En förändring du inte märker, men som vetenskapen tydligt registrerar
Det påverkar varken din arbetsdag eller cykeltur. Ändå dokumenterar forskare en förändring som är enastående på geologisk skala. Det uppvärmda klimatet omfördelar enorma vattenmängder, förändrar jordens form och får till och med vår tidmätning att gradvis tappa takten.
Smältande inlandsisar bringar jorden ur balans
Kärnan i historien ligger inte ute i rymden, utan i isen. De grönländska och antarktiska inlandsisarna förlorar varje år kolossala mängder massa. Detta smältvatten hamnar i världshaven och rör sig från polerna mot lägre breddgrader.
Denna förskjutning ändrar fördelningen av jordens vikt. Mer massa hamnar längre från rotationsaxeln, närmare ekvatorn. Planeten sväller bokstavligt talat lite där, som om en extra ring pumpas upp runt dess mitt.
Fysiken bakom detta motsvarar en konståkares rörelser:
- med armarna tätt intill kroppen snurrar hon snabbt
- sträcker hon ut armarna, sjunker hennes rotationshastighet
Jorden fungerar i grunden på samma sätt. När massan placeras längre från rotationsaxeln, ökar det så kallade tröghetsmomentet. Energibalansen förblir oförändrad, och därför sänks rotationshastigheten.
Människan accelererar en naturlig process så kraftigt att jordens rotation nu bromsar in snabbare än under de varmaste perioderna de senaste miljon åren.
En unik avvikelse i 3,6 miljoner års jordhistoria
Forskare från universitetet i Wien och ETH Zürich har grävt djupt i jordens rotationshistoria. De rekonstruerade cirka 3,6 miljoner år med klimat- och rotationsdata, från sen pliocen fram till idag.
De gjorde det inte med gamla klockor, utan med hjälp av fossila mikroorganismer från havsbottensediment kallade bentiska foraminiferer. Deras kalkskal registrerar subtila förändringar i jordens bana och lutning. Genom att avläsa dessa mönster och kombinera dem med astronomiska modeller kan man beräkna hur lång en dag var då.
Ur denna pusselbitsanalys framträder en tydlig trend. Forskarna beräknade att dygnets längd för närvarande ökar med cirka 1,33 millisekunder per sekel. Det låter obetydligt, men för geofysiker är det en markant avvikelse.
Enligt studien förlängs dygnen idag ungefär dubbelt så snabbt som under tidigare naturliga perioder med kraftig avsmältning. Ingen varm period de senaste 3,6 miljoner åren har visat en så stark effekt på rotationen.
Och processen accelererar. Om utsläppen av växthusgaser förblir på nuvarande nivå, kan denna inbromsning nästan fördubblas ytterligare innan slutet av detta sekel. Klimatet blir då den dominerande faktorn i inbromsningen av jordens rotation, viktigare än exempelvis månens tidvatteneffekt.
Vad betyder ett millisekund i vardagen?
Ett extra millisekund per sekel kan du naturligtvis inte märka på din väckarklocka. Trots detta är en stor del av vår teknologi beroende av extremt precisa tidmätningar. En minimal skillnad i jordens rotation kan gradvis skapa problem här.
GPS: navigation på en vaggande klocka
Det globala GPS-systemet bygger på atomklockor i satelliter. Dessa klockor går nästan perfekt synkront och är kopplade till jordens rotation. När planeten snurrar långsammare, driver dessa två tidstyper isär: atomtiden och jordtiden.
Ett fel på bara några miljarddelar av ett sekund kan redan leda till avvikelser på flera meter i positionsbestämningen. För en vandringstur gör det inte så stor skillnad, men för:
- flygplan som landar automatiskt
- fartyg som manövrerar i smala farleder
- självkörande fordon
- lantmätare och byggprojekt som arbetar på millimeternivå
kan en sådan avvikelse på sikt bli problematisk. Därför genomför rymdorganisationer och navigationstjänster löpande korrigeringar, och dessa justeringar måste i allt högre grad ta hänsyn till klimateffektens inverkan på rotationen.
Satelliter och rymduppdrag: kursjustering
Även för satelliter i omloppsbana runt jorden spelar den precisa rotationen en roll. Deras banor och hastigheter beräknas i relation till planetens mass- och tyngdkraftsfördelning.
När massa förskjuts från polerna mot ekvatorn, förändras tyngdkraftsfältet något. Banor beräknade årtionden framåt i tiden blir då mindre precisa. Rymdorganisationer tvingas därför allt oftare justera och uppdatera sina modeller utifrån de senaste mätningarna.
Även nanometerskillnader i jordens tyngdkraftsfält är nu mätbara och ingår i planeringen av satellitbanor.
Världstid och skottsekunder i kaos
Vår officiella världstid, UTC, fastställs utifrån atomklockor som är så stabila att de knappt avviker under miljoner år. Jordens rotation gungar däremot, bland annat på grund av tidvatten, jordbävningar och nu den accelererade issmältningen.
För att hålla skillnaden mellan atomtid och faktisk rotation inom acceptabla gränser tillägger tidsinstitut då och då en skottsekund. Sedan 1972 har det skett åtskilliga gånger. Den nuvarande oregelbundna inbromsningen till följd av klimatet gör detta allt svårare att planera. På lång sikt diskuterar länder och institut till och med om de bör upphöra med skottsekunder, eftersom digitala system hanterar dem dåligt.
Djupare konsekvenser för jord och klimat
Den accelererande inbromsningen påverkar inte bara vår teknologi, utan väcker också grundläggande frågor om jordsystemet som helhet. När massa förskjuts i stor skala, förändras mer än bara rotationshastigheten.
| Område | Möjlig inverkan av massförskjutning |
|---|---|
| Magnetfält | Förändringar i den inre strömningen i jordens kärna kan på lång sikt påverka magnetfältet. |
| Havsströmmar | Förändrad tyngdkrafts- och vattenfördelning kan påverka djupa havsströmmar och havsnivåmönster. |
| Rotationsaxel | Jordens axel kan förskjutas något, vilket i sin tur får konsekvenser för regionala klimatmönster. |
Forskare undersöker nu om den snabba förskjutningen av vattenmängder hänger samman med uppmätta förändringar i rotationsaxeln. Denna ”vacklan” av jorden i förhållande till stjärnhimlen visar sig ha förändrats markant de senaste årtiondena.
Mer än en fysikalisk kuriositet
De flesta människor förknippar klimatförändringar med värmeböljor, smältande glaciärer och stigande havsnivåer. Att människan nu också mätbart påverkar rotationen av hela planeten ger en ny känsla av skala och visar hur djupt de pågående förändringarna räcker.
För beslutsfattare och ingenjörer är detta långt ifrån ett abstrakt problem. Nya generationer av infrastruktur – tänk på autonom sjöfart, kvantnavigering eller stora konstellationer av kommunikationssatelliter – bygger på antaganden om tid och rum som måste göras allt mer precisa.
För den som undrar om ett millisekund verkligen gör någon skillnad, kan en jämförelse hjälpa. De moderna finansmarknaderna handlar för miljarder i delar av millisekunder. Radioastronomer kombinerar signaler från teleskop på olika kontinenter med noggrannheter ner till pikosekunder. I dessa världar räknas varje enda tickande.
Forskningen kastar dessutom ljus över begrepp som ofta dyker upp i detta sammanhang. Tröghetsmoment beskriver hur svårt det är att ändra ett objekts rotationshastighet, beroende på massfördelningen. Atomtid är den ultrastabila tidsskalan baserad på atomers svängningar, medan världstid försöker följa jordens faktiska rotation. Den nuvarande klimatförändringen tvingar alla dessa storheter att ställas mot varandra på nytt, och gör därmed planeten själv till ett slags jättelikt, men lätt vackligt, ur.
