Klimatförändringarna bromsar jordens rotation – och hotar vår teknik

Smältande polarområden rubbar jordens balans

Vår planet roterar något långsammare nu än tidigare — och det beror inte längre enbart på månen och tidvattnet. Klimatet spelar en allt tydligare roll. Det som vid första anblicken verkar omärkligt visar sig enligt ny forskning vara unikt på 3,6 miljoner år och är numera så påtagligt att GPS-system, satelliter och atomur måste ta hänsyn till det.

Jorden har snurrat kring sin axel i miljarder år. Rotationen känns stabil: solen går upp och ner, och ett dygn varar 24 timmar. Ändå händer något i det enorma kugghjulssystemet som jordens inre utgör. Rotationen avtar mätbart, och accelerationen av denna process sammanfaller nu med den pågående uppvärmningen.

Smältande isar driver vatten mot ekvatorn

Kärnan i historien finner vi vid polerna. När isarna på Grönland och i Antarktis smälter strömmar enorma mängder sötvatten ut i världshaven. Denna vattenmassa stannar inte kvar vid höga breddgrader utan sprider sig mot lägre breddgrader — alltså mot ekvatorn.

Denna förskjutning förändrar massfördelningen på jorden. Planetens tyngdpunkt flyttar sig något, och jorden sväller så att säga lite upp runt ekvatorn.

Effekten påminner om en konståkare som breder ut armarna: hennes massa förflyttas längre från rotationsaxeln, hennes tröghetsmoment växer, och hon snurrar märkbart långsammare.

Exakt samma sak inträffar i planetarisk skala. Satelliter som registrerar minimala variationer i gravitationsfältet har i åratal observerat att massa systematiskt förskjuts från polerna mot mellersta breddgrader. Detta mönster stämmer överens med mätningar av havsnivåhöjning och issmältning.

Inget motsvarande exempel på 3,6 miljoner år

För att förstå hur ovanlig denna avmattning är dök forskare från universitetet i Wien och ETH Zürich ner i de geologiska arkiven. De rekonstruerade 3,6 miljoner år av klimathistoria, ända tillbaka till sen Pliocen.

I djupa havsbottensediment fann de fossila rester av bentiska foraminiferer — pyttelsmå encelliga organismer med kalkskal. Dessa skal gömmer subtila kemiska signaler som hänger samman med klimatförändringar och jordens bana runt solen.

Genom att koppla dessa signaler till astronomiska modeller kunde forskarna uppskatta variationer i dygnets längd genom tiderna. Resultatet var överraskande: den nuvarande avmattningen av jordens rotation ligger på cirka 1,33 millisekunder per sekel — högre än i samtliga varma perioder från de senaste miljonerna år.

Även under naturliga perioder med snabb upptining, då stora isar drog sig tillbaka, sträckte sig dygnet inte alls lika snabbt som nu. Den nuvarande uppvärmningen, som främst drivs av människoskapade växthusgaser, producerar alltså en signal som sticker upp över alla kända naturliga fluktuationer.

Enligt studien förlängs dygnen nu ungefär dubbelt så snabbt som under tidigare naturliga upptiningstoppar — ett tempo som inte passar in i kända mönster från den nära geologiska historien.

Modellberäkningar antyder att denna trend långt ifrån har nått sitt maximum. Om utsläppen av växthusgaser fortsätter i samma tempo kan hastigheten med vilken dygnet förlängs fördubblas igen innan detta sekels slut. I det scenariot växer klimatförändringarnas inflytande till att bli en större bromsfaktor för jordens rotation än månens tidvatteneffekt.

Varför några millisekunder betyder så mycket för teknologi

I vardagen låter en skillnad på millisekunder per sekel fullständigt obetydlig. Ingen märker att ett dygn år 2124 är en aning längre än idag. Men vår teknologi opererar med en precision som är långt skarpare än människans tidskänsla.

GPS: positionen beror på exakt timing

Det globala GPS-systemet — och motsvarande system som Galileo och GLONASS — använder satelliter som sänder tidsstämplar med en noggrannhet på nanosekunder. Mottagare på jorden använder dessa tidsstämplar för att beräkna avstånd. Ett fel på bara en millisekund i timingen resulterar i ett positionsfel på hundratals kilometer.

