Dieses Diagramm der wahren Polwanderung zeigt die heutige Rotation der Erde um ihre Rotationsachse.

Die wahre Polwanderung ist eine Rotation (oder Neuausrichtung) eines Planeten oder Mondes um seine Rotationsachse, die eine Verschiebung der geografischen Positionen von Nord- und Südpol bewirkt. Im Rotationsgleichgewicht ist die Achse des größten Trägheitsmoments eines Planetenkörpers mit der Rotationsachse ausgerichtet, während die beiden kleineren Trägheitsmomente in der Äquatorebene liegen . Dies liegt daran, dass Planeten nicht starr sind – sie bilden eine Rotationsausbuchtung, die den Trägheitstensor des Körpers beeinflusst. Interne oder externe Prozesse, die die Massenverteilung verändern (interne oder externe Belastungen), stören das Gleichgewicht, und es kommt zur wahren Polwanderung: Der Planet oder Mond rotiert wie ein starrer Körper (neuausrichtet sich im Raum), um die Achse des größten Trägheitsmoments wieder mit der Rotationsachse auszurichten. Da die Stabilisierung der Rotation durch die Rotationsausbuchtung nur vorübergehend ist [ 1 ], können selbst relativ geringe Belastungen eine signifikante Neuausrichtung bewirken (siehe Polhode § Beschreibung ).

Befindet sich der Körper in der Nähe des stationären Zustands, aber ist der Drehimpuls nicht exakt auf die Achse des größten Trägheitsmoments ausgerichtet, oszilliert die Polposition ( Chandler-Wobble ). Wetter- und Wasserbewegungen können ebenfalls kleine Änderungen hervorrufen. Diese Themen werden im Artikel „Polbewegung“ behandelt .

Beschreibung im Kontext der Erde

Die Massenverteilung der Erde ist nicht kugelsymmetrisch, und die Erde besitzt drei verschiedene Trägheitsmomente . Die Achse mit dem größten Trägheitsmoment (die Hauptträgheitsachse) ist nahezu mit der Rotationsachse (der Achse durch die geografischen Nord- und Südpole) ausgerichtet. Die beiden anderen Achsen liegen in der Nähe des Äquators . Dies ist vergleichbar mit einem Ziegelstein, der sich um eine Achse dreht, die durch seine kürzeste Seite verläuft (eine vertikale Achse, wenn der Ziegelstein flach liegt). Auf der Erde und den meisten anderen Planeten wird der Unterschied zwischen den polaren und äquatorialen Trägheitsmomenten hauptsächlich durch die Bildung einer Äquatorialausbuchtung verursacht – eine Massenüberschusszone um den Äquator (Abflachung), die durch die Rotationsverformung entsteht (Planetenkörper sind nicht starr – sie verformen sich als Reaktion auf die Rotation und deren Veränderungen).

Interne und externe Prozesse wie Mantelkonvektion, Gletscherschmelze, Vulkanbildung oder große Meteoriteneinschläge können das Rotationsgleichgewicht stören und dazu führen, dass sich Körper als Ganzes relativ zu ihrer Rotationsachse bewegen (neu ausrichten). [ 2 ] Die meisten natürlichen Belastungen sind im Vergleich zur Rotationsausbuchtung gering und verändern daher die Richtung der Hauptträgheitsachse nur geringfügig. Da sich die Rotationsausbuchtung jedoch mit der Bewegung der Rotationsachse innerhalb des Körpers schließlich neu ausrichtet, [ 3 ] verschwindet die Stabilisierung durch die Rotationsausbuchtung auf geologischen Zeitskalen, und die Gleichgewichtsausrichtung des Planeten wird durch seine dominanten Belastungen bestimmt. Während der wahren Polwanderung liegt die Rotationsachse nahe an der Hauptträgheitsachse des Körpers, und die zeitliche Entwicklung der letzteren wird durch die allmähliche Neuausrichtung der Rotationsausbuchtung angetrieben. Auf kurzen Zeitskalen und bei schnellen Belastungen ist die säkulare Bewegung des Pols von einem freien (oder Chandler-)Schwingen begleitet. [ 4 ]

Eine solche Neuausrichtung verändert die Breitengrade der meisten Punkte auf der Erde um einen Betrag, der davon abhängt, wie weit sie von der unbeweglichen Achse in Äquatornähe entfernt sind. Im Kontext von gezeitenverriegelten Körpern kann sich auch die Längengradangabe von Oberflächenmerkmalen im Laufe der Zeit ändern [ 5 ] , und die Dynamik der Neuausrichtung kann schneller ablaufen [ 6 ] .

