Forskare registrerar något som inte hänt på miljontals år

I vardagen känner du ingenting – men extremt exakta mätningar visar att en dygns längd sakta förändras. Orsaken är varken månen eller mystiska kosmiska krafter. Det handlar om vad klimatet och isarna gör med vår planet.

Hur smältande isar påverkar jordens rotationshastighet

Jorden har roterat kring sin egen axel i miljarder år. Rotationen känns stabil och pålitlig. Ändå förändras hastigheten ganska subtilt – och särskilt nu, när klimatet värms upp i aldrig tidigare skådad takt.

Nyckeln finns vid polerna. När isarna på Grönland och Antarktis smälter, strömmar enorma mängder smältvatten ut i världshaven. Vattnet fördelar sig inte prydligt vid polerna, utan sprider sig över alla hav och rör sig främst mot lägre breddgrader – alltså mot ekvatorn.

Det förändrar jordens massfördelning. Planeten blir, enkelt uttryckt, lite mer utbuktad runt mitten. Det får direkta konsekvenser för rotationen. En välkänd jämförelse: en konståkare i en piruett. Drar hon in armarna, snurrar hon snabbare. Sträcker hon ut dem, sjunker hastigheten. Jordens system följer samma naturlag – mer massa längre från axeln innebär lägre rotationshastighet.

Den accelererade issmältningen förflyttar så mycket massa mot ekvatorn att jordens rotation påvisbart bromsas.

Denna process har pågått sedan den senaste istiden, men den nuvarande hastigheten med vilken is försvinner och vatten omfördelas är unik. År efter år tillförs miljarder ton extra sötvatten till oceanerna. Precisionssatelliter dokumenterar att tyngdkraftsfördelningen förändras mätbart, och att jordens klotform långsamt skiftar.

En förändring som inte skett på 3,6 miljoner år

För att förstå hur ovanligt detta är, gick forskare från universitetet i Wien och ETH Zürich tillbaka i tiden. Inte bara några hundra eller tusen år, utan 3,6 miljoner år – hela vägen tillbaka till sen Pliocen.

De använde fossila rester av bittesmå havsinvånare: bentiska foraminiferer. Dessa encelliga organismer bygger kalkskal som efter deras död sjunker till havsbotten. I skalen finns information lagrad om tidigare klimatförhållanden och subtila variationer i jordens ban- och rotationsparametrar.

Genom att koppla dessa data till astronomiska modeller kunde forskarna uppskatta hur dygnslängden varierade förr. Resultatet är anmärkningsvärt: just nu förlängs dygnet med cirka 1,33 millisekunder per århundrade. Det låter obetydligt, men i geologiska termer är det påfallande snabbt.

Enligt undersökningen är det nuvarande tempot för förlängning av dygnet högre än under alla naturliga klimatväxlingar under de senaste 3,6 miljoner åren. Även under tidigare varma perioder, när stora isar smälte naturligt, gick det inte lika fort som nu.

Dygnen blir nu ungefär dubbelt så snabbt längre som under de mest intensiva naturliga upptiningsfaserna i den nära geologiska historien.

Om utsläppen av växthusgaser förblir på nuvarande nivå, förväntar sig forskarna att processen intensifieras ytterligare. Innan detta århundrade är slut kan förlängningen av dygnet per århundrade fördubblas. Det skulle göra klimatförändringarna till en viktigare faktor för rotationen än månens tidvattenpåverkan, som normalt sätter tempot.

Varför några millisekunder kan få vår teknologi att spåra ur

Du förlorar inte sömnen över att ett dygn om hundra år är en bråkdel av ett millisekund längre. Men flera teknologier är beroende av precis den sortens precision – och de system som arbetar med exakta tidssignaler märker det redan.

GPS och navigering: position hänger på perfekt timing

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 exakta atomur. En minimal tidsskillnad ger redan en avvikelse på flera meter.

När jordens rotation förändras, ändras förhållandet mellan den officiella tiden – definierad av atomur – och planetens faktiska rotation. Lokala tidszoner, navigering och satellitbanor är alla kopplade till antaganden om jordens rotation. Forskare övervakar kontinuerligt dessa förändringar och integrerar korrigeringar i navigationssystemen, men det kräver allt mer komplexa modeller.

Satelliter i ett glidande referenssystem

Rymdorganisationer och kommersiella satellitoperatörer beräknar banor och manövrar utifrån jordens tyngdkraftsfördelning och rotation. När massa förflyttas och planeten roterar lite långsammare, förändras det referenssystem som satelliterna rör sig i.

Uppdragsplanerare måste därför beräkna och justera oftare. För vetenskapliga satelliter – som mäter minimala variationer i tyngdkraft, havsnivå eller atmosfär – kan även ett litet beräkningsfel på sikt få stora konsekvenser för datatillförlitligheten.

Atomtid och skottsekunder under press

Sedan 1972 har tidsinstitut ibland lagt till en skottsekund till den officiella världstiden. Den extra sekunden korrigerar skillnaden mellan de extremt stabila atomoruren och jordens lite ojämna rotation.

Om rotationen förändras på ett oregelbundet sätt på grund av klimatförändringar, blir det svårare att förutsäga när en skottsekund behövs. Internationella tidsorganisationer har i åratal debatterat om de överhuvudtaget ska fortsätta med systemet, eftersom allt mer digital infrastruktur är sårbar för oväntade extra sekunder.

Även små avvikelser i jordens rotation tvingar ingenjörer världen över att revidera sina tidsbaser och beräkningssystem.

Vad mer som kan förskjutas i jordsystemet

Rotationsbromsen är bara ett uttryck för en större bild: den totala massfördelningen av vatten, is och bergarter på jorden omfördelas. Det kan få konsekvenser för andra delar av jordsystemet.

Magnetfält: förändringar i rotation och massfördelning kan påverka strömmarna i den flytande yttre kärnan, där magnetfältet uppstår.
Djupa havsströmmar: tyngdkraftsfältets form är medbestämmande för djuphavsströmmarnas förlopp, som i sin tur påverkar klimatet och kollagringen.
Jordaxelns stabilitet: när massa förflyttas, förskjuts även det så kallade tröghetsmomentet, vilket kan leda till långsamma variationer i jordaxelns orientering.

Forskare använder nu kombinerade dataset från satelliter, havbojar, tyngdkraftsmätningar och geologiska arkiv för att kartlägga hur dessa processer hänger ihop. Undersökningen av dygnsförlängningen utgör en pusselbit som plötsligt blivit mycket tydligare.

Därför sträcker sig denna historia långt bortom en kuriositet

För de flesta känns en förlängning på 1,33 millisekunder per århundrade som en detalj man gott kan bortse från. Men fenomenet visar med stor tydlighet, hur djupt mänsklig aktivitet griper in i ett till synes stabilt system.

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

För ingenjörer, dataforskare och designers av satellitsystem betyder det att de måste ta hänsyn till långsamma trender som tidigare tryggt kunde ignoreras. Programvara för navigering, 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 historia till att se begreppet ”klimatpåverkan” med nya ögon. Det är inte bara korallrev, glaciärer och jordbruksområden som är under press – även längden på vårt dygn förskjuts i takt med utsläppsgraferna. Det är inte ett domedagsscenario, men det är en tydlig signal om att de fysiska ramar vi lever inom är långt mindre fasta än de verkar vara.