Något ovanligt händer med vår planet

Forskare observerar något som inte inträffat på miljontals år: klimatförändringarna påverkar faktiskt den hastighet som vår planet roterar med — och det kan mätas exakt. Du märker det inte i vardagen, men extremt noggranna instrument avslöjar att längden på ett dygn långsamt förändras.

Orsaken finns inte hos månen eller mystiska krafter ute i rymden. Den döljer sig istället i det som händer med klimatet och istäckena här på jorden.

Så bromsar smältande istäcken jordens rotationshastighet

Jorden har roterat kring sin axel i miljarder år. Rörelsen känns stabil och oföränderlig. Ändå ändras rotationshastigheten ganska subtilt — och särskilt nu, när klimatet värms upp i tidigare oöverträffad takt.

Nyckeln ligger vid polerna. När istäckena på Grönland och Antarktis smälter strömmar enorma mängder smältvatten ut i världshaven. Vattnet fördelar sig inte vid polerna utan sprider sig över alla oceaner och rör sig därmed främst mot lägre breddgrader — alltså mot ekvatorn.

Det förändrar jordens massfördelning. Planeten blir, enkelt uttryckt, något mer ”tjock” runt midjan. Det får direkta konsekvenser för rotationen. En välkänd jämförelse: en konståkare som gör en piruett. Drar hon in armarna snurrar hon snabbare. Sträcker hon ut dem sjunker farten. Jordsystemet följer exakt samma naturlag: ju mer massa som befinner sig långt från rotationsaxeln, desto långsammare blir omdrevshastigheten.

Den accelererande issmältningen förflyttar så stora mängder massa mot ekvatorn att jordens rotation påvisbart bromsas.

Denna process har pågått sedan den senaste istiden, men den nuvarande hastighet med vilken is försvinner och vatten omfördelas är utan motstycke. År efter år tillförs miljarder ton sötvatten till oceanerna. Precisionssatelliter visar att tyngdkraftsfördelningen förändras mätbart och att jordens form långsamt skiftar.

En förändring som inte setts på 3,6 miljoner år

För att förstå hur extraordinärt det här är tittade forskare från universitetet i Wien och ETH Zürich 3,6 miljoner år tillbaka i tiden — ända till sen Pliocen.

De använde fossila rester av mikroskopiska havsorganismer som kallas bentiska foraminiferer. Dessa encelliga varelser bygger upp kalkskal som efter deras död sjunker till havsbottnen. I dessa skal finns information lagrad om tidigare klimatförhållanden och små variationer i jordens ban- och rotationsparametrar.

Genom att kombinera dessa data med astronomiska modeller kunde forskarna uppskatta hur dygnslängden varierade historiskt. Slutsatsen är anmärkningsvärd: för närvarande förlängs dygnet med cirka 1,33 millisekunder per århundrade. Det kan låta obetydligt, men i geologiskt sammanhang är det häpnadsväckande snabbt.

Enligt undersökningen är det nuvarande tempot för förlängning av dygnet högre än under alla naturliga klimatsvängningar de senaste 3,6 miljoner åren. Även under tidigare varma perioder, när stora istäcken smälte av naturliga orsaker, gick det inte på långt när lika snabbt.

Dagarna blir nu ungefär dubbelt så fort längre som under de mest intensiva naturliga upptiningssfaserna i den nära geologiska historien.

Om växthusgasutsläppen förblir på nuvarande nivå förväntar sig forskarna att processen accelererar ytterligare. Före slutet av detta århundrade kan förlängningen av dygnet per århundrade fördubblas. Vid det tillfället kommer klimatförändringarna att utgöra en större drivkraft för rotationsförändringar än månens tidvatteneffekt, som normalt styr takten.

Varför några millisekunder kan störa vår teknologi

Du oroar dig förmodligen inte för att ett dygn om hundra år är en bråkdel av ett millisekund längre. Men ett flertal teknologier är beroende av just den sortens precision — och de märker det.

GPS och navigation: position beror på perfekt tidsregistrering

En GPS-mottagare i din telefon eller bil bestämmer din position genom att mäta skillnaden i ankomsttid för signaler från flera satelliter. Dessa satelliter använder extremt precisa atomur. Ett minimalt tidsfel resulterar redan i meters avvikelse i positionsangivelsen.

