Плотины смещают Землю — вода заставила географический полюс уйти в неожиданную сторону

Концентрация воды на суше вызвала истинное полярное блуждание – учёные Гарварда

Люди редко задумываются о том, насколько сильно изменили планету, накопив миллиарды тонн воды за бетонными стенами плотин. Каждая новая конструкция по-своему меняет течение рек, формирует озёра и обеспечивает энергией целые регионы. Но вместе с этим незаметно перестраивается и распределение массы на поверхности Земли, что влияет на процессы, о которых большинство даже не подозревает. Об этом сообщает группа исследователей Гарвардского университета.

Как передвижение воды влияет на планету

Плотины воспринимаются прежде всего как инфраструктурные проекты: они поддерживают ирригацию, защищают от наводнений, формируют запасы питьевой воды. Однако на глобальном уровне это вмешательство создаёт новый баланс сил. Вода, которая прежде равномерно покрывала океаны тонким слоем, оказывается сконцентрирована в отдельных чашах на суше. Постепенно человечество переместило настолько значимые объёмы жидкости, что это стало заметной нагрузкой для вращающейся планеты.

Такой сдвиг можно сравнить с тем, как изменяется движение человека на вращающемся стуле, если он вытягивает руки в стороны или прижимает их к телу. Природа действует по тем же законам: перераспределение массы влияет на стабильность вращения и вызывает долгосрочные изменения в положении географических полюсов. Исследования показывают, что многотысячное строительство плотин стало одним из факторов, подтолкнувших полюса к смещению на более чем метр — вывод подтверждается данными о движении полюса вследствие водохранилищ.

Ученые подчеркивают: речь идёт не о катастрофических изменениях климата или наклона планеты. Это тонкие, но измеримые процессы, которые помогают лучше понимать динамику системы Земли.

Почему вращение связано с массой

Планета делает полный оборот вокруг своей оси примерно за сутки. С точки зрения физики вращающиеся тела стремятся удерживать большую часть массы ближе к экватору, что обеспечивает устойчивую динамику. Любой крупный дисбаланс заставляет внешние слои реагировать и адаптироваться.

Когда массивные водохранилища появляются на суше, кора вместе с верхней мантией слегка смещается. Возникает явление, известное как истинное полярное блуждание: ось вращения остаётся направленной в прежнюю точку космоса, но поверхность Земли относительно неё медленно "плывёт". Это отличает географический дрейф от магнитного и от движения плит в результате тектоники.

Учёные объясняют, что построенные за последние два столетия водохранилища сыграли заметную роль. Они изменили картину распределения воды настолько, что полюса перестали двигаться строго по прежней траектории, а пошли новым путём, постепенно реагируя на растущие массы воды на суше.

Где формируется новая масса

На суше плотины образуют точки концентрации огромных объёмов воды. За 200 лет таких мест стало более семи тысяч. В Северной Америке и Европе строительство велось активнее всего в XIX-XX веках, затем центром роста стала Азия. Эти региональные сдвиги проявились в изменении направления дрейфа полюса. Сначала он смещался ближе к долготе, проходящей через Россию, а с середины XX века — в сторону широт Северной Америки и далее через Тихий океан.

Подобные перемещения не совпадают с визуальными представлениями о том, что Земля "кренится". Это гораздо более тонкий процесс, связанный с реакцией литосферы и океанов на новые нагрузки. Для расчётов исследовательской группе потребовалось учитывать модель плотности земных слоев, их упругость, а также динамику мировой океанической поверхности.

Когда вода извлекается из океана и перемещается в искусственные резервуары, уровень моря временно опускается, а затем постепенно выравнивается. Поверхность океана постоянно стремится соответствовать комбинированному влиянию гравитации и вращения. Поэтому вода "переходит" в новые зоны равновесия, и учёные должны учитывать обе части процесса — и действия человеческой инженерии, и естественные реакции планеты.

Как оценили масштаб изменений

Моделирование, охватившее период с 1835 по 2011 год, показало, что накопленные водохранилища заставили географический полюс пройти путь почти в четыре фута — величину, сравнимую с длиной небольшой бейсбольной биты. Большая часть перемещения пришлась на XX век, когда строительство плотин стало массовым.

Данные также показывают, что направление дрейфа менялось вслед за расширением плотинной инфраструктуры. Переход от американских и европейских гидросистем к азиатским повлиял на то, куда именно "стремится" географический полюс.

Один из важных аспектов исследования — анализ уровня моря. Ученые отмечают, что глобальное значение "уровня" сильно упрощено. В действительности океан реагирует сложной системой "отпечатков", иные регионы могут испытывать подъём или спад воды, даже если мировое значение остаётся неизменным. Искусственные резервуары частично скрыли рост уровня моря, вызванный потеплением океана и таянием льдов в XX веке, перераспределив массу иначе, чем предполагали прежние модели.

"Поскольку мы улавливаем воду за плотинами, она не только удаляет воду из океанов, что приводит к глобальному падению уровня моря, но и распределяет массу по-разному по всему миру", — сказала Наташа Валенсич, аспирант по наукам о Земле и планетах в Гарварде и ведущий автор этого исследования.

По словам исследователей, этот эффект не способен изменить ход сезонов или заметно повлиять на длительность суток. Тем не менее он показывает, насколько важны даже небольшие человеческие вмешательства, если рассматривать их в масштабах веков. Понимание таких изменений помогает корректировать климатические модели и уточнять прогнозы — подход, который перекликается с методиками анализа атмосферных циркуляционных режимов.

Сравнение: плотины и естественные процессы перераспределения массы

Чтобы понять масштаб влияния плотин, важно сопоставить его с естественными планетарными механизмами:

Движение ледников перераспределяет массу медленно, но с огромным эффектом.
Горные системы создают долговременную нагрузку на кору.
Мантийные потоки воздействуют изнутри, формируя десятки миллионов лет эволюции рельефа.

На этом фоне плотины действуют быстрее, но в меньшем масштабе. Тем не менее, в отличие от природных процессов, инженерные конструкции формируются за считанные десятилетия, поэтому их влияние проявляется почти в реальном времени.

Плюсы и минусы хранения воды в плотинах

Перемещение воды на сушу приносит как пользу, так и сопутствующие эффекты:

Плюсы:

увеличиваются запасы пресной воды;
повышается энергетическая устойчивость регионов;
укрепляется защита от наводнений;
появляется возможность более точного управления ирригацией.

Минусы:

изменяется локальная геодинамика;
маскируется реальный рост уровня моря;
растёт нагрузка на земную кору;
меняется региональное перераспределение массы, влияющее на дрейф полюса.

Советы по пониманию влияния плотин

Чтобы ориентироваться в вопросе влияния плотин на планету, полезно учитывать несколько моментов:

Важно различать влияние на локальную геологию и глобальное перераспределение массы.
Оценка уровня моря должна включать корректировки, связанные с водохранилищами.
Модели вращения Земли учитывают даже мелкие изменения в массе.
Геофизические данные требуют регулярного обновления из-за изменения инфраструктуры.
Масштабы влияния небольшие, но значимые в сумме.