Forskare observerar något som inte hänt på miljontals år

I vardagen märker du ingenting, men extremt exakta mätningar visar att dygnet sakta förskjuts i längd. Förklaringen är varken månen eller gåtfulla kosmiska fenomen — det handlar främst om vad som händer med klimatet och isarna.

Så vrider smältande isar på jordens rotationskontroll

Jorden har roterat kring sin axel i miljarder år. Rotationen känns stadig och trygg. Ändå varierar hastigheten på ett subtilt sätt, särskilt i takt med att klimatet värms upp i en tidigare osedd takt.

Nyckeln finns vid polerna. När isarna på Grönland och Antarktis smälter strömmar enorma mängder smältvatten ut i världshaven. Vattnet stannar inte vid polerna utan sprider sig över alla hav och rör sig framför allt mot de lägre breddgraderna nära ekvatorn.

Det förändrar jordens massfördelning. Planeten blir, enkelt uttryckt, lite mer ”knubbig” runt mitten. Det får direkta konsekvenser för rotationen. En klassisk jämförelse: en konståkare som gör en piruett. Drar hon in armarna snurrar hon snabbare. Sträcker hon ut armarna sjunker hastigheten. Jorden följer exakt samma naturlag — mer massa långt från axeln innebär lägre rotationshastighet.

Den accelererade issmältningen förskjuter så mycket massa mot ekvatorn att jorden dokumenterat roterar långsammare.

Denna process har pågått sedan slutet av senaste istiden, men den nuvarande hastigheten i vilken is försvinner och vatten omfördelas är unik. År efter år tillförs miljarder ton extra sötvatten till haven. Precisionssatelliter visar att gravitationsfördelningen förändras mätbart och att jordens klotform långsamt förskjuts.

En förändring som inte setts på 3,6 miljoner år

För att förstå hur exceptionellt detta är tittade forskare från universitetet i Wien och ETH Zürich 3,6 miljoner år tillbaka i tiden — ända till sen pliocen.

De använde fossila rester av bittesmå havsorganismer: bentiska foraminiferer. Dessa encelliga organismer bygger kalkskal som efter deras död sjunker till havsbottnen. I dessa skal 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 dygnet varierade i längd förr i tiden. Resultatet är anmärkningsvärt: dygnet förlängs för närvarande med cirka 1,33 millisekunder per århundrade. Det låter minimalt, men i geologiska termer är det påfallande snabbt.

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

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

Om utsläppen av växthusgaser förblir på nuvarande nivå förväntar forskarna att processen intensifieras ytterligare. Innan detta århundrade är slut skulle förlängningen per sekel kunna fördubblas. Klimatförändringarna blir då en viktigare faktor för jordens rotation än månens tidvattenpåverkan, som normalt sätter takten.

Varför några få millisekunder kan skapa kaos i vår teknik

Du förlorar inte nattsömnen över att ett dygn om hundra år är en bråkdel av ett millisekund längre. Men talrika teknologier är beroende av just den precisionen. Särskilt system som arbetar med exakta tidssignaler kommer att märka konsekvenserna.

GPS och navigation: positionen hänger på perfekt timing

En GPS-mottagare i din telefon eller bil beräknar din position genom att mäta skillnaden i ankomsttid för signaler från flera satelliter. Dessa satelliter är utrustade med extremt precisa atomklockor. En minimal tidsskillnad leder redan till meters avvikelse i den beräknade positionen.

När jordens rotation förändras ändras förhållandet mellan den officiella atomklocksdefinerade tiden och planetens faktiska rotation. Lokala tidszoner, navigation och satellitbanor är alla kopplade till antaganden om jordens rotation. Forskare övervakar kontinuerligt dessa förändringar och arbetar in 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 gravitationsfördelning och rotation. När massa förskjuts och planeten roterar lite långsammare förändras det referenssystem som satelliterna rör sig i.

Det innebär att uppdragsplanerare oftare måste beräkna om och korrigera kursen. För vetenskapliga satelliter som mäter minimala variationer i gravitation, havsnivå eller atmosfär kan även ett litet räknefel på sikt få stora konsekvenser för datas tillförlitlighet.

Atomtid och skottsekunder under press

Sedan 1972 har tidsorganisationer ibland lagt till en skottsekund till den officiella världstiden. Den extra sekunden korrigerar skillnaden mellan de extremt stabila atomklockorna och jordens lätt varierande rotation.

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

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

Vad mer som kan förskjutas i jordsystemet

Rotationens avmattning är bara ett uttryck för en större bild: den samlade massan av vatten, is och sten på jorden omfördelas. Det kan få konsekvenser för andra delar av jordsystemet.

Magnetfältet: förändringar i rotation och massfördelning kan subtilt påverka strömmarna i den flytande yttre kärnan, där magnetfältet bildas.
Djupa havsströmmar: gravitationsfältets form medbestämmer djuphavsströmmarnas rutter, som i sin tur påverkar klimat och kollagring.
Jordaxelns stabilitet: när massa förskjuts förskjuts också