När jordens rotation förändras förskjuts förhållandet mellan den officiella atomursdefinierade tiden och planetens faktiska rotation. Lokala tidszoner, navigation och satellitbanor är alla kopplade till förutsättningar om jordens rotation. Forskare övervakar konstant dessa förändringar och inkorporerar korrigeringar i navigationssystemen, men det kräver allt mer komplexa modeller.

Satelliter i ett skiftande referenssystem

Rymdorganisationer och kommersiella satellitoperatörer beräknar banor och manövrar utifrån jordens tyngdkraftsfördelning och rotation. När massan förflyttas och planeten roterar något långsammare ändras det referenssystem i vilket satelliterna rör sig.

Det tvingar uppdragsplanerare att oftare beräkna om och korrigera kurserna. För vetenskapliga satelliter som mäter minimala variationer i tyngdkraft, havsnivå eller atmosfär kan ett litet beräkningsfel på sikt få stora konsekvenser för datasäkerheten.

Atomtid och skottsekunder under press

Sedan 1972 har tidsinstitut regelbundet lagt till en så kallad skottsekund till den officiella världstiden. Denna extra sekund korrigerar skillnaden mellan de extremt stabila atomuren och jordens lätt svängande rotation.

Om rotationen förändras på ett oregelbundet sätt på grund av klimatförändringarna blir det svårare att förutse när en skottsekund är nödvändig. Internationella tidsorganisationer har i åratal debatterat om de överhuvudtaget bör fortsätta med detta system, eftersom allt mer digital infrastruktur är känslig för oväntade extra sekunder.

Även små avvikelser i jordens rotation tvingar ingenjörer världen över att revidera sitt tidsmått och beräkningssystem.

Vad mer som kan förskjutas i jordsystemet

Inbromsningen av rotationen är bara ett uttryck för en större bild: den samlade fördelningen av vatten, is och bergarter på jorden omfördelas. Det kan få härledda effekter på andra delar av jordsystemet.

Magnetfältet: förändringar i rotation och massfördelning kan ha en subtil inverkan på strömningar i den flytande yttre kärnan, där magnetfältet uppstår.
Djupa havsströmmar: tyngdkraftsfältets form medbestämmer djuphavströmmars vägar, som i sin tur påverkar klimat och kollagring.
Jordaxelns stabilitet: när massan förskjuts förändras det så kallade tröghetsmomentöt, vilket kan leda till långsamma variationer i jordaxelns lutning.

Forskare använder nu kombinerade dataset från satelliter, havsbojar, tyngdkraftsmätningar och geologiska arkiv för att kartlägga sambandet mellan alla dessa processer. Undersökningen av dygnsförlängningen utgör en pusselbit som plötsligt blivit mycket tydligare.

Därför räcker denna historia långt bortom en kuriositet

För många människor framstår en förlängning på 1,33 millisekunder per århundrade som en detalj man lätt förbiser. Men fenomenet illustrerar med skarp precision hur djupt mänsklig aktivitet griper in i ett till synes stabilt system.

Klimatförändringar diskuteras normalt i termer som temperatur, nederbörd och havsnivå. Detta ämne träffar dock något mer grundläggande: sättet som vår planet roterar på. Det gör det konkret att förbränning av fossila bränslen och storskalig markanvändning inte bara förändrar livet på ytan utan också de fysiska egenskaperna hos hela jordklotet.

För ingenjörer, dataforskare och designer av satellitsystem innebär det att de måste ta hänsyn till långsamma trender som tidigare säkert kunde ignoreras. Programvara för navigation, finansiell handel och telekommunikation vilar alla på samma tids- och positionsnätverk. En algoritm som redan nu bygger in marginaler för variationer i jordens rotation förebygger framtida fel och haverier.

För den breda allmänheten hjälper denna berättelse till att se begreppet ”klimatpåverkan” i ett nytt ljus. Det är inte bara korallrev, glaciärer och jordbruksområden som är under press — även längden på vår dag förskjuts i takt med utsläppskurvorna. Det är inte ett domedagsscenarion, men en tydlig signal om att de fysiska ramarna för vår tillvaro är långt mindre fasta än de ser ut att vara.