حركة خفية في قلب الأرض.. مركز كتلتها يتحرك أقل مما ظن العلماء

قد تبدو الأرض جسما ثابتا في الفضاء، لكن مركز كتلتها يتحرك قليلا ذهابا وإيابا على مدار العام، نتيجة انتقال كميات هائلة من الماء والثلوج والهواء بين مناطق مختلفة من الكوكب.

والآن أعاد فريق بقيادة عالم الجيوفيزياء دونالد أرغوس من مختبر الدفع النفاث التابع لناسا حساب هذه الحركة، باستخدام قياسات فائقة الدقة من الأقمار الصناعية ونظام تحديد المواقع العالمي، مع نماذج تأخذ في الحسبان تشوه القشرة الأرضية بفعل تغير توزيع الماء والجليد. وتبين أن حجم الحركة السنوية لمركز كتلة الأرض يقدر الآن بنحو نصف ما كان العلماء يعتقدونه قبل ثمانية أعوام.

لفهم النتيجة، يجب التمييز بين مركز كتلة الأرض ومركزها الهندسي. فمركز الكتلة هو النقطة التي تتوازن حولها كتلة الأرض، بما في ذلك اليابسة والمحيطات والغلاف الجوي والمياه الموجودة فوق القارات، وتدور الأقمار الصناعية حولها بفعل الجاذبية.

أما المركز الهندسي فيمثل متوسط مواقع سطح الأرض. وعندما تنتقل كتلة كبيرة من الماء أو الهواء من نصف الكرة الأرضية إلى الآخر، يتغير موقع مركز الكتلة بضعة مليمترات بالنسبة إلى سطح الأرض. هذه الحركة صغيرة للغاية، لكنها مهمة لأن العلماء يستخدمون مركز الكتلة مرجعا دقيقا في تحديد مواقع الأقمار الصناعية وقياسات الارتفاع والملاحة.

تحدث الحركة على مدار العام بسبب دورة طبيعية للماء والهواء، ففي مارس/آذار تبلغ كميات الثلوج في أجزاء من أمريكا الشمالية وأوراسيا مستويات مرتفعة، بينما تبلغ المياه القارية في حوض الأمازون ذروتها تقريبا في أبريل/نيسان.

وتنتقل أجزاء من هذه المياه لاحقا إلى المحيطات، التي تبلغ كتلتها أعلى مستوياتها الموسمية في أكتوبر/تشرين الأول. كما تسهم مياه الرياح الموسمية في جنوب شرق آسيا، وتغيرات كتلة المحيط الهادئ، في تحريك المركز.

وللغلاف الجوي وزن أيضا؛ فالهواء البارد والكثيف في مناطق آسيا وشبه الجزيرة العربية وشمال أفريقيا يضيف تأثيرا موسميا، بينما يتحرك هذا التأثير في منتصف العام نحو أمريكا الجنوبية وجنوب أفريقيا. وتؤكد هذه الأنماط أن الحركة ليست تغيرا في الأرض نفسها، بل نتيجة إعادة توزيع كتلتها.

وللوصول إلى تقدير أدق، لم يعتمد الفريق على تقنية واحدة، فقد جمع بين قياسات الليزر للأقمار الصناعية، وبيانات نظام تحديد المواقع العالمي, ومدارات أقمار صناعية عدة في مدار منخفض حول الأرض، ثم صحح الحسابات وفقا للتشوه المرن الذي تحدثه تغيرات الماء والجليد في القشرة الأرضية.

واستخدم الباحثون كذلك بيانات مهمة "غريس" (GRACE) ونماذج للغلاف الجوي والمحيطات للمقارنة والتحقق. ويقول أرغوس، عالم الجيوفيزياء في مختبر الدفع النفاث وقائد الدراسة: "نقدر الآن حجم حركة مركز كتلة الأرض ذهابا وإيابا كل عام بنحو نصف ما كنا نعتقده قبل ثمانية أعوام".

وأظهرت المقارنات أن التقديرات الجديدة تتفق في حدود 2.5 مليمتر مع تقديرات مستقلة أخرى، ما يعزز الثقة في النتيجة.

قد تبدو حركة لا تتجاوز بضعة مليمترات غير مهمة، لكنها تؤثر في المرجع الذي يستخدمه العلماء لتحديد المواقع على الأرض وفي الفضاء. وتساعد معرفة موقع مركز الكتلة بدقة في تحسين أنظمة الملاحة، وقياسات ارتفاع سطح البحر، ومراقبة التغيرات البيئية، وتحديد مدارات الأقمار الصناعية.

وقال فيليكس لاندرر، أحد المشاركين في الدراسة من مختبر الدفع النفاث، إن العالم الحديث يعتمد على قياسات دقيقة للغاية لتحديد المواقع، وإن فهم الآليات التي تغير المراجع المستخدمة في القياس يساعد على بناء مراجع أكثر دقة، بما يخدم الملاحة ورسم الخرائط وحتى الزراعة الدقيقة.

وتوضح الدراسة أيضا أن ما تغير ليس سلوك الأرض، وإنما قدرتنا على قياسه وفهمه؛ فالنماذج الأطول زمنا والأدوات الأدق كشفت أن حركة الكتلة الموسمية أصغر من التقديرات السابقة.