La nieve, los monzones y los océanos desplazan el centro de masa de la Tierra cada año, según datos de satélites

Los cambios estacionales redistribuyen suficiente agua alrededor de la Tierra como para desplazar el centro de masa del planeta fracciones de mm con respecto a su centro geométrico. Los científicos de la NASA están investigando estas oscilaciones, ya que el centro de masa de la Tierra es un punto de referencia crucial para la navegación por satélite y las mediciones de altitud.

Un equipo liderado por el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California ha propuesto un método para calcular las variaciones estacionales con extrema precisión. La técnica y los hallazgos se detallan en un nuevo estudio publicado en Geophysical Journal International. Los autores describen con claridad cómo el deshielo primaveral, la agitación de los océanos y la densa atmósfera invernal desplazan enormes cargas superficiales de una estación a otra.

Cambios estacionales en el centro de masa de la Tierra

Este estudio no es el primer intento de determinar el centro de masa de la Tierra. Durante décadas, los científicos han sido pioneros en diversas técnicas espaciales para definirlo y localizarlo. Sin embargo, se trata de un objetivo en constante cambio. Si la Tierra fuera una canica azul sólida, su centro de masa simplemente coincidiría con su centro geométrico. En realidad, el planeta se deforma y se hunde bajo el peso del agua, el hielo y el aire. Debido a esto, el centro de masa de la Tierra gira continuamente alrededor de su centro geométrico, hasta varios milímetros.

¿Qué tan precisos son los métodos actuales para medir el tamaño del pivote? Las dos últimas estimaciones internacionales, realizadas en 2017 y 2023, difieren en 7 milímetros, aproximadamente la altura de tres monedas de cinco centavos apiladas. La diferencia es casi tan grande como el propio mecanismo.

Para reducir la incertidumbre, el geocientífico del JPL, Donald Argus, lideró el desarrollo de una nueva técnica basada en el seguimiento satelital de ultraprecisión.

Impulsados por la gravedad, los satélites orbitan naturalmente alrededor del centro de masa de la Tierra, como si estuvieran sujetos por cables invisibles. Pequeñas variaciones en la distancia entre los satélites y las estaciones terrestres reflejan el desplazamiento del centro de masa de la Tierra.

El uso de satélites para localizar el centro de masa de la Tierra no es una idea nueva. De hecho, los satélites de metal denso lanzados en 1976 y 1992 están dedicados exclusivamente a este propósito. Con una apariencia similar a la de bolas de discoteca de 408 kilogramos, ambos satélites de geodinámica láser ( LAGEOS 1 y 2) están equipados con prismas reflectantes y su seguimiento se realiza con precisión láser mediante estaciones terrestres distribuidas globalmente en más de 20 países.

Sin embargo, una limitación de la medición láser por satélite es la distribución desigual de las estaciones terrestres alrededor de la Tierra. La nueva técnica mejora la precisión de dos maneras: incorpora el seguimiento GPS junto con datos orbitales de varios satélites en órbita terrestre baja para proporcionar una gama diversa de objetivos. Además, considera cómo el peso del agua y el hielo deforma la corteza terrestre, arrastrando consigo a las estaciones terrestres.

La técnica fue desarrollada por Argus junto con investigadores del equipo de determinación de órbitas de satélites del JPL, la Universidad de Nevada, la Universidad de Montana y el Centro Helmholtz de Geociencias en Alemania.

"Ahora estimamos que el desplazamiento anual del centro de masa de la Tierra es aproximadamente la mitad de lo que creíamos hace ocho años", dijo Argus. "Nuestros hallazgos sugieren que la masa de agua y aire de la Tierra que se mueve entre los hemisferios es menor de lo que se pensaba".

Felix Landerer, uno de los coautores del estudio en el JPL, señaló que «si bien estos movimientos pueden parecer insignificantes, nuestro mundo moderno depende de mediciones de posicionamiento extremadamente precisas. Al desentrañar y comprender los mecanismos que modifican los sistemas de referencia, podemos construir mejores sistemas de referencia que, en última instancia, beneficien la cartografía y la navegación, desde la logística del transporte marítimo mundial hasta la agricultura de precisión».

Lo que encontraron

Los autores del estudio rastrearon el centro de masa de la Tierra mientras oscilaba estacionalmente y atribuyeron el movimiento a tres categorías: océanos, atmósfera y agua continental (compuesta por hielo terrestre, nieve, agua de lagos y ríos, humedad del suelo y agua subterránea).

Descubrieron que la acumulación de nieve en Norteamérica y Eurasia alcanza su máximo en marzo y desplaza el centro de masa de la Tierra unos 3 milímetros hacia el Polo Norte.

Un mes después, en abril, las precipitaciones en la cuenca del río Amazonas alcanzan un máximo de 2400 gigatones, desplazando el centro de masa de la Tierra 2,2 milímetros hacia Sudamérica.

Las lluvias monzónicas en el sudeste asiático alcanzan un máximo de 600 gigatones seis meses después, en noviembre, lo que contribuye ligeramente a la oscilación anual.

Entre agosto y octubre, los océanos aumentan de nivel debido al deshielo y las lluvias, y el centro de masa de la Tierra se desplaza hacia el océano Pacífico Sur. El océano Pacífico es tan extenso que los cambios de masa en él eclipsan la pérdida o ganancia en otros océanos, aunque la dinámica estacional en los mares Mediterráneo, Rojo, del Norte, Báltico y de Barents también contribuye, en menor medida, al desplazamiento del centro de masa de la Tierra.

Los investigadores utilizaron un modelo desarrollado por el Centro Europeo de Previsiones Meteorológicas a Medio Plazo, ECMWF, para estimar cómo los cambios atmosféricos afectan al centro de masas de la Tierra a lo largo de las estaciones. Descubrieron que el aire frío y denso del invierno contribuye a inclinar la balanza sobre Arabia, Asia y el norte de África alrededor del 21 de diciembre de cada año, y sobre Sudamérica y Sudáfrica alrededor del 21 de junio.

Los cálculos de masa del estudio coinciden con las observaciones realizadas por la misión GRACE-FO (Gravity Recovery and Climate Experiment Follow-On ). Lanzada en 2018, la misión consta de dos satélites gemelos que cartografían las fluctuaciones mensuales de la atracción gravitatoria de la Tierra, debidas principalmente al movimiento de masas de agua por encima y por debajo de la superficie. Los dos satélites vuelan en formación precisa, y cuando el satélite líder pasa sobre un cuerpo denso, como una cuenca fluvial desbordada, la atracción gravitatoria adicional modifica la distancia entre sus dos satélites gemelos en una cantidad pequeña pero medible.

Fuente: NASA/ Phys.org