Något ovanligt händer med vår planets rotation

I din vardag märker du ingenting alls. Men extremt noggranna mätningar avslöjar att längden på ett dygn sakta men säkert förändras. Orsaken är varken månen eller mystiska kosmiska krafter — det handlar i första hand om vad som händer med klimatet och istäckena.

Forskare observerar något som inte inträffat på miljontals år: klimatförändringarna förändrar mätbart vår planets rotationshastighet.

Hur smältande istäcken vrider på jordens rotationsratt

Jorden har roterat runt sin axel i miljarder år. Rotationen känns stabil och pålitlig. Ändå förändras hastigheten mycket subtilt — särskilt sedan klimatet börjat värmas upp i rasande takt.

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

Det förändrar jordens massfördelning. Planeten blir, för att uttrycka det enkelt, lite ”rundare” om midjan. Det får direkta konsekvenser för rotationen. En välkänd jämförelse: en konståkare i en piruett. Drar hon in armarna snurrar hon snabbare. Sträcker hon ut armarna sjunker rotationshastigheten. Jordsystemet reagerar på exakt samma naturlag: mer massa längre från axeln innebär lägre rotationshastighet.

Den accelererade issmältningen förflyttar så mycket massa mot ekvatorn att jorden dokumenterbart roterar långsammare.

Denna process har pågått sedan slutet av den senaste istiden, men den nuvarande hastigheten med vilken is försvinner och vatten omfördelas är tidigare osedd. År efter år tillförs miljarder ton extra sötvatten till oceanerna. Precisionssatelliter visar att gravitationskraftens fördelning förändras mätbart och att jordens klotform sakta skiftar.

En förändring som inte setts på 3,6 miljoner år

För att förstå hur extraordinärt detta är tittade forskare från universitetet i Wien och ETH Zürich långt tillbaka i tiden. Inte några hundra eller tusen år, utan 3,6 miljoner år — ända tillbaka till sen Pliocen.

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

Genom att koppla dessa data till astronomiska modeller kunde forskarna uppskatta hur ett dygns varaktighet varierade förr i tiden. Resultatet är anmärkningsvärt: för närvarande förlängs dygnet med cirka 1,33 millisekunder per århundrade. Det låter obetydligt, men i geologiska termer är det förvånansvärt snabbt.

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

Dygnen blir nu ungefär dubbelt så snabbt längre som under de mest intensiva naturliga upptiningsfaserna i den geologiskt sett nära förgångna tiden.

Om utsläppen av växthusgaser förblir på nuvarande nivå förväntar sig forskarna att denna process kommer att accelerera ytterligare. Vid slutet av detta århundrade kan förlängningen av dygnet per århundrade ungefär fördubblas. Klimatförändringarna blir då en viktigare faktor för rotationen än månens tidvatteneffekt, som normalt sätter tempot.

Varför några få millisekunder kan förvirra vår teknologi

Du sover knappast dåligt över att ett dygn om hundra år är en bråkdel av ett millisekund längre. Men otaliga teknologier är beroende av just den precisionen. Särskilt system som arbetar med exakta tidssignaler påverkas.

GPS och navigering: positionen beror 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 arbetar med extremt noggranna atomur. En minimal tidsskillnad leder redan till meters avvikelse i positionen.

När jordens rotation förändras ändras förhållandet mellan den officiella, atomursdefinierade tiden och planetens faktiska rotation. Lokala tidszoner, navigering, satellitbanor — allt är knutet till antaganden om jordens rotation. Forskare övervakar konstant dessa förändringar och inarbetar korrigeringar i navigationssystem, men det kräver allt mer komplexa modeller.

Satelliter i ett skiftande referenssystem

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

Uppdragsplanerare måste därför oftare omberäkna och korrigera kurser. För vetenskapliga satelliter som mäter minimala variationer i gravitation, havsnivå eller atmosfär kan ett litet beräkningsfel på sikt få stora konsekvenser för datas tillförlitlighet.

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 atomuren och jordens lite oregelbundna rotation.

Om rotationen förändras på ett oregelbundet sätt på grund av klimatförändringarna blir det svårare att förutsäga 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.

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

Vad som även kan förskjutas i jordsystemet

Rotationssänkningen är bara en konsekvens av en större bild: den totala massan av vatten, is och bergarter på jorden fördelas annorlunda. Det kan slå igenom i andra delar av jordsystemet.

Magnetfält: förändringar i rotation och massfördelning kan subtilt påverka strömningar i den flytande yttre kärnan, där magnetfältet uppstår.
Djupa havsströmmar: gravitationsfältets form bidrar till att styra djuphavströmmarna, som i sin tur påverkar klimat och kollagring.
Jordaxelns stabilitet: när massa förflyttas förskjuts även det så kallade tröghetsmomentum, vilket kan leda till långsamma variationer i jordaxelns lutning.

Forskare använder nu kombinerade dataset från satelliter, havsbojor, gravitationsmätningar och geologiska arkiv för att kartlägga hur alla dessa processer hänger ihop. Undersökningen av dygnets förlängning utgör en pusselbit i detta pussel 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 århundrade som en detalj man lätt kan passera förbi. Ändå visar detta fenomen med skarp tydlighet hur djupt mänsklig aktivitet griper in i ett till synes stabilt system.

Medan klimatförändringar normalt diskuteras i termer som temperatur, nederbörd och havsnivå berör detta ämne något mer grundläggande: sättet vår planet roterar på. Det gör det påtagligt att förbränning av fossila bränslen och storskalig markanvändning inte bara förändrar livet på 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 lutar sig alla mot samma tids- och positionsnätverk. En algoritm som redan nu bygger in marginaler för variationer i jordens rotation förebygger fel och störningar i framtiden.

För den breda allmänheten hjälper denna historia till att se begreppet ”klimateffekt” på ett nytt sätt. Det är inte bara korallrev, glaciärer och jordbruksområden som är under press — även längden på vårt dygn förskjuts i takt med utsläppsdiagrammen. 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 ser ut att vara.