人類社會的快速發展對地球的影響越來越大，除了環境汙染和全球氣候變遷等這些有目共睹的影響之外，最近，科學家們還發現，就連人類抽取地下水的行為都對地球造成了顯著影響： 在1993年至2010年間，地球自轉軸偏移了大約80厘米！
自轉軸是什麽？
要解釋人類抽取地下水的行為是如何讓地球自轉軸偏移的，我們可能需要重新復習一下初中地理知識——自轉軸。
地球上的晝夜交替現象是由地球自轉導致的，為了在科學觀察中定量描述和分析地球自轉現象，科學家們假想出一個軸線，它貫穿地球南北兩個極點，大致來說，地球就是圍繞這根軸線中心不斷自轉的。以地球儀為例，地球是斜躺著的，其南北極點被一根軸線貫穿，稍微撥弄一下，地球儀就會圍繞它旋轉。
地球儀。圖片來源：圖蟲創意
但實際情況遠比地球儀這種簡化模型復雜很多，真實的地球在自轉時，其自轉軸是會天然擺動的。
這麽說可能有點抽象，我們可以用陀螺來類比一下。大家在抽陀螺的時候，陀螺會大致圍繞其中心軸（這也是一個假想出來的軸）旋轉，在旋轉中其軸線會不斷左右搖晃。
地球的自轉軸就是這樣，只不過地球的自轉速度遠遠慢於陀螺，且地球體積也極為巨大，這就導致地軸的實際偏移速度比較緩慢。
陀螺的自轉軸非常明顯。圖片來源：維基百科
也正是由於地球自轉軸的這種不斷移動（也就是極移），給科學家的大地測量工作帶來了很大不便： 座標系本身都在動，座標系內的點自然也就沒辦法用固定的（X，Y）值來表示了。
為了解決這一點，科學家們根據1900年的極點平均位置，人為規定了地球自轉軸的參考軸CIO（國際協定原點），並以這個參考自轉軸為標準，繪制了極移的大致情況。
以弧秒為單位的極移和以天為時間單位的函數。圖片來源：維基百科
抽取地下水導致自轉軸偏移？
自從發現地球自轉軸會周期性偏移，科學家們就分析了極移的原因，最概括的解釋就是 地球上質素分布不均勻，導致了極移現象 。這個實驗我們用陀螺就能做：在陀螺上隨便找個位置，把小的配重塊（比如小木片、小鋼珠，甚至嚼過的口香糖等）用膠帶纏在陀螺上，再去抽陀螺，就會發現它轉的時候歪七扭八的了。
回到地球，一方面，地球本身就不是一個形狀規則的物體，這導致了地球從結構上來說，其質素分布就是不均勻的。
另一方面，地球還是一個活動的星球，星球上各種活動都會導致質素分布的不均一性。在地球內部有「地殼-地幔-地核」組成的三個圈層結構，在地球外部，大氣圈、水圈都是不斷運動著的，這些運動往往會導致地球暫時性質素分布的變化。比如地核和地幔中大型巖漿體的向上層運動，冬夏時節大氣層中氣流的相對運動（我們熟悉的西伯利亞冷空氣團就是其中之一）；再比如隨著氣候變暖導致的冰川冰蓋融化，大質素的水體流入海洋等現象。
地球的內外圈層都在活動，無論是哪一個圈層的活動都有可能導致地球質素分布不均。圖片來源：維基百科
這樣一說，抽取地下水會導致地球極移就很好理解了：人類活動從地層中抽取了大質素的地下水，並在使用地下水後，讓這些地下水中至少80%的水重新變成了地表水，並經由各種途徑（比如農業灌溉後的自然蒸發，工業和生活用途後的排汙渠道等）重回海中。 這重新分布了地球地表質素，且分布力度極大。
根據研究，在1993年至2010年之間，人類抽取的地下水總量約為2.15萬億噸，這些地下水排入海洋後導致全球海平面上升6毫米。而且更重要的是，這些被抽取的地下水絕大部份都來自北半球地區——北美、印度、中東等，這些水最終可以看作是平均分布在了全球海洋中，自然就導致了比較明顯的極移，其速度是平均每年4.36厘米，在這些年間，極點已經向東經64.16°移動了78.48厘米了。
全球地下水虧損（左）和海平面上升（右）分布圖。圖片來源：參考文獻 [1]
