زمین به‌طور مداوم می‌چرخد، اما بدون نوسان نیست. درحالی‌که اغلب تصور می‌کنیم که قطب شمال و جنوب نقاطی ثابت و تغییرناپذیر هستند، درواقع این‌طور نیست. با گذشت زمان و بر اساس نحوه توزیع جرم در سراسر سیاره، این قطب‌ها اندکی جابه‌جا می‌شوند.
از ذوب شدن صفحات یخی و حرکت صفحات تکتونیکی گرفته تا افزایش حجم اقیانوس‌ها، همه در این تغییر نقش دارند. اما اکنون، پژوهشگران کشف کرده‌اند که فعالیت‌های انسانی به‌ویژه از طریق ساخت سدها، به‌آرامی اما قابل اندازه‌گیری، در تغییر محور چرخش زمین مؤثر بوده است.
تأثیر ساخت سدها بر حرکت قطب‌های زمین
نگاهی به تاریخ سدسازی و اثرات آن
از نخستین سدهای بزرگ در قرن نوزدهم گرفته تا پروژه‌های عظیم ذخیره‌سازی آب در آسیا و آفریقا در قرن بیستم، تأثیر این سازه‌ها در جابه‌جایی محور چرخش زمین به‌تدریج افزایش یافته است.
طبق مطالعه‌ای که در نشریه Geophysical Research Letters منتشر شده، از سال ۱۸۳۵ تاکنون، محور چرخش زمین بیش از یک متر (۳.۳ فوت) جابه‌جا شده است.
مفهوم «سرگردانی قطبی واقعی» (True Polar Wander)
این پدیده چیست و چگونه رخ می‌دهد؟
سرگردانی قطبی واقعی به تغییر موقعیت پوسته جامد زمین نسبت به محور چرخش آن گفته می‌شود. این حرکت زمانی رخ می‌دهد که جرم در سطح زمین جابه‌جا شود.
برای درک بهتر، تصور کنید زمین همچون توپ بسکتبالی در حال چرخش است. اگر یک گلوله خاک رس در یک سمت آن بچسبانید، توپ برای حفظ تعادل اندکی جابه‌جا می‌شود. همین اتفاق در مقیاس سیاره‌ای رخ می‌دهد، جایی که پوسته زمین نسبت به محور چرخش خود تغییر مکان می‌دهد و قطب‌ها از نقاط قبلی عبور می‌کنند.
نقش فعالیت‌های انسانی
در گذشته، این پدیده بیشتر به فرآیندهای طبیعی مانند ذوب شدن یخچال‌ها نسبت داده می‌شد. اما مطالعه اخیر به سرپرستی ناتاشا والنسیک و همکارانش در دانشگاه هاروارد نشان می‌دهد که انباشت آب در پشت سدها نیز به‌عنوان یک عامل انسانی، در این تغییرات سهم عمده دارد.
والنسیک می‌گوید:
«زمانی که ما آب را در پشت سدها ذخیره می‌کنیم، نه‌تنها سطح آب اقیانوس‌ها را کاهش می‌دهیم، بلکه جرم را در بخش‌های مختلف زمین نیز به‌گونه‌ای متفاوت توزیع می‌کنیم.»
دو فاز حرکتی قطب‌ها در دوران سدسازی
تحلیل داده‌ها
محققان با استفاده از داده‌های پایگاه جهانی GRanD (Global Reservoir and Dam Database)، ذخیره آب ۶۸۶۲ مخزن مصنوعی را از سال ۱۸۳۵ تا ۲۰۱۱ تحلیل کردند. نتایج، تغییرات غیرخطی و قابل‌توجهی در حرکت قطب‌ها را نشان داد.
- از ۱۸۳۵ تا ۱۹۵۴: عمده سدسازی در آمریکای شمالی و اروپا انجام شد. این موضوع باعث شد که قطب شمال حدود ۲۰ سانتی‌متر به سمت °۱۰۳.۴ شرقی (مسیر روسیه و بخش‌هایی از آسیا) جابه‌جا شود.
- از ۱۹۵۴ به بعد: پروژه‌های عظیم در شرق آفریقا و آسیا به بهره‌برداری رسید. در نتیجه، قطب شمال ۵۷ سانتی‌متر به سمت °۱۱۷.۵- شرقی (تقریباً در امتداد غرب ایالات متحده و اقیانوس آرام جنوبی) تغییر جهت داد.
مسیر نامنظم جابه‌جایی
این تغییرات مسیر ثابتی نداشت و شدت و جهت آن به اندازه و مکان سدهای در حال ساخت بستگی داشت. درمجموع در بازه این مطالعه، قطب‌ها ۱۱۳ سانتی‌متر جابه‌جا شدند که ۱۰۴ سانتی‌متر آن در قرن بیستم رخ داده است. این موضوع نشان می‌دهد که زیرساخت‌های مدرن، بیش از فرآیندهای طبیعی طولانی‌مدت، در تعیین موقعیت قطب‌های زمین مؤثر بوده‌اند.
نحوه بررسی تغییرات قطبی ناشی از سدها
مدل‌سازی دقیق علمی
تیم پژوهشی از یک مدل فیزیکی پیشرفته بهره گرفت. آن‌ها نظریه تراز دریا به‌طور هم‌زمان با گرانش را با معادلات پایداری چرخشی ترکیب کردند.
مدل زمین استفاده‌شده
مدل PREM (Preliminary Reference Earth Model) که شامل تغییرات چگالی و کشسانی زمین است، مبنای این محاسبات بود. همچنین اثر نفوذ تدریجی آب به خاک‌های اطراف سدها (seepage) هم با روش Chao et al. (2008) در نظر گرفته شد.
جالب اینکه، اگرچه حدود ۲۸ درصد از حجم ذخیره‌سازی جهانی (عمدتاً سدهای کوچک) در محاسبات لحاظ نشد، اما نتایج همچنان دقیق و پایدار ماند. بررسی‌ها نشان داد که سدهای کوچک، به دلیل حجم ناچیز، اثر قابل‌توجهی بر تغییر موقعیت قطب‌ها ندارند.
ذخیره آب سدها و سطح دریاها
افت موقت سطح دریاها در قرن بیستم
درحالی‌که امروزه سطح دریاها در حال افزایش است، در قرن بیستم، ساخت سدها موقتاً این روند را کند کرد. طبق یافته‌ها، ۶۸۶۲ سد مورد بررسی، موجب افت ۲۲ میلی‌متری (۰.۸۶ اینچی) سطح دریا بین سال‌های ۱۹۰۰ تا ۲۰۱۱ شده‌اند.
هرچند این میزان در مقایسه با افزایش ناشی از ذوب یخ‌ها و گرم‌شدن اقیانوس‌ها ناچیز است، اما محاسبات علمی را پیچیده می‌کند.
والنسیک توضیح می‌دهد:
«بسته به محل احداث سدها و مخازن، هندسه تغییرات سطح دریا هم متفاوت خواهد بود. این هم عاملی مهم و تأثیرگذار است که نباید نادیده گرفته شود.»
سرعت حرکت قطب‌ها در گذر زمان
در نیمه اول قرن بیستم، میانگین سرعت حرکت قطب‌ها ناشی از سدسازی حدود ۰.۱۲ اینچ در سال بود.
اما در نیمه دوم قرن، این رقم به ۰.۳۷ اینچ در سال رسید؛ افزایشی سه‌برابری که بازتاب گسترش سریع سدسازی پس از ۱۹۵۰ است.
بازنگری در برآوردهای گذشته
مطالعات پیشین، اثر سدسازی بر سرگردانی قطبی را دست‌کم گرفته بودند. برای نمونه، برآوردی در سال ۲۰۰۸ نشان می‌داد که در قرن بیستم، محور زمین به‌طور میانگین ۰.۰۶- اینچ در سال به سمت شرق و ۰.۳۱- اینچ در سال به سمت شمال حرکت کرده است.
اما تیم والنسیک ارقام را ۰.۱۲- اینچ به سمت شرق و ۰.۰۹- اینچ به سمت شمال ثبت کرد. این تفاوت اهمیت زیادی دارد، چراکه بودجه حرکت قطب‌ها را تغییر می‌دهد.
از این پس، دانشمندان در ارزیابی میزان تأثیر ذوب یخ‌ها، آب‌های زیرزمینی و اقیانوس‌ها بر چرخش زمین، باید اثر سدسازی را نیز کسر کنند. بدون این اصلاح، برآوردها درباره از دست‌رفتن یخ‌ها و افزایش سطح دریا کامل نخواهد بود.
عوامل ترکیبی در تغییر قطب‌ها
جالب اینکه، سدسازی تنها عامل این تغییرات نبوده است. پژوهشگران مدل‌سازی کردند که اقیانوس‌ها چگونه به جابجایی آب واکنش نشان داده‌اند.
در نیمه نخست قرن، ذخیره‌سازی آب پشت سدها عامل غالب در حرکت قطب‌ها بود. اما در نیمه دوم قرن، سدسازی و جابه‌جایی جرم در اقیانوس‌ها نقش تقریباً برابری در این مسیر ایفا کردند.
جمع‌بندی: جابه‌جایی ظریف اما مؤثر
این پژوهش که در ابتدا به‌عنوان یک پروژه کلاسی در دانشگاه هاروارد آغاز شده بود، در نهایت به کشفی مهم درباره تعادل متغیر زمین تبدیل شد. یافته‌ها نشان می‌دهد که سدها، این سازه‌های به ظاهر معمولی و رایج تمدن بشری، توانسته‌اند جغرافیای سیاره در حال چرخش ما را دگرگون کنند.
قطب زمین با هر سد جدید، آرام آرام، قدم‌به‌قدم و مهندسی‌شده جابه‌جا شده است. گرچه این تغییر به‌تنهایی فاجعه‌آمیز نیست، اما یک حقیقت را آشکار می‌کند:
رفتارهای انسانی، بیشتر از آنچه تصور می‌کنیم بر تعادل و حرکت زمین مؤثر است.
هر سد و دریچه سیلابی، بخشی از تکانه زمین را تشکیل می‌دهد. آنچه بر خشکی ذخیره می‌شود، نه‌تنها مسیر رودخانه‌ها، بلکه محور چرخش سیاره را هم دگرگون می‌کند.