Därför måste konstruktörer av navigationssystem känna till jordens rotationshastighet exakt och förstå hur den förändras. Om rotationen blir mer oförutsägbar på grund av skiftande massfördelning uppstår det fel i kartor, flygnavigering, sjöfart och även i jordbruksmaskiner som ska så ett fält med centimeterprecision.

• Satellitnavigering för sjöfart och luftfart
• Självkörande bilar och avancerade körhjälpsystem
• Precisionsjordbruk med GPS-styrda traktorer
• Nödsamtalssystem som sänder exakt position
• Telekommunikationsnätverk som använder tidssignaler

Satelliter måste justera sin bana oftare

Rymdorganisationer planerar satellitbanor år till decennier framåt i tiden. I dessa beräkningar spelar jordens rotationshastighet, gravitationsfält och massfördelning en central roll. När klimatdrivna förändringar intensifieras måste uppdragsplanerare korrigera oftare.

Utan korrigeringar kan en exakt beräknad bana sakta avvika, så att instrument får svårare att träffa sitt mål, eller samarbetet mellan flera satelliter kommer ur balans. Små avvikelser ackumuleras över år till märkbar försämring av mätdata.

Atomur och skottsekunder

Den officiella tiden på jorden mäts med atomur som följer en extremt stabil rytm — det så kallade internationella atomtidssystemet, TAI. Jordens rotation däremot är underkastad naturliga oregelbundenheter och svängningar.

För att hålla de två systemen någorlunda synkroniserade har internationella tidsinstitut sedan 1972 ibland lagt till en skottsekund: en extra sekund som läggs in så att ”ursystemets tid” återigen stämmer bättre överens med jordens faktiska rotation.

Just eftersom avmattningen av jordens rotation blir mer oregelbunden på grund av klimatfaktorer blir det långt svårare att avgöra när en sådan extra sekund är nödvändig.

En oväntad eller dåligt inkalkulerad skottsekund kan skapa problem i datacenter, börsplattformar, flygledning och kommunikationsnätverk. Många av dessa system är beroende av felfria, kontinuerliga tidsserier. Varje ”hicka” i sekundräknaren kräver komplexa mjukvaruuppdateringar.

Vad som rör sig i jordens inre

Forskarna pekar på att klimatets inflytande på rotationen troligen hänger samman med andra djupa processer inne i jorden. För att förstå hela bilden är det nödvändigt att se på flera lager på en gång.

Forskarna undersöker nu hur alla dessa processer påverkar varandra. En förändring i massfördelning handlar inte bara om att ”flytta vikt” — det berör också jordens magnetfält, rotationsaxelns stabilitet och dynamiken i de djupa havsströmmarna. Detta kan i sin tur påverka klimatet och skapa en komplex växelverkan.

Vad det kan innebära för de kommande årtiondena

För den vanliga medborgaren kommer detta tillsvidare kännas som ett avlägset ämne. Ett dygn är och förblir ett dygn i praktiken. Inte desto mindre smyger sig effekterna in i våra liv på många vägar, eftersom allt mer infrastruktur är beroende av extremt exakt tids- och positionsbestämning.

Finansiella marknader synkroniserar transaktioner med atomtid, och 5G- och framtida 6G-nätverk kräver stram timing för att undvika störningar. Forskare bygger klimat- och jordbävningsmodeller på långa, oavbrutna mätserier. Varje extra veck i rotationskurvan tvingar utvecklare att löpande anpassa programvara och mätmetoder.

Den som vill göra begreppet ”dygnslängd” konkret kan tänka på en analog klocka vars sekundvisare ganska långsamt tappar rytmen. På några minuter märker man det inte, efter en vecka ser man en svag avvikelse, och efter år måste klockan plötsligt justeras markant. Något motsvarande händer med jorden — bara på en skala av århundraden.

För den som arbetar med känsliga data- eller navigationssystem kommer de kommande åren bjuda på tätare programvaruuppdateringar med ”osynliga” justeringar av tids- och positionsberäkningar. Bakom dessa uppdateringar gömmer sig inte bara en teknisk förbättring utan också en långsamt föränderlig planet som på grund av mänsklig aktivitet snurrar en aning långsammare än i tiden före den industriella revolutionen.