Klimatförändringarna förlänger dygnet och stör hela jordens klocka

Hur den globala uppvärmningen gör våra dygn längre

Forskare menar att klimatförändringarna nu även börjar påverka själva dygnets längd. Nya geofysiska undersökningar visar att smältande glaciärer och stigande havsnivåer faktiskt bromsar jordens rotation. Förändringen är mikroskopisk – mätt i tusendels sekunder – men takten och konsekvenserna oroar experter inom precisionsmätning av tid djupt.

Under många år visade mätningar att dygnet hade blivit något kortare under det senaste halvseklet. Nu har trenden vänt. Ett forskarteam som publicerat i Journal of Geophysical Research: Solid Earth dokumenterar att dygnets längd har börjat öka – och med en hastighet som nästan saknar motstycke i jordens geologiska historia.

Enligt forskarnas beräkningar förlängs dygnet för närvarande med cirka 1,33 millisekunder per hundra år, främst till följd av mänsklig aktivitet.

Vid första anblicken låter det obetydligt. Du hinner inte se ett extra avsnitt av din favoritserie, och du kommer inte att märka att du sover längre. Men problemet ligger någon helt annanstans: En så snabb förändring i planetens rotation på så kort tid borde helt enkelt inte förekomma utan en extremt kraftfull yttre drivkraft.

Jorden som en skridskoåkare på isen

Forskarna förklarar fenomenet med en enkel analogi från isbanan. När en skridskoåkare drar in armarna mot kroppen snurrar hon snabbare. När hon sträcker ut dem minskar hon farten. Det beror på rörelsemängdsmomentets bevarande: massa placerad närmare rotationsaxeln påskyndar rörelsen, medan massa placerad längre bort bromsar den.

Något mycket liknande händer med jorden idag:

• När glaciärer och havis är utbredda befinner sig en enorm vattenmassa koncentrerad nära polerna
• När isen smälter strömmar denna massa ut i världshaven och rör sig mot lägre breddgrader
• Som följd av detta ökar planetens så kallade tröghetsmomentet, och rotationen bromsas långsamt

Hittills har sådana förändringar skett oerhört långsamt och berott på naturliga processer: Månens dragningskraft, tektoniska plattförskjutningar, långsam deformation av jordskorpan och svängningar i själva planetens kärna. Men dessa geologiska bakgrundskrafter verkade typiskt i en annan riktning – de accelererade rotationen snarare än att bromsa den.

Den nya takten överraskar forskarna

Studiens författare understryker att det sedan början av 2000-talet har skett något utan motstycke i mänsklig civilisations måttstock. På bara två årtionden har dygnets längd börjat öka i en takt som naturliga faktorer skulle ha behövt årtusenden för att uppnå en motsvarande effekt med.

Forskarna säger det rakt ut: Den nuvarande anomalin är antropogen – den beror på mänsklig aktivitet och utsläpp av växthusgaser.

Det innebär att klimatet inte längre bara ”bidrar” till naturliga fluktuationer. Det har blivit den primära aktören som förändrar det sätt vår planet roterar på. Forskarna fann endast en period under de senaste 3,6 miljoner åren med en jämförbar takt för förlängning av dygnet.

Vad miljoner år gamla uppteckningar berättar för oss

För att förstå hur exceptionellt detta ögonblick är gick forskarna 3,6 miljoner år tillbaka i tiden till pliocen-epoken. De hade naturligtvis inga klockor från den tiden, så de vände sig till ”arkiv” bevarade i sten och fossil.

I centrum för deras undersökning stod mikroskopiska organismer – bentiska foraminiferer, som en gång levde på havsbotten. Deras skal innehåller grundämnen vars proportioner varierade beroende på havsnivån. Ju mer vatten som var fångat i glaciärer, desto lägre var havsnivån. När isen smälte steg haven.

Genom att analysera den kemiska sammansättningen av sådana fossil från successiva geologiska lager kan man rekonstruera:

• Hur havsnivåerna förändrades över tid
• Vad som hände med istäcket
• Hur denna omfördelning av massa påverkade jordens rotation och dygnets längd

Data från det förflutna är naturligtvis ofullständiga. Här kom moderna matematiska verktyg in. Teamet använde en deep learning-algoritm som ”lärde sig” mönster från kända delar av uppteckningarna och sedan rekonstruerade saknade perioder med en beräknad sannolikhet. Resultatet blev en detaljerad rekonstruktion av dygnets utveckling över miljoner år.

