Något forskare inte sett på miljontals år
I vardagen känner du ingenting — men ändå avslöjar extremt exakta mätningar att längden på ett dygn sakta förskjuts. Orsaken är varken månen eller mystiska kosmiska krafter, utan snarare det som händer med klimatet och istäckena på vår planet.
Forskare observerar nu något som inte inträffat på miljoner år: klimatförändringarna påverkar faktiskt jordens rotationshastighet på ett mätbart sätt.
Så påverkar smältande istäcken jordens rotationshastighet
Jorden har roterat kring sin axel i miljarder år. Den rotationen känns stabil och tillförlitlig. Ändå förändras hastigheten helt subtilt — och det sker särskilt nu, när klimatet värms upp i en aldrig tidigare skådad takt.
Nyckeln finns vid polerna. När istäckena på Grönland och Antarktis smälter, strömmar enorma mängder smältvatten ut i världshaven. Detta vatten fördelar sig inte snällt vid polerna, utan sprider sig istället över alla hav och rör sig främst mot de lägre breddgraderna runt ekvatorn.
Det förändrar jordens massfördelning. Planeten blir helt enkelt lite ”rundare” om magen. Det får direkta konsekvenser för rotationen. En välkänd jämförelse är konståkaren i en piruett: drar hon in armarna, snurrar hon snabbare. Sträcker hon ut dem, sjunker rotationshastigheten. Jordens system reagerar på exakt 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 slutet av den senaste istiden, men den nuvarande hastigheten med vilken is försvinner och vatten omfördelas är fullständigt enastående. År efter år tillförs miljarder ton extra sötvatten till världshaven. Precisionssatelliter visar att gravitationsfördelningen förändras mätbart, och att jordens klotform långsamt förskjuts.
En förändring som inte skett på 3,6 miljoner år
För att förstå hur ovanligt detta är, tittade forskare från universitetet i Wien och ETH Zürich tillbaka i tiden. Inte bara några hundra eller tusen år, utan hela 3,6 miljoner år — helt tillbaka till sen pliocen.
De använde fossila rester av bittesmå havsorganismer: bentiska foraminiferer. Dessa encelliga varelser bygger kalkskal som efter deras död sjunker ner till havsbotten. I skalen finns information om tidigare klimatförhållanden och subtila variationer i jordens ban- och rotationsparametrar.
Genom att koppla dessa data till astronomiska modeller kunde forskarna uppskatta hur dygnets längd varierade förr i tiden. Slutsatsen är anmärkningsvärd: för närvarande förlängs dygnet med cirka 1,33 millisekunder per sekel. Det låter obetydligt, men i geologiskt sammanhang är det häpnadsväckande snabbt.
Enligt undersökningen är det nuvarande tempot för dygnsförlängningen högre än under alla naturliga klimatsvängningar under de senaste 3,6 miljoner åren. Även under tidigare varma perioder, när stora istäcken smälte naturligt, gick det inte så fort som nu.
Dygnen blir nu cirka två gånger så snabbt längre som under de mest intensiva naturliga upptiningsfaserna i den närliggande geologiska historien.
Om utsläppen av växthusgaser förblir på nuvarande nivå, förväntar sig forskarna att denna utveckling kommer att förstärkas ytterligare. Innan detta sekel är slut kan dygnets förlängning per sekel ungefär fördubblas. Vid den tidpunkten kommer klimatförändringarna att utgöra en större faktor för jordens rotation än månens tidvattenpåverkan, som normalt styr takten.
Varför några få millisekunder kan förvirra vår teknik
Du tappar inte sömnen över att ett dygn om hundra år är en bråkdel av ett millisekund längre. Men otaliga teknologier är beroende av just denna precision. Det gäller särskilt system som arbetar med exakta tidssignaler.
GPS och navigering: positionen 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. Även en minimal tidsskillnad ger redan en avvikelse på flera meter i positionen.