雖然人類從2016年以來就已經知道人類活動讓極移更大，但那時認為該變化與地下水關系不大，而是人類活動導致全球暖化，使南北極冰蓋融化。一方面冰變成水，另一方面原本壓在南北極地層之上的冰層融化後，導致地殼部份回彈，就好比彈簧被重物壓住，重物消失後彈簧會回彈一樣，這些都讓全球質素分布發生改變。
但是這次的研究卻認為，人類抽取地下水的行為其實是僅次於冰蓋融化之後的重要控制因素。
理論計算中，不考慮地下水的極移（藍虛線），考慮地下水的極移（藍實線），以及觀測到的全球極移（紅色）數值對比。圖片來源：參考文獻 [1]
極移有什麽嚴重後果？
根據目前的研究，按照當前的極移程度，其實對地球是沒多大影響的。但這僅僅是從極移對地球的影響來說， 真正嚴重的後果其實來自直接導致極移的兩個因素，冰蓋融化 的後果不必多言，如果持續下去會導致海平面上升，眾多人口密集、經濟發達的大城市都會被海水淹沒。
至於 過度抽取地下水 ，其危害程度更加深遠，可能數十萬乃至百萬年內都難以恢復。這是因為地下水並不是以一整個水體的形式存在於地下的，而是以孔隙水的形式存在於地下巖層中的，也就是說，當我們抽取地下水時，並不是從一個地下河或者地下湖中抽取的，而是從巖層孔隙中抽取的，這些孔隙中的水會富集到井中，然後被源源不斷抽取出來。
地下巖層以及巖層中的孔隙，這裏才是地下水的來源。 圖片來源：BRGM-CO2GeoNet（根據CC協定使用）
在未被抽取的時候，孔隙水實際上是巖石中的一個支撐結構。一旦孔隙水消失，巖石就相當於損失了一個支撐點，會在上面巖層的重壓之下被壓實，其孔隙自然就會變小甚至消失，這時候，就算我們再往回灌地下水，也無法讓這些孔隙恢復了。
一方面，巖層由於失去了孔隙度，變得更致密了， 就好像我們壓海綿，海綿變扁了。從宏觀上看，就會表現出地表沈降。
放眼到全世界來看，印度尼西亞的首都耶加逹，作為全球地表沈降最嚴重的城市（每年沈降17厘米），預計在海平面上升的疊加影響之下，其大部份區域可能會在2050年就完全處於海平面之下，目前印尼已經著手規劃遷都了（當然啦，地表沈降僅是遷都原因之一）。
耶加逹沈降速度圖示。圖片來源：參考文獻 [2]
另一方面，臨海城市中的地下水一旦被抽取後，孔隙變空，海水就會因此滲透到這些孔隙中補上原本淡水的位置， 於是這些地方就會出現海水入侵的情況，這將在未來很多年內嚴重影響當地的供水情況。
此外，由於有些地下水位於地層深處，其水源來自地表水的緩慢下滲，一旦抽取之後，重新補充的時間以十萬年甚至百萬年計，要是一旦被海水，或者是因抽取方式不適合等原因而汙染，就相當於我們幾乎永久性地失去了這一部份的地下水。
人類行為對地球運轉的方方面面產生了重要影響，我們在為人類文明感到自豪的同時，也需要擔憂人類和地球未來的命運了。
參考文獻
[1] Seo K W, Ryu D, Eom J, et al. Drift of Earth's pole confirms groundwater depletion as a significant contributor to global sea level rise 1993–2010[J]. Geophysical Research Letters, 2023, 50(12): e2023GL103509.
[2] Bott L M, Schöne T, Illigner J, et al. Land subsidence in Jakarta and Semarang Bay–The relationship between physical processes, risk perception, and household adaptation[J]. Ocean & Coastal Management, 2021, 211: 105775.
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