水力發電為什麼會影響地球自轉速度?


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水力發電為什麼會影響地球自轉速度?

生活中有一件事每天都會發生,而且是準時準點,一天都沒有落下,這就是太陽的東昇西落。這種日夜交替的現像是由於地球自轉引起,而且我們也認為是不以人的意志為轉移的。

說白了就是沒人能控制地球的自轉,這就是我們為什麼經常會說一句老話:就算誰誰不在了,太陽照常升起。這句話就體現了人不能改變自然規律。

但是真實的情況卻不是這樣的,一個人弱小的力量是不能改變地球自轉,但整個人類的活動確實對地球自轉產生了影響,這又體現了團結的力量。

下面我們就說下人類是怎樣改變地球的。

我們一般會認為地球轉一圈就是一天,一天就是24小時,那麼地球轉一圈就是24小時!這種邏輯確實看起來沒錯,但真實的情況又不是這樣的。

地球有一個假象的自轉軸,穿過南北極,地球繞軸自轉一圈所花的時間為23小時56分4.09秒,那麼鐘錶中多出來的4分鐘哪裡來的?

這是因為地球除了繞軸自轉以外,還在繞著太陽公轉,公轉一圈就是一年,大約為365.242193天,也就是說,每一天地球會在公轉軌道上前進不到1°的距離。

上圖就詳細地描述了地球每一天的公轉對自轉時間的影響。

所以為了彌補地球在公轉軌道上前進的一小段距離,那麼地球就要多轉4分鐘,才能讓太陽在天空中的位置達到和前一天同一時刻的同一位置。

也就是說,地球自轉一圈的時間是以指向太陽中心為參考點的,而不是自己轉完一圈。

這就是為什麼地球每天都繞著太陽公轉,和太陽的位置一直在發生變化,但是每天的中午十二點,當你抬頭的時候,太陽都能處在當天天穹的最高點。

那麼現在地球的自轉就是我們認為的24小時了?

還不是的,如果我們用非常靈敏且準確的原子鐘以遙遠的恆星背景為參考,對地球的自轉進行測量的話,我們就會發現地球的自轉週期並不總是24小時,也就是地球的自轉速度在波動,大小在毫秒級上。

造成地球自轉速度波動的原因有天文學上的因素,還有地球本身的因素,以及人類的活動。

天文學上因素最為重要,效果更大,也更持久,而且大家也很熟悉,就是月球以及太陽對地球的潮汐制動。

尤其是月球,它雖然小,但是離地球很近,它對地球產生的潮汐力要大於太陽。由於月球的存在,我們就能在海邊看到海浪不停地拍打海岸,這是因為月球的公轉速度總是滯後於地球的自轉速度;

它造成的海水隆起也會滯後於地球的自轉,所以在地球上就會形成規律性的潮汐,所帶來的效果就是地球與海水摩擦消耗自身自轉動量,並且會把自身自轉動量一點點的傳遞給月球;

使得月球公轉的越來越快,逐漸地遠離地球,而地球自轉速度則越來越慢。

進而造成地球的自轉週期總是比24小時長了那麼一點點,長此以往我們鐘錶時間就會滯後於地球的自轉時間,這就是為什麼從1972年起,我們定期會把自己鐘錶撥快1秒,到今天為止我們已經給鐘錶加了27次潤秒了。

這就是天文學上,月球對地球的自轉的影響。可以預見的是,未來地球自轉的時間會越來越長,達到一天25小時也是有可能的。

因為我們知道在地球的歷史中,它剛誕生的時候轉一圈只需要6個小時,恐龍的一天也就23小時。

但是影響地球的自轉還有地球本身的變化,和人為因素,而且這兩個因素甚至會導致地球自轉速度在短時間內加快,使得我們一天比24小時短。

例如在2020年的時候,地球的自轉就比近幾十年變快了,未來一段時間內,據預測地球自轉還會變快,2021年全年平均每天會比24小時短0.05毫秒。

這是為什麼呢?

首先我們需要了解下,一個物體所擁有的自轉動量它是守恆的,自轉動量等於轉動慣量乘以角速度。既然地球的自轉加速了,那就說明地球的轉動慣量變小了。

那麼轉動慣量又是什麼?它其實就是一個旋轉物體繞軸的質量分佈情況,如果質量分佈發生變化,那麼轉動物體的轉動慣量就會發生變化。

有一個很好的例子就是旋轉的滑冰員,當他把胳膊伸出來以後,它繞軸的質量就會向外分佈,這是它的轉動慣量就會增大, 為了保證動量守恆,那麼它的速度就會降低。

當他想讓速度升起來的話,就需要把質量往轉動軸的附近收縮,因此當他收起胳膊的時候,又快速的轉了起來。

那麼同樣的道理,地球自轉加快了說明一個問題,地球的轉動慣量降低了,也就是地球的質量更加的靠近自轉軸。

哪種現象可以達到這樣的效果?

地震,地震其實就是地核收縮,板塊沉降的結果,也是重元素下降,輕元素上升的過程,每一次地震都會導致地球的質量分佈更加的靠近自轉軸。

这一效果确实会在短期内比较显著地改变地球的自转速度,10年前发生在日本的8.9级地震,直接上地球的自转周期缩短了1.8微妙。

最後就是人類的因素。

一個人確實不能改變地球的質量分佈,但是全球人合作,卻能讓地球地貌發生了翻天覆地的變化。

最大的影響就是人們在高緯度地區修建水壩,我們知道全球的河流絕大部分都是流向赤道方向,如果我們在全球高緯度地區大量的修建水壩,就會導致本應該遠離自轉軸的質量,大量的囤積在了更加靠近自轉軸的地方;

那麼地球的轉動慣量就會降低,自轉就會加速。

從科學上來說,對地球確實有影響,但這個效果並不明顯。最大的影響,還是近些年來人類的活動導致的全球氣候變暖;

南北極冰蓋融化,高山冰川融化,那裡儲存著大量的水資源,而且高度很高,高山的冰川就不用說了,就南極的冰蓋海拔2000米以上,水資源3000萬億噸。

如果這些水全部融化,就會造成這些巨大的質量流向更低的地方,總體上來說會導致地球轉動慣量降低,自轉加速。

以上的這些除了天文學上因素外,都是目前地球自轉在短時間內加速的原因,人類也為此貢獻了一份力量。