Ett sällsynt föregående exempel från för 2 miljoner år sedan

I hela denna enorma tidsdatabas fann forskarna endast en enda episod som matchar nutidens takt för förlängning av dygnet. Det skedde för cirka 2 miljoner år sedan, då jorden trädde in i en period med kraftiga klimatsvängningar drivna av naturliga orbitala cykler.

Istäcket expanderade och drog sig då tillbaka i rytmer som sträckte sig över tiotusentals år. Vattenmassorna förskjöts i samband med detta mellan polerna och resten av planeten, vilket faktiskt bromsade rotationen. Den avgörande skillnaden är att den processen utspelade sig över mycket långa astronomiska cykler – medan den nuvarande drivs av oss människor på bara årtionden.

Prognoser för slutet av detta sekel: Ett längre dygn än ”Månens bidrag”

Om utsläppen av växthusgaser fortsätter på nuvarande nivå uppskattar forskarna att takten för förlängning av dygnet före slutet av 2000-talet kan växa till cirka 2,62 millisekunder per sekel. Det är en större effekt än månens inflytande på jordens rotation.

Sett från vardagens perspektiv är dessa millisekunder fullständigt omärkliga. Sett från civilisationens teknologiska infrastruktur är det en helt annan sak.

När klockorna inte längre stämmer överens med jordens rotation

Den moderna världen fungerar eftersom nästan allt har en gemensam, precis tidsreferens. Datornätverk, internet, satelliter och finansmarknader är alla beroende av bråkdelar av sekunder. Grunden är atomur som är globalt synkroniserade och kopplade till den så kallade koordinerade universaltiden (UTC).

Även en liten avvikelse mellan atomtid och jordens faktiska rotation kan kräva kostsamma korrigeringar i hela den digitala infrastrukturen.

Hittills har lösningen varit de så kallade skottsekunder, som läggs till med jämna mellanrum för att ”hinna ikapp” jordens skiftande rotationshastighet. Den skala av störningar som de nya undersökningarna pekar på antyder att sådana lappverk kanske inte kommer att räcka till i framtiden – eller blir extremt svåra att implementera i nuvarande form.

Potentiella konsekvenser kommer bland annat att drabba:

• GPS och andra satellitnavigationssystem, som kräver extremt precis synkronisering
• Elnätverk, som i realtid balanserar produktion och förbrukning av ström
• Satellitbaserad kommunikation och klimatövervakning från omloppsbana
• Börsalgoritmer, som genomför transaktioner på millisekunder

Forskarna lugnar med att de ackumulerade problemen snarare kommer att uppstå i en avlägsen framtid än under nuvarande generationers livstid. Men det förändrar inte det faktum att dessa förändringar redan nu måste tas med i beräkningen när system designas som ska fungera felfritt i decennier framåt.

Varför dessa millisekunder är en varning – inte en kuriositet

Det är lockande att avfärda jordens långsammare rotation som ”kosmiska detaljer” som bara intresserar geofysiker. Det tankesättet leder lätt till den felaktiga slutsatsen att det bara är en vetenskaplig kuriositet. I verkligheten har vi här ännu en mycket tydlig signal på hur djupt mänskligheten griper in i hela planetens funktionssätt.

Vi förändrar inte bara klimatet, utan också massfördelningen på jorden, dess rörelse och klockan som världstiden fastställs efter. Framtida generationer kommer att behöva administrera en allt mer komplex tidsinfrastruktur, anpassad till en planet som inte längre roterar som den gjorde under 1900-talet.

Rent praktiskt är varje grad extra uppvärmning inte bara ensbetydande med extrema väderfenomen och förflyttning av miljontals människor från översvämmade låglandsområden. Det är också en rad tysta, nästan omöjliga att vända, förskjutningar i jordens själva ”mekanism”. Inverkan på dygnets längd är en av dem – osynlig på din klocka, men mycket tydlig i vetenskapliga data.