Beispiele

Fälle echter Polwanderung traten im Laufe der Erdgeschichte mehrmals auf. [ 7 ] [ 8 ] Es wird angenommen, dass sich Ostasien aufgrund einer echten Polwanderung vor etwa 174 bis 157 Millionen Jahren um 25° nach Süden bewegte. [ 9 ] Auch Mars , Europa und Enceladus sollen eine echte Polwanderung durchlaufen haben, im Fall von Europa sogar um 80°. [ 10 ]

Die extreme Neigung des Uranus zur Ekliptik ist kein Beispiel für echte Polwanderung (eine Verschiebung des Körpers relativ zu seiner Rotationsachse), sondern vielmehr eine große Verschiebung der Rotationsachse selbst. Diese Achsenverschiebung wird auf eine katastrophale Reihe von Einschlägen zurückgeführt, die vor Milliarden von Jahren stattfanden. [ 11 ]

Unterscheidungen und Abgrenzungen

Die Polwanderung sollte nicht mit der Präzession verwechselt werden , bei der sich die Erdachse verschiebt, d. h. der Nordpol zeigt zu einem anderen Stern. Kleinere und schnellere Veränderungen der Erdachse werden als Nutation bezeichnet . Die Präzession wird durch die Gravitationsanziehung von Mond und Sonne verursacht und findet ständig und viel schneller statt als die Polwanderung. Sie führt nicht zu einer Änderung der geografischen Breite (sondern zu einer Änderung der Bahnneigung der Sterne).

Die wahre Polwanderung ist von der Kontinentaldrift zu unterscheiden , bei der sich verschiedene Teile der Erdkruste aufgrund von Zirkulationen im Erdmantel in unterschiedliche Richtungen bewegen . Aufgrund der Plattentektonik kann die Polwanderung, wie sie von einem einzelnen Kontinent aus beobachtet wird, von der wahren Polwanderung abweichen (siehe auch scheinbare Polwanderung ).

Dieser Effekt sollte ferner nicht mit dem als geomagnetische Umkehrung bekannten Effekt verwechselt werden, der die wiederholte, nachgewiesene Umkehrung des Erdmagnetfelds beschreibt .

Rekonstruktionen tektonischer Platten

Rekonstruktionszeit bei 540 Ma im Vergleich zum Paläomagnetismus

Paläomagnetismus wird zur Rekonstruktion tektonischer Platten eingesetzt , indem die Paläobreite eines bestimmten Ortes bestimmt wird. Diese Paläobreite wird sowohl von der Polwanderung als auch von der Plattentektonik beeinflusst . Um die Geschichte der Plattentektonik zu rekonstruieren, benötigen Geologen eine Reihe datierter paläomagnetischer Proben. Da die Polwanderung ein globales Phänomen ist, tektonische Bewegungen jedoch plattenspezifisch sind, ermöglichen mehrere Datierungen die Trennung der tektonischen Signale von denen der Polwanderung.

Siehe auch

Referenzen

  1. ^ Gold, T. (1955). „Instabilität der Erdrotationsachse“. Nature . doi : 10.1038/175526a0 .
  2. ^ Matsuyama, Isamu; Nimmo, Francis; Mitrovica, Jerry X. (2014). „Planetare Neuorientierung“. Annu. Rev. Planet Erde. Wissenschaft . doi : 10.1146/annurev-earth-060313-054724 .
  3. ^ Gold, T. (1955). „Instabilität der Erdrotationsachse“. Nature . doi : 10.1038/175526a0 .
  4. ^ Patočka, V. (2021). „Wahre Polwanderung auf dynamischen Planeten: Näherungsverfahren versus vollständige Lösung“. J. Geophys. Res. Planets . arXiv : 2105.00753 . doi : 10.1029/2021JE006948 .
  5. ^ Matsuyama, Isamu; Nimmo, Francis; Mitrovica, Jerry X. (2014). „Planetare Neuorientierung“. Annu. Rev. Planet Erde. Wissenschaft . doi : 10.1146/annurev-earth-060313-054724 .
  6. ^ Patočka, V.; Kihoulou, M. (2023). „Dynamische Neuorientierung von gezeitenverriegelten Körpern: Anwendung auf Pluto“. Earth Planet. Sci. Lett . arXiv : 2212.00880 . doi : 10.1016/j.epsl.2023.118270 .
  7. Steinberger, Ross N.; Thissen, Christopher J.; Evans, David A. D.; Slotznick, Sarah P.; Coccioni, Rodolfo; Yamazaki, Toshitsugu; Kirschvink, Joseph L. (2008). „Absolute Plattenbewegungen und wahre Polwanderung in Abwesenheit von Hotspot-Spuren“. Nature . 452 ( 7187): 620–623 . Bibcode : 2008Natur.452..620S . doi : 10.1038 / nature06824 . PMID 18385737. S2CID 4344501 .  
  8. ^ Mitchell, Bernhard; Torsvik, Trond H. (2021). „Eine wahre Polwanderungsoszillation in der späten Kreidezeit“ . Nature Communications . 12 (1): 3629. Bibcode : 2021NatCo..12.3629M . doi : 10.1038/s41467-021-23803-8 . PMC 8206135. PMID 34131126 .  
  9. ^ Zhiyu Yi et al. (Okt. 2019). „Ein echter Auslöser der Polwanderung für die große jurassische Aridisierung Ostasiens“ . Geology . 47 (12): 1112–1116 . Bibcode : 2019Geo....47.1112Y . doi : 10.1130/G46641.1 . S2CID 210309183 . 
  10. ^ Ron Cowen (7. Juni 2008). „Ein wankelmütiger Mond“ . Science News . 173 (18). Archiviert vom Original am 4. November 2011. Abgerufen am 29. Mai 2008 .
  11. ^ Kate Taylor (11. Oktober 2011). „Durch mehrere Kollisionen umgekippt“ . TG Daily . Archiviert vom Original am 26. Januar 2012. Abgerufen am 29. Februar 2012 .