När jordens rotation förändras, ändras förhållandet mellan den officiella tiden — definierad av atomur — och planetens faktiska rotation. Lokala tidszoner, navigering och satellitbanor är alla knutna till antaganden om jordens rotation. Forskare övervakar konstant dessa förändringar och inkorporerar korrigeringar i navigationssystem, men det kräver allt mer komplexa modeller.
Satelliter i ett glidande referenssystem
Rymdorganisationer och kommersiella satellitoperatörer beräknar sina banor och manövrar utifrån jordens gravitationsfördelning och rotation. När massan förskjuts och planeten vrider sig en aning långsammare, ändras det referenssystem som satelliterna rör sig inom.
Det betyder att uppdragsplanerare oftare måste omberäkna och korrigera kursen. För vetenskapliga satelliter som mäter minimala variationer i gravitation, havsnivå eller atmosfär, kan ett litet beräkningsfel på sikt få stora konsekvenser för datans tillförlitlighet.
Atomtid och skottsekunder under press
Sedan 1972 har tidsinstitut med jämna mellanrum lagt till en skottsekund till den officiella världstiden. Denna extra sekund korrigerar skillnaden mellan de extremt stabila atomuren och jordens lite ojämna rotation.
Om rotationen förändras på ett oregelbundet sätt på grund av klimatförändringar, blir det svårare att förutsäga när en sådan skottsekund är nödvändig. Internationella tidsorganisationer har debatterat i åratal om de överhuvudtaget ska fortsätta med detta system, eftersom allt mer digital infrastruktur är känslig för oväntade extra sekunder.
Även minimala avvikelser i jordens rotation tvingar ingenjörer världen över att revidera sina tidsbaser och beräkningssystem.
Vad mer som kan förskjutas i jordsystemet
Rotationsavmattningen är bara en manifestation av en större bild: den totala fördelningen av vatten, is och bergarter på jorden omfördelas. Det kan ha avledda effekter på andra delar av jordsystemet.
- Magnetfältet: förändringar i rotation och massfördelning kan ha en subtil inverkan på strömmarna i den flytande yttre kärnan, där magnetfältet uppstår.
- Djupa havsströmmar: formen på gravitationsfältet styr delvis djuphavets strömmar, som i sin tur påverkar klimatet och koldioxidlagringen.
- Jordaxelns stabilitet: när massan förskjuts, ändras det så kallade tröghetsmomentet, vilket kan leda till långsamma variationer i jordaxelns orientering.
Forskare använder nu kombinerade dataset från satelliter, havsbojar, gravitationsmätningar och geologiska arkiv för att kartlägga hur alla dessa processer hänger ihop. Forskningen om dygnets förlängning utgör en pusselbit som plötsligt blivit mycket tydligare.
Varför denna historia sträcker sig långt bortom en kuriositet
För många människor känns en förlängning på 1,33 millisekunder per sekel som en detalj man gott kan ignorera. Men fenomenet visar med stor skärpa hur djupt mänsklig aktivitet griper in i ett till synes stabilt system.
Klimatförändringar beskrivs normalt i termer av temperatur, nederbörd och havsnivå. Detta ämne berör något mer fundamentalt: sättet vår planet roterar på. Det gör det konkret och påtagligt att förbränning av fossila bränslen och storskalig markanvändning inte bara förändrar livet på ytan, utan också de fysiska egenskaperna hos hela jordklotet.
För ingenjörer, datavetare och designers av satellitsystem innebär det att de måste ta hänsyn till långsamma tendenser som tidigare tryggt kunde ignoreras. Programvara för navigering, finansiell handel och telekommunikation är alla beroende av samma tids- och positionsnätverk. En algoritm som redan nu bygger in toleranser för variationer i jordens rotation, förebygger fel och haveri i framtiden.
För den breda allmänheten hjälper denna historia att se begreppet ”klimatpåverkan” i ett annat ljus. Det är inte bara korallrev, glaciärer och jordbruksområden som är under tryck — 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 ramarna vi lever inom är långt mindre fasta än de ser ut att vara.
