Comment le changement climatique affecte la rotation de la Terre et la durée du jour
La redistribution de la masse due à la fonte des calottes glaciaires, des banquises et des glaciers a un impact sur la rotation de la Terre, avec des répercussions sur la durée du jour et la position de l’axe de rotation.
La fonte rapide des masses de glace polaire au Groenland et en Antarctique entraîne un déplacement important des masses à la surface de la Terre. Les effets de cette redistribution sur la rotation de la Terre et sur l’axe de rotation sont décrits dans deux nouvelles études dirigées par l’ETH Zurich et publiées hier dans Proceedings of the National Academy of Sciences et vendredi dernier dans Nature Geoscience.
Dans la première étude, Benedikt Soja, professeur de géodésie spatiale au département Construction, environnement et géomatique de l’ETH Zurich, et son équipe se sont penchés sur l’influence du changement climatique sur la vitesse de rotation de la Terre et ont constaté que les jours sur Terre s’allongent en raison du changement climatique. Il ne s’agit toutefois que de quelques millisecondes qui s’ajoutent aux quelque 86 400 secondes actuelles.
La raison de l’augmentation de la durée du jour est le déplacement de masse dû à la perte de glace, l’eau de fonte se répartissant dans l’océan global, mais s’accumulant surtout dans la zone équatoriale.
Dans un communiqué de presse de l’université, le professeur Soja décrit cet effet à l’aide d’un exemple bien connu : « On peut imaginer cela comme une patineuse artistique qui, lors d’une pirouette, garde d’abord les bras le long du corps avant de les étendre ». La vitesse de rotation diminue à mesure que les masses s’éloignent de l’axe de rotation. Cela repose sur la loi physique de la conservation du moment cinétique, qui est également suivie par le mouvement de rotation de la Terre, qui ralentit et permet ainsi aux jours de s’allonger. Les changements sont certes minimes et imperceptibles pour nous, mais les nouveaux résultats mettent en évidence l’influence du changement climatique, et donc de l’homme, sur des phénomènes naturels aussi importants.
Une cause naturelle du ralentissement de la rotation de la Terre et de l’augmentation de la durée du jour, qui existe depuis des milliards d’années, est le frottement des marées induit par la Lune. Cependant, l’étude conclut aujourd’hui que si les émissions de carbone restent élevées, le ralentissement causé par le changement climatique aurait un effet plus important sur la vitesse de rotation de la Terre que la Lune.
« Nous, les humains, avons un impact plus important sur notre Terre que nous ne le pensons », déclare le professeur Soja, « et il en résulte naturellement une grande responsabilité pour l’avenir de notre planète ».
L’axe de rotation se déplace
Dans leur deuxième étude, publiée dans Nature Geoscience, l’équipe de recherche, également dirigée par le professeur Soja, utilise l’intelligence artificielle – appelée réseau neuronal artificiel – pour décrire le fait que l’axe de rotation de la Terre se déplace également en raison du changement climatique.
Lors du mouvement des pôles, qui se produit également de manière naturelle, les points où l’axe de rotation rencontre la surface de la Terre se déplacent. Les chercheurs observent un mouvement d’environ 10 mètres par siècle, qui n’est pas seulement dû à la perte de masses de glace, mais aussi à des déplacements sur de longues périodes dans les profondeurs du manteau terrestre. Des déplacements de masse se produisent également dans le noyau externe de la Terre, où des flux de chaleur déplacent le métal liquide.
Jamais auparavant il n’avait été possible de montrer comment la migration des pôles est conditionnée par les différents processus qui se déroulent dans le noyau et le manteau de la Terre et par les changements climatiques. « Nous présentons pour la première fois une explication complète des causes du mouvement des pôles à longue période », explique Mostafa Kiani Shahvandi, doctorant du professeur Soja et premier auteur des deux études. « Nous savons maintenant pourquoi et comment l’axe de rotation de la Terre se déplace par rapport à la croûte terrestre ».
Il est particulièrement remarquable de constater que les processus superficiels sont liés à ceux qui se déroulent en profondeur sous la surface de la Terre et qu’ils s’influencent mutuellement. « Le changement climatique provoque un mouvement de l’axe de rotation de la Terre et il semble que la dynamique du noyau terrestre soit également modifiée par la rétroaction de la conservation du moment cinétique », explique le professeur Soja.
Kiani Shahvandi ajoute que le changement climatique en cours pourrait même avoir un impact sur les processus qui se déroulent dans les profondeurs de la Terre et aller plus loin que ce que l’on pensait auparavant.
Les calculs de modélisation de l’équipe de recherche, qui reconstruisent les mouvements des pôles de rotation de la Terre depuis 1900, sont si précis qu’ils correspondent très bien aux observations réelles, ce qui permet également de faire des prévisions pour l’avenir.
Peu d’effets sur la Terre, beaucoup d’impact sur l’espace
Le professeur Soja note en conclusion que les changements de rotation de la Terre doivent être pris en compte lors de la navigation dans l’espace, « par exemple lorsqu’une sonde spatiale veut se poser sur une autre planète ». Ce qui n’est qu’une déviation d’un centimètre sur Terre s’additionne sur les distances énormes pour donner des déviations de plusieurs centaines de mètres. « L’atterrissage dans un cratère particulier sur Mars ne fonctionnerait alors pas ».
Julia Hager, Polar Journal AG
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