureaubol is een perfecte bol en draait dus soepel om een vaste as. Desalniettemin is de aarde geen bol en de massa erin is ongelijk verdeeld en heeft de neiging te bewegen. Daarom bewegen zowel de as waarom de planeet draait als de polen van deze as. Bovendien, aangezien de rotatieas verschilt van de as waaromheen de massa in evenwicht is, wiebelt de aarde tijdens het roteren.
Deze oscillatie werd voorspeld door wetenschappers in het tijdperk van Isaac Newton. En om precies te zijn, deze trilling bestaat uit meerdere.
Promotie video:
Een van de belangrijkste is de Chandler-oscillatie, die voor het eerst werd waargenomen door de Amerikaanse astronoom Seth Chandler Jr. in 1891. Het zorgt ervoor dat de palen 9 meter bewegen en voltooit een volledige cyclus in 14 maanden.
Gedurende de 20e eeuw hebben wetenschappers verschillende redenen aangevoerd, waaronder veranderingen in de opslag van continentale wateren, atmosferische druk, aardbevingen, interacties aan de grenzen van de kern en de aardmantel.
Geofysicus Richard Gross van NASA's Jet Propulsion Laboratory (JPL) in Pasadena, Californië, loste het mysterie op in 2000. Hij paste nieuwe meteorologische en oceanische modellen toe op waarnemingen van de Chandler-oscillatie in 1985-1995. Gross berekende dat tweederde van deze fluctuaties wordt veroorzaakt door drukschommelingen op de zeebodem en een derde door veranderingen in atmosferische druk.
"Hun relatieve belang verandert in de loop van de tijd", zegt Gross, "maar momenteel wordt deze oorzaak, een combinatie van veranderingen in atmosferische en oceanische druk, als de belangrijkste beschouwd."
Water slijt de steen weg
De seizoenen zijn de op een na grootste factor die verband houdt met het schommelen van de aarde. Omdat ze leiden tot geografische veranderingen in regen, sneeuw en vochtigheid.
Wetenschappers konden de polen al in 1899 bepalen aan de hand van de relatieve posities van de sterren, en sinds de jaren zeventig worden ze bijgestaan door satellieten. Maar zelfs als je de invloed van seizoens- en Chandler-fluctuaties elimineert, bewegen de noord- en zuidpool van rotatie nog steeds ten opzichte van de aardkorst.
In een studie die in april 2016 werd gepubliceerd, belichtten Surendra Adikari en Eric Ivins van JPL twee cruciale stukjes van de aardbewegingspuzzel.
Tot 2000 bewoog de rotatieas van de aarde zich met vijf centimeter per jaar richting Canada. Maar toen toonden metingen aan dat de rotatieas van richting veranderde naar de Britse eilanden. Sommige wetenschappers hebben gesuggereerd dat dit het gevolg kan zijn van ijsverlies als gevolg van het snelle smelten van de ijskappen van Groenland en Antarctica.
Adikari en Ivins besloten dit idee te testen. Ze vergeleken GPS-metingen van poolposities met gegevens van GRACE, een onderzoek dat satellieten gebruikt om massaveranderingen over de aarde te meten. Ze ontdekten dat het smelten van het Groenlandse en Antarctische ijs slechts tweederde van de recente verschuiving in de richting van de polen uitmaakt. De rest zou volgens wetenschappers moeten worden verklaard door het verlies van water op de continenten, voornamelijk op het Euraziatische landgebied.
De regio lijdt aan uitputting van watervoerende lagen en droogte. Desalniettemin lijkt het daarbij betrokken watervolume in eerste instantie te klein om tot dergelijke gevolgen te leiden.
Daarom keken wetenschappers naar de positie van de getroffen gebieden. "We weten uit de fundamentele fysica van roterende objecten dat de beweging van de polen erg gevoelig is voor veranderingen binnen 45 graden noorderbreedte", zegt Adikari. Dat is precies waar Eurasia water verloor.
