人類が地下水をくみ上げまくった影響で地軸の傾きが変動している

人間が利用する水の多くは豊富な地下水に支えられており、1993年から2010年の間に地下からくみあげられた水の量は2兆トン以上だと推測されています。大量の水が人為的に移動した結果、地球の自転軸の傾きが変化して北極点が約80cm、年間4cm以上移動していることがわかったとの研究結果が、2023年6月15日付の査読付科学誌・Geophysical Research Lettersに掲載されました。

Drift of Earth's Pole Confirms Groundwater Depletion as a Significant Contributor to Global Sea Level Rise 1993–2010 - Seo - 2023 - Geophysical Research Letters - Wiley Online Library
https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2023GL103509

We’ve pumped so much groundwater that we’ve nudged the Earth's spin - AGU Newsroom
https://news.agu.org/press-release/weve-pumped-so-much-groundwater-that-weve-nudged-the-earths-spin

Rampant groundwater pumping has changed the tilt of Earth’s axis
https://www.nature.com/articles/d41586-023-01993-z

惑星などの天体が自転する傾きは多くの場合安定していますが、惑星の内部や表面で大きな質量が移動すると、その影響で自転軸も変動することがあります。地球の場合、その最も大きな要因は季節的なもので、天候や季節の移り変わりに伴う大気の塊の動きによって、地軸は毎年メートル単位で揺れ動いていると考えられています。

これについて、韓国・ソウル大学の地球物理学者であるKi-Weon Seo教授は、「地球の表面で移動するすべての質量が、自転軸を変化させる可能性があります」と説明します。

地軸の傾きは水の動きによっても変化しますが、これまでこうした水の移動は主に氷河などの融解によって引き起こされていると考えられていました。しかし、Seo教授らの研究チームが地軸の傾きを説明するのに十分な地球の水の動きを計算しても、データとは合わなかったとのこと。氷河や地表の水の移動を考慮しても問題を解決できなかった研究チームがたどり着いた答えは、地下水の動きでした。

以下は、1993年～2010年の期間における地下水貯留量の変化の合計(左)とそれに伴う海面の変動(右)で、単位は水柱ミリメートルです。青い部分ほど地下水がよく利用されていることを示しており、特に北米西部とインド北西部で顕著でした。

研究チームは、観測によって導き出された地球の回転軸の変化と水の動きをモデル化してから、まず氷河や氷床のみを考慮して計算を行い、次に異なる量の地下水の動きをシミュレーションしました。その結果2150ギガトン、つまり2兆1500億トンの地下水が移動した場合にのみ、地軸の傾きが観測結果と一致することが判明しました。

この量の水は、世界の海面を6.24ミリメートル上昇させるのに十分な量で、もし地下水の動きを考慮しない場合、実際の地球の極点の動きと計算結果の間には約78.48cmの誤差が生じてしまうとのこと。

この結果から研究チームは、地下水の移動により地球の回転極は1993年から2010年の間に東経64.16度に向かって約78.48cm移動したと結論付けました。これは、地下水の影響だけで北極点がロシアのノヴァヤゼムリャに向かって年間約4.36cm動いていることを意味しています。

以下は、観測された極点の動き(赤い矢印)を、地下水を考慮しない場合の計算結果(青の破線の矢印)と考慮する場合(青の実線の矢印)と比較した図です。地下水の移動を考慮した結果は、観測された極点の動きとよく一致しており、地下水が地球の自転軸に与える影響は無視できない大きさだということがわかります。

Seo教授は「回転極のぐらつきの原因が究明できたことは、とてもうれしいことです。その一方、地球の住民として、また子を持つ父親として、地下水のくみ上げが海面上昇のもうひとつの原因であることを知り、驚きと懸念を感じています」と話しました。