气温是如何影响地球运动的?

2022-09-29 20:50  

1、引言

我前段时间刚讲过高温这个话题,还是比较轻松“有趣”的,路面煎鸡蛋,甚至有些同学可能都亲自尝试过。但是,不知道同学们想过没有:煎鸡蛋的背后,是全球气温的不断升高。今年夏天应该特别感同身受,中央气象台都发布了首个高温红色预警了。今天我们就来聊聊这个稍微有点沉重的话题:从力学的角度,持续高温,会给我们的地球带来什么影响?

气温对地球的影响

2、气温影响地球运动

作为人类个体,我们最直观的感觉就是炎热,但其实,高温会影响我们的方方面面。最简单的,比如行,开车必须得有空调吧。看起来很简单,但是背后的难题不简单。比如,为了低碳,我们出行要用电车。其实,一辆电车设计出来之后,都要经过极端环境的测试,比如比亚迪会把车拉到牙克石做低温测试,拉到吐鲁番做高温测试。大家都知道热胀冷缩,夏季的高温,一些精密配合的汽车零部件可能就因为热胀冷缩而变得不再精密了。不仅如此,内外温差如果越来越大(外界气温越来越高),对汽车结构设计也是个很大的挑战。可能有同学会觉得,这方面的困难我们可以克服。确实如此,因为我们总可以设计出满足要求的汽车嘛,就是人类可以借助科技力量来克服高温环境。但是,如果地球温度一直这样子持续上升,有一个方面是人类始终无法克服的,那就是地球自转变慢的趋势将加剧

地球的自转会变慢

诶!地球升温,为什么能跟自转速度扯上关系?同学们再想一想,有没有学过动量矩守恒定理?也就是科普人最喜欢说的角动量守恒。说的是一个旋转的物体,如果没有外部力作用,那么整体的动量矩是守恒的。这时候,这个旋转物体的内部如果发生一些变化,就会直接反应在其旋转的速度上。同学们可能都看过这个视频,旋转时,手臂收缩,转速就会变快,反之变慢。这就是动量矩定理的直观表现。转速的快慢可以用一个物理量来衡量:转动惯量,它与物体质量的分布有关,是旋转的惯性。

转椅的快慢

对于地球自转来讲,本身其自转速度并不是恒定的,而是震荡的,且整体上呈变缓的趋势。震荡的原因有很多,包括地壳、地幔、地核、海洋、大气等因素。所有地球上的这些东西,它并不是固定死的,而是会发生各种各样的运动。一旦动起来,那么地球的质量就会重新分布了,从而改变了地球整体的转动惯量,导致转速发生变化。那为什么会变慢呢?还是因为这些运动,特别是海洋。潮汐力牵制住了海水,让其运动滞后于地球的自转,海水与地球的摩擦力就损耗掉了一部分地球自转的能量,能量跑掉了,自转速度自然就下降了。

潮汐消耗地球能量

气温上升后,冰川必定消融,流入海洋之中。首先就是海洋冰川质量的重新分配,冰川消融的直接后果就是改变了地球的海水分布,改变了地球整体的转动惯量,也就改变了地球转速。其次,消融后的冰川,往低纬度流,相当于这个旋转的人,手臂慢慢伸展,远离转轴,根据动量矩守恒,地球转速自然就会下降了。再次,原来固体的冰,并不存在潮汐的摩擦损耗,现在都变成了海水,大大增加了海洋的体量,潮汐的摩擦损耗将会更多,又进一步降低地球的自转速度。

冰川融化

3、自转变慢的影响

有同学可能觉得地球自转变慢影响不大,毕竟本身就一直在变慢。有学者根据潮汐理论计算出,潮汐摩擦引起的地球自转减慢的数值大约为2.3ms/世纪。非常小的一个数据,如果地球升温导致冰川融化,那么这个数值将会变大。尽管如此,这个过程仍然非常漫长。但是,这个过程的加剧,将会给卫星定位、宇宙飞船跟踪、天文动力学、深空探测等带来麻烦。冰川融化,海平面上升,必将改变现有的海洋状态,洋流变得更加复杂,洋底压力也增加,地壳受力也发生改变,地球内部也会受到牵连。总之就是地球的各个部件的运动都将发生改变。更何况海洋的体量增加,海洋的流动又复杂,这样对于地球自转的预测就变得更加困难。地球转速如果预测不准,那么对于航天事业是个巨大的打击。

洋流变得更加复杂

其实,这还算是小事,更大的危害在于威胁人类的生存。海洋的变化,不仅仅缩小了人类生存的陆地面积,更是会改变现有的气候,极端气候更加频繁,资源更加短缺。也许到时候,真的要像流浪地球一样,躲到地底才有可能免受灾难。

4、总结

所以,同学们一定要关注双碳目标,低碳出行、低碳学习。为地球降温1℃,需要我们大家一起努力。


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