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水力发电为什么会影响地球自转速度?

生活中有一件事每天都会发生,而且是准时准点,一天都没有落下,这就是太阳的东升西落。这种日夜交替的现象是由于地球自转引起,而且我们也认为是不以人的意志为转移的。

说白了就是没人能控制地球的自转,这就是我们为什么经常会说一句老话:就算谁谁不在了,太阳照常升起。这句话就体现了人不能改变自然规律。

但是真实的情况却不是这样的,一个人弱小的力量是不能改变地球自转,但整个人类的活动确实对地球自转产生了影响,这又体现了团结的力量。

下面我们就说下人类是怎样改变地球的。

我们一般会认为地球转一圈就是一天,一天就是24小时,那么地球转一圈就是24小时!这种逻辑确实看起来没错,但真实的情况又不是这样的。

地球有一个假象的自转轴,穿过南北极,地球绕轴自转一圈所花的时间为23小时56分4.09秒,那么钟表中多出来的4分钟哪里来的?

这是因为地球除了绕轴自转以外,还在绕着太阳公转,公转一圈就是一年,大约为365.242193天,也就是说,每一天地球会在公转轨道上前进不到1°的距离。

上图就详细地描述了地球每一天的公转对自转时间的影响。

所以为了弥补地球在公转轨道上前进的一小段距离,那么地球就要多转4分钟,才能让太阳在天空中的位置达到和前一天同一时刻的同一位置。

也就是说,地球自转一圈的时间是以指向太阳中心为参考点的,而不是自己转完一圈。

这就是为什么地球每天都绕着太阳公转,和太阳的位置一直在发生变化,但是每天的中午十二点,当你抬头的时候,太阳都能处在当天天穹的最高点。

那么现在地球的自转就是我们认为的24小时了?

还不是的,如果我们用非常灵敏且准确的原子钟以遥远的恒星背景为参考,对地球的自转进行测量的话,我们就会发现地球的自转周期并不总是24小时,也就是地球的自转速度在波动,大小在毫秒级上。

造成地球自转速度波动的原因有天文学上的因素,还有地球本身的因素,以及人类的活动。

天文学上因素最为重要,效果更大,也更持久,而且大家也很熟悉,就是月球以及太阳对地球的潮汐制动。

尤其是月球,它虽然小,但是离地球很近,它对地球产生的潮汐力要大于太阳。由于月球的存在,我们就能在海边看到海浪不停地拍打海岸,这是因为月球的公转速度总是滞后于地球的自转速度;

它造成的海水隆起也会滞后于地球的自转,所以在地球上就会形成规律性的潮汐,所带来的效果就是地球与海水摩擦消耗自身自转动量,并且会把自身自转动量一点点的传递给月球;

使得月球公转的越来越快,逐渐地远离地球,而地球自转速度则越来越慢。

进而造成地球的自转周期总是比24小时长了那么一点点,长此以往我们钟表时间就会滞后于地球的自转时间,这就是为什么从1972年起,我们定期会把自己钟表拨快1秒,到今天为止我们已经给钟表加了27次润秒了。

这就是天文学上,月球对地球的自转的影响。可以预见的是,未来地球自转的时间会越来越长,达到一天25小时也是有可能的。

因为我们知道在地球的历史中,它刚诞生的时候转一圈只需要6个小时,恐龙的一天也就23小时。

但是影响地球的自转还有地球本身的变化,和人为因素,而且这两个因素甚至会导致地球自转速度在短时间内加快,使得我们一天比24小时短。

例如在2020年的时候,地球的自转就比近几十年变快了,未来一段时间内,据预测地球自转还会变快,2021年全年平均每天会比24小时短0.05毫秒。

这是为什么呢?

首先我们需要了解下,一个物体所拥有的自转动量它是守恒的,自转动量等于转动惯量乘以角速度。既然地球的自转加速了,那就说明地球的转动惯量变小了。

那么转动惯量又是什么?它其实就是一个旋转物体绕轴的质量分布情况,如果质量分布发生变化,那么转动物体的转动惯量就会发生变化。

有一个很好的例子就是旋转的滑冰员,当他把胳膊伸出来以后,它绕轴的质量就会向外分布,这是它的转动惯量就会增大, 为了保证动量守恒,那么它的速度就会降低。

当他想让速度升起来的话,就需要把质量往转动轴的附近收缩,因此当他收起胳膊的时候,又快速的转了起来。

那么同样的道理,地球自转加快了说明一个问题,地球的转动惯量降低了,也就是地球的质量更加的靠近自转轴。

哪种现象可以达到这样的效果?

地震,地震其实就是地核收缩,板块沉降的结果,也是重元素下降,轻元素上升的过程,每一次地震都会导致地球的质量分布更加的靠近自转轴。

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。

最后就是人类的因素。

一个人确实不能改变地球的质量分布,但是全球人合作,却能让地球地貌发生了翻天覆地的变化。

最大的影响就是人们在高纬度地区修建水坝,我们知道全球的河流绝大部分都是流向赤道方向,如果我们在全球高纬度地区大量的修建水坝,就会导致本应该远离自转轴的质量,大量的囤积在了更加靠近自转轴的地方;

那么地球的转动惯量就会降低,自转就会加速。

从科学上来说,对地球确实有影响,但这个效果并不明显。最大的影响,还是近些年来人类的活动导致的全球气候变暖;

南北极冰盖融化,高山冰川融化,那里储存着大量的水资源,而且高度很高,高山的冰川就不用说了,就南极的冰盖海拔2000米以上,水资源3000万亿吨。

如果这些水全部融化,就会造成这些巨大的质量流向更低的地方,总体上来说会导致地球转动惯量降低,自转加速。

以上的这些除了天文学上因素外,都是目前地球自转在短时间内加速的原因,人类也为此贡献了一份力量。