全球变暖,冰盖融化,地球自转会减速还是加速?我一开始居然想错了(_:D∠_)

之前写一篇关于地球自转加速的文章时,分析过地球自转加速的原因,其中提出一个原因就是冰盖融化,那时的观点是冰盖融化会导致地球自转加速。

南极冰盖融化上升原因(假如全球变暖导致冰盖融化)(1)

当时是这样想的:像珠穆朗玛峰这种高山山顶的冰盖融化后,雪山会流向海拔较低的地方,通过江河流入大海后分布到全球,致使全球的海平面上升。

南极冰盖融化上升原因(假如全球变暖导致冰盖融化)(2)

也就是冰雪的质量从高处落到地面,这样相当于张开双臂的花样滑冰运动员在旋转中把手收起来的样子,自转自然是会加速的。

南极冰盖融化上升原因(假如全球变暖导致冰盖融化)(3)

这样分析好像是理所当然的。但我最近发现我当初想得太简单了……实际的情况是:冰盖融化会降低地球自转速度。这是为什么呢?

南极冰盖融化上升原因(假如全球变暖导致冰盖融化)(4)

在全球平均气温持续升高的情况下,全球的冰盖会融化,由于这些冰盖主要分布在高纬度地区,特别是南北极地区,基于角动量守恒,不考虑外部因素,地球这个系统的总角动量是固定的,这些冰盖上的冰雪所携带的角动量也是固定的。角动量L=rmv,即半径、质量和速度的乘积。由此可知,在角动量固定(角动量守恒定律)和质量固定(融化的冰雪质量)的情况下,半径越大,速度就越慢;半径越小,速度就越快。因此融冰究竟是导致加速了还是减速了,要看的就是这个半径。

南极冰盖融化上升原因(假如全球变暖导致冰盖融化)(5)

我当初犯的错误就在这个半径的判断上,我当时想:水往低处流,半径自然是小了,那自转不就加速了吗?

然而实际上这些融冰所拥有的角动量的半径并不是按距离地心算的,而是按距离自转轴算的。纬度越高,与自转轴距离就越近,相同质量所携带的角动量就越小。当这些冰水融化到海洋,全球海洋分摊了这些融冰产生的水,然而由于地球自转,产生离心力,离心力使赤道附近的海水会隆起,也就是说这些融化的冰水在分摊到全球的过程中会更多向赤道附近集中,而赤道附近是距离自转轴最远的地方,因此,冰盖融化的水的质量被更多集中到了自转半径更大的范围内。由于角动量守恒和前面的角动量计算公式,更大的半径就意味着更低的转速。

南极冰盖融化上升原因(假如全球变暖导致冰盖融化)(6)

当我们从地球这个整体去看,当更多的质量分布到更大的半径范围上,由于地球的总角动量守恒,更大的半径意味着更低的转速!所以,冰盖融化不但不会增加转地球转速,相反会降低地球转速。

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科学家:地球自转正在加速?是怎么回事?

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