过去20年整个地球倾斜了0.8米，科学家发现是人类抽水太多

　　当你拧开水龙头接一杯水时，很难想象这个简单动作的累积效应竟然能够撬动整个地球。但2023年发表在《地球物理研究快报》上的一项突破性研究揭示了一个令人震惊的事实：从1993年到2010年的17年间，人类抽取了超过2.15万亿吨地下水，这些水最终流入海洋，导致地球自转轴向东偏移了约80厘米。

　　这是人类第一次通过直接改变地表质量分布，而非间接的气候效应，对地球的基本物理参数产生了可测量的影响。韩国首尔大学的地球物理学家徐基元领导的研究团队发现，在影响地球自转轴偏移的所有因素中，地下水抽取的贡献仅次于冰川融化，甚至超过了大型水库蓄水的影响。

　　地球的自转轴并非固定不变，而是会发生被称为"极移"的现象——即地球自转轴相对于地壳本身的位置发生变化。从天文观测的角度看，这意味着北极和南极的地理位置会缓慢漂移。自20世纪初科学家开始系统观测以来，地极已经向东偏移了约4米。这种漂移主要由地球内部的地幔对流、地核的运动以及地表质量的重新分布引起。在自然因素中，冰川融化和海洋环流变化是主要驱动力。但随着人类活动规模的不断扩大，我们开始在地球物理过程中留下可检测的印记。

　　从模型失配到重大发现

　　徐基元团队最初的研究目标是建立一个完整的极移模型，解释观测到的自转轴变化。他们首先考虑了冰川和冰盖融化，但模型预测结果与实际观测存在显著偏差。接着他们又引入了大型水库的影响，然而即便考虑了这些因素，模型依然无法完全解释观测数据。转折点出现在研究团队决定纳入地下水开采数据的时候。结果显示，这17年间全球累计抽取了约2.15万亿吨地下水。当研究团队将这一数据输入模型后，计算结果突然与观测数据高度吻合。

　　更重要的是，研究揭示了地下水抽取对极移的影响与其地理位置密切相关。在中纬度地区，特别是北纬30度到50度之间，地下水抽取对极移的影响最为显著。不幸的是，全球最主要的地下水开采区恰恰集中在这些中纬度地带——印度西北部、美国西部、中国华北平原以及中东地区都是地下水严重超采的热点区域。

　　研究数据显示，从1993年到2010年，印度西北部地区抽取了约4000亿吨地下水，这是全球地下水超采最严重的区域。美国西部地区，特别是加利福尼亚中央谷地和德克萨斯州，同期抽取了约3000亿吨地下水。研究团队计算发现，这些中纬度地区的地下水抽取导致地球自转轴以每年约4.36厘米的速度向东经64.16度方向漂移，从1993年到2010年累计偏移距离达到约78.5厘米。

　　转动确实很复杂，转动的陀螺还会产生进动。图片来源：wikipedia

　　值得注意的是，地下水抽取导致的海平面上升也是一个不容忽视的问题。研究估算，1993年至2010年间，地下水转移导致全球海平面上升了约6.24毫米。虽然这个数字看似不大，仅占同期海平面总上升量的约6%，但它代表了一个此前被低估的贡献源。传统的海平面上升归因分析主要关注热膨胀和冰川融化，而地下水的贡献往往被忽略。

　　从天文观测反推水文历史

　　这项研究的一个令人兴奋的副产品是，它为反向推算历史上的地下水变化提供了可能。自19世纪以来，天文学家就开始精确记录地球自转轴的变化。研究人员提出，如果能够建立更精确的模型，将冰川融化、地壳构造运动等自然因素的影响剔除，就有可能从历史天文数据中反推出过去一个多世纪人类地下水开采的总量和空间分布。

　　研究者比较了观测到的极移（红色箭头）与没有考虑（蓝色虚线箭头）和考虑了（蓝色箭头）地下水影响的建模结果。图片来源：Seo, K.-W., Ryu, D., Eom, J., Jeon, T., Kim, J.-S., Youm, K., et al. (2023). Drift of Earth's pole confirms groundwater depletion as a significant contributor to global sea level rise 1993–2010. Geophysical Research Letters, 50, e2023GL103509.

　　这种反推方法具有重要的科学价值。目前关于20世纪早期全球地下水开采的数据非常有限，许多地区根本没有系统的统计记录。通过极移数据反推，可以估算出不同地区不同时期的地下水消耗情况，这对于评估长期水资源变化趋势、理解区域水文循环演变以及制定可持续水资源管理政策都具有重要意义。

　　一个自然的问题是：80厘米的自转轴偏移是否会对地球环境或人类社会产生实际影响？答案是否定的——至少在目前的尺度上。地球自转轴本身每年的自然漂移幅度就可以达到数米，相比之下，地下水抽取导致的偏移虽然显著到可以被测量，但还不足以对气候模式、季节变化或天文导航产生实质性影响。

　　但这并不意味着我们可以对此掉以轻心。地下水超采本身就是一个严重的环境问题。全球许多地区的地下水位正在快速下降，含水层正在枯竭。在一些地区，地下水位已经下降了数十米，导致地表沉降、土地盐碱化、生态系统退化等一系列问题。地下水是许多干旱和半干旱地区唯一的淡水来源，一旦耗尽将对当地居民的生存构成威胁。从这个角度看，地下水抽取导致的极移更像是一个警示信号——它以一种出人意料的方式提醒我们，人类活动的规模已经大到足以影响整个地球系统的基本物理参数。

　　这项研究也凸显了地球系统的高度关联性。我们曾经认为，人类活动主要通过温室气体排放等化学途径影响地球环境，但现在我们发现，即便是最基本的物理过程——地球的自转——也无法免受人类活动的影响。从某种意义上说，人类已经成为了一种地质营力，能够在全球尺度上重塑地球的质量分布和动力学特征。这种认识应该促使我们更加谨慎地对待与地球系统的互动，在追求发展的同时，也要充分考虑到行为的长期和系统性后果。当我们每次打开水龙头时，或许应该记住：这些水不仅维持着我们的生活，也在悄然改变着我们脚下这颗行星的物理特性。