我们的海洋系列（19）海洋和地转

张武昌 2021年8月8日星期日

（一）  潮汐与地转

1754年，德国的康德提出了潮汐摩擦使地球变慢的假说：太阳和月亮对海水的吸引造成了潮汐，而潮汐运动方向与地球自转方向相反，就相当于一直不断的对地球踩刹车，会导致地球的自转逐渐变慢。这一假说被后来的实际观测所证实。

英国科学家Stephenson和Morrison等人2016年和2021年在《英国皇家学会会刊》上发表两篇论文，认为潮汐对地球自转的影响使得一天（昼夜）的长度每100年增加1.72毫秒（观测值），比理论值2.4 毫秒稍小一点。按照这个速度，2亿年后，地球的一天会增加1小时。

潮汐的摩擦降低了月亮和地球系统的能量，对月亮同样产生了影响。几十亿年前，月球形成时，离地球的距离比现在小得多，也有较快的自转，潮汐造成的能量损耗使得月亮远离地球，而且只有一个面目来面对地球。

随着时光流逝，地球和月亮的距离将继续加大，地球自转减缓的速度原来越慢，最终减慢到一天等于一个月，地球也将以一个面目面对月球，月亮潮汐将不存在，能量不再损耗，月球不再远离。

此后，微弱的太阳潮汐使太阳速度进一步减慢，导致一天大于一月，月亮潮汐再现，但是方向却是与地转相同，月亮和太阳的协同作用使得一天的长度稳定在一月，不再延长。

（二）南极绕极流与地转

地球的旋转遵循角动量守恒原则。南极绕极流是自西向东的环形洋流，由于与地球自转的速度相同且流量巨大，南极绕极流的速度变化会影响地球的转速。根据角动量守恒原则，如果南极绕极流速度变慢，地球的旋转速度就会变快。

2009年11月8日，不知道什么原因，南极绕极流的速度突然慢了下来，造成地转突然加速，每天的长度减少了0.1毫秒。这种局面大约持续了12天，到11月20日，洋流速度回复正常，地球的自转也回复到正常。

（三）海平面上升和地转

随着海洋温度上升，海水密度的变化和环流的变化使得海水汇聚到较高的纬度，离旋转轴更近，地球的旋转就会变快。2007年模型研究（Geophysical Research Letters, vol 34, p L06307）表明，如果2100年的二氧化碳浓度达到2000年的两倍，照此速度发展，到2200年，地球的一天就会减少0.12毫秒。这也许是全球变暖对地球造成的最不可思议的影响。

但是有科学家持不同观点。全球变暖还造成了另一个影响，即冰川的融化。2015年，Science Advances的一篇论文认为，冰川融水进入海洋减缓了地球的转动，现在地球的一天正在延长，在过去100年间延长了1 毫秒，随着冰川融化加速，在21世纪末每天会比现在延长5毫秒。

冰川融化造成的物质在地球上的重新分配（冰川变为海水进入大海、冰川下的陆地因为冰川的融化而回弹）会导致地球的自转轴发生倾斜。自1899年以来，人类开始长期观测地轴的变化。由于冰川融化加上其他因素对自转轴的作用，在20世纪，北极点沿西经74.2度向南移动平均每年10.5 厘米，一个世纪移动了约10 米。2005年由于地球冰川的融化，北极点移动的方向往东进行了偏移。