I cambiamenti stagionali ridistribuiscono enormi quantità di acqua in tutto il nostro pianeta, una dinamica potente che spinge il centro di massa della Terra a oscillare costantemente rispetto al suo vero centro geometrico. I ricercatori della NASA stanno studiando a fondo queste continue variazioni, tracciando ogni singola alterazione millimetrica con estrema precisione. Conoscere l’esatta posizione del baricentro terrestre rappresenta infatti un punto di riferimento fondamentale per il corretto funzionamento della navigazione satellitare, oltre che per le misurazioni dell’altitudine su scala globale. Un team guidato dal Jet Propulsion Laboratory, situato nel Sud della California, ha appena proposto un nuovo approccio tecnologico per calcolare queste variazioni con una precisione senza precedenti. La tecnica e le scoperte, pubblicate sulla rivista scientifica Geophysical Journal International, illustrano in modo vivido come il disgelo primaverile, l’attività degli oceani e la densa aria invernale siano in grado di spostare carichi superficiali imponenti nel passaggio da una stagione all’altra.
Le stagioni spostano il baricentro terrestre
Il nuovo studio non rappresenta il primo tentativo di individuare la posizione esatta del centro di massa della Terra. Nel corso dei decenni, gli scienziati hanno sperimentato diverse tecniche all’avanguardia basate su strumenti lanciati nello Spazio. Si tratta a tutti gli effetti di un bersaglio in continuo movimento. Se il nostro pianeta fosse una semplice sfera rigida, il suo centro di massa coinciderebbe perennemente con il suo centro geometrico. Nella realtà dei fatti, la Terra si deforma continuamente sotto l’immenso peso dell’acqua, del ghiaccio e dell’atmosfera. A causa di tutto questo, il centro di massa del pianeta ruota incessantemente, allontanandosi dal baricentro geometrico fino a diversi millimetri. Le precedenti metodologie di misurazione presentavano margini di errore rilevanti, tanto che le ultime 2 stime internazionali, effettuate nel 2017 e nel 2023, differiscono tra loro di 7 millimetri. Si tratta di una discrepanza quasi pari all’entità del movimento stesso. Per ridurre drasticamente questa incertezza, il geoscienziato Donald Argus ha guidato lo sviluppo di una nuova tecnica basata su un tracciamento satellitare ultrapreciso.
La precisione dei satelliti in orbita
I satelliti artificiali, guidati unicamente dalla forza di gravità, orbitano in modo del tutto naturale attorno al centro di massa terrestre. Delle variazioni microscopiche nella distanza tra i dispositivi in orbita e le stazioni a terra riescono a riflettere con accuratezza lo spostamento del baricentro. L’idea di sfruttare i satelliti per questa misurazione risale agli anni passati, tanto che nel 1976 e nel 1992 furono lanciati 2 satelliti dedicati esclusivamente a questo scopo. Noti come LAGEOS 1 e 2, sono sfere di metallo pesanti 408 kg, rivestite di prismi riflettenti e monitorate con precisione laser attraverso stazioni distribuite in oltre 20 nazioni. La limitazione maggiore del passato era proprio la distribuzione irregolare di queste stazioni di terra. Il nuovo metodo migliora l’accuratezza combinando i sistemi di tracciamento GPS con i dati di vari altri satelliti in orbita terrestre bassa, fornendo un insieme diversificato di misurazioni e calcolando come il peso del ghiaccio e dell’acqua deformi attivamente la crosta.
“Ora stimiamo che l’entità del movimento del centro di massa della Terra avanti e indietro ogni anno sia circa la metà di quanto credevamo che fosse 8 anni fa”, ha dichiarato in merito ai nuovi dati il ricercatore Donald Argus. “I nostri risultati suggeriscono che la massa d’acqua e d’aria della Terra che si muove tra gli emisferi è più piccola di quanto si pensasse in precedenza”.
A rafforzare il concetto ci ha pensato Felix Landerer, uno dei coautori dello studio per il JPL, sottolineando l’importanza pratica di queste apparenti minuzie. “Sebbene questi movimenti possano sembrare minuscoli, il nostro mondo moderno si basa su misurazioni di posizionamento estremamente accurate. Districando e comprendendo i meccanismi che cambiano i sistemi di riferimento, possiamo costruire sistemi di riferimento migliori che in ultima analisi andranno a vantaggio della mappatura e della navigazione, dalla logistica delle spedizioni globali all’agricoltura di precisione”, ha spiegato Landerer.
Il ruolo degli oceani e dell’atmosfera
I ricercatori hanno tracciato le oscillazioni stagionali dividendone le cause in 3 macro categorie: oceani, atmosfera e acqua continentale. I dati mostrano che l’accumulo di neve in America del Nord e in Eurasia raggiunge il suo valore massimo nel mese di marzo, spostando il centro di massa di circa 3 mm verso il Polo Nord. Nel mese successivo, ad aprile, l’acqua piovana nel bacino del Rio delle Amazzoni tocca un picco imponente di ben 2.400 gigatonnellate, spingendo il baricentro di 2,2 mm in direzione dell’America del Sud. Anche i monsoni che colpiscono il Sud/Est asiatico incidono sul fenomeno, toccando quota 600 gigatonnellate nel mese di novembre. Nel periodo compreso tra agosto e ottobre gli oceani subiscono un gonfiamento a causa delle acque di disgelo e delle abbondanti piogge, spostando il centro di massa verso l’Oceano Pacifico del Sud. Questo specchio d’acqua è talmente vasto che i suoi cambiamenti di massa dominano su quelli degli altri bacini idrici.
Per analizzare l’effetto dell’atmosfera, il team ha impiegato un modello matematico europeo, scoprendo che l’aria fredda invernale altera gli equilibri sopra l’Arabia, l’Asia e l’Africa del Nord intorno al 21 dicembre. La stessa influenza atmosferica coinvolge invece l’America del Sud e l’Africa del Sud intorno al 21 giugno, il giorno in cui si celebra il Solstizio.
Tutti i calcoli sulle masse riportati dal team sono perfettamente coerenti con le osservazioni indipendenti della missione GRACE-FO. Lanciata nel 2018 in collaborazione tra la NASA e il centro di ricerca tedesco GFZ, questa missione impiega satelliti gemelli per tracciare con accuratezza le fluttuazioni mensili della forza di gravità causate proprio dai grandi spostamenti d’acqua superficiali e sotterranei. Sulla base del grande successo ottenuto, la missione successiva, battezzata GRACE-C, ha un lancio previsto per la fine del 2028, con l’obiettivo di continuare ad ampliare un archivio di dati fondamentale per la scienza.
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