Deze studie identificeerde ook continentale wateropslag als een plausibele verklaring voor een andere schommeling in de rotatie van de aarde.
Gedurende de 20e eeuw konden wetenschappers niet begrijpen waarom de rotatieas elke 6-14 jaar verschuift, waardoor 0,5-1,5 meter oost of west van zijn algemene drift overblijft. Adikari en Ivins ontdekten dat van 2002 tot 2015 droge jaren in Eurazië overeenkwamen met schommelingen naar het oosten en natte jaren met bewegingen naar het westen.
"We hebben de perfecte match gevonden", zegt Adikari. "Dit is de eerste keer dat iemand met succes de perfecte match heeft gevonden tussen interjaarlijkse poolbeweging en wereldwijde interjaarlijkse droogte-vochtigheid."
Technogene impact
De bewegingen van water en ijs worden veroorzaakt door een combinatie van natuurlijke processen en menselijk handelen. Maar er zijn nog andere effecten die het wiebelen van de aarde beïnvloeden.
In 2009 berekende Felix Landerer, ook van JPL, dat als het koolstofdioxidegehalte zou verdubbelen van 2000 tot 2100, de oceanen zouden opwarmen en uitzetten, zodat de Noordpool de komende eeuw 1,5 centimeter per jaar naar Alaska en Hawaii zou bewegen. …
Evenzo modelleerde Landerer in 2007 de effecten van de opwarming van de oceaan veroorzaakt door dezelfde toename van de druk en circulatie van kooldioxide op de oceaanbodem. Hij ontdekte dat deze veranderingen de massa op hogere breedtegraden konden verschuiven en de dag met ongeveer 0,1 milliseconden konden verkorten.
Aardbeving
Het zijn niet alleen grote hoeveelheden water en ijs die de rotatie van de aarde tijdens het bewegen beïnvloeden. Het verplaatsen van stenen heeft dit effect ook als ze groot genoeg zijn.
Aardbevingen doen zich voor wanneer de tektonische platen die het aardoppervlak vormen plotseling beginnen te "wrijven" terwijl ze voorbijgaan. Dit kan ook bijdragen. Gross meet een krachtige aardbeving met een kracht van 8,8 op de schaal van Richter die in 2010 de Chileense kust trof. In een nog niet gepubliceerde studie berekende hij dat de beweging van de platen de aardas ten opzichte van de massabalans ongeveer 8 centimeter verschoof.
Maar dit is alleen gebaseerd op de beoordeling van het model. Sindsdien hebben Gross en anderen geprobeerd de feitelijke verschuivingen in de rotatie van de aarde te observeren op basis van aardbevingsgegevens van GPS-satellieten.
Tot dusverre is dit niet gelukt, omdat het nogal moeilijk is om alle andere factoren die de rotatie van de aarde beïnvloeden, te verwijderen. "De modellen zijn niet perfect en er is veel ruis die kleine aardbevingssignalen maskeert", zegt Gross.
De beweging van massa's, die optreedt wanneer tektonische platen dichtbij passeren, heeft ook invloed op de lengte van de dag. Gross berekende dat de aardbeving met een kracht van 9,1 die Japan in 2011 trof, de lengte van de dag met 1,8 microseconden verminderde.
Bevende aarde
Wanneer er een aardbeving plaatsvindt, veroorzaakt het seismische golven die energie door de ingewanden van de aarde transporteren.
Er zijn twee soorten. "P-golven" comprimeren en expanderen verschillende keren het materiaal waardoor ze passeren; trillingen reizen in dezelfde richting als de golf. Langzamere "S-golven" schommelen de rotsen heen en weer, en de trillingen staan loodrecht op hun reisrichting.
Intense stormen kunnen ook zwakke seismische golven veroorzaken, vergelijkbaar met die welke aardbevingen veroorzaken. Deze golven worden microseismen genoemd. Tot voor kort konden wetenschappers de bron van S-golven in microseismen niet bepalen.
In een in augustus 2016 gepubliceerde studie meldden Kiwamu Nishida van de Universiteit van Tokio en Ryota Takagi van de Tohoku Universiteit dat ze een netwerk van 202 detectoren in het zuiden van Japan gebruikten om P- en S-golven te volgen. Ze herleidden de oorsprong van de golven tot een grote Noord-Atlantische storm, de "weerbom" genaamd: bij deze storm daalt de atmosferische druk in het centrum ongewoon snel.
Door microseismen op deze manier te volgen, kunnen onderzoekers de interne structuur van de aarde beter begrijpen.
De invloed van de maan
Niet alleen aardse verschijnselen hebben invloed op de bewegingen van onze planeet. Recente studies hebben aangetoond dat er grote aardbevingen plaatsvinden bij volle en nieuwe maan. Misschien komt dit doordat de zon, de maan en de aarde op één lijn liggen, waardoor de zwaartekracht op de planeet toeneemt.
In een studie die in september 2016 werd gepubliceerd, analyseerden Satoshi Ida van de Universiteit van Tokio en zijn collega's de getijdenstress gedurende twee weken voorafgaand aan grote aardbevingen in de afgelopen twintig jaar. Van de 12 grootste aardbevingen van 8,2 magnitude of meer vonden er negen plaats tijdens een volle maan of een nieuwe maan. Voor kleine aardbevingen werd een dergelijke overeenkomst niet gevonden.
Ida concludeerde dat de extra gravitatie-invloed die op deze momenten optreedt, het effect van krachten op tektonische platen kan vergroten. Deze veranderingen zouden klein moeten zijn, maar als de platen al bekrachtigd zijn, kan de extra kracht voldoende zijn om grote breuken in de rotsen te veroorzaken.
Veel wetenschappers staan echter sceptisch tegenover Ida's bevindingen, aangezien hij slechts 12 aardbevingen heeft bestudeerd.
Trillende zon
Nog controversiëler is het idee dat trillingen die diep in de zon ontstaan, een aantal schudverschijnselen op aarde kunnen verklaren.
Wanneer gassen in de zon bewegen, veroorzaken ze twee verschillende soorten golven. Degenen die worden geboren in het proces van drukveranderingen worden p-modi genoemd, en degenen die ontstaan wanneer dicht materiaal door de zwaartekracht naar binnen wordt gezogen, worden g-modi genoemd.
P-modus duurt enkele minuten om een volledige vibratiecyclus te voltooien; g-mod duurt tien minuten tot enkele uren. Deze hoeveelheid tijd wordt de "periode" van de mod genoemd.
In 1995 analyseerde een team onder leiding van David Thomson van Queen's University in Kingston, Canada, patronen van de zonnewind - de stroom van geladen deeltjes die uit de zon komen - van 1992 tot 1994. Ze merkten oscillaties op die dezelfde perioden hadden als de p- en g-modi, wat suggereert dat de zonnetrillingen op de een of andere manier verband hielden met de zonnewind.
In 2007 meldde Thomson opnieuw dat onverklaarbare spanningsschommelingen in onderzeese elektriciteitskabels, seismische metingen op aarde en zelfs onderbrekingen in telefoongesprekken frequentiepatronen hebben die consistent zijn met de golven in de zon.
Wetenschappers zijn echter van mening dat de beweringen van Thomson een wankele grond hebben. Volgens simulaties zouden deze zonnetrillingen, vooral de g-modi, zo zwak moeten zijn tegen de tijd dat ze het oppervlak van de zon bereiken dat ze de zonnewind op geen enkele manier konden beïnvloeden. Zelfs als dit niet het geval is, moeten deze patronen zijn vernietigd door de turbulentie van het interplanetaire medium lang voordat ze de aarde bereikten.
Misschien is het idee van Thomson verkeerd. Maar er zijn veel andere redenen waarom onze planeet schudt en zwaait.
ILYA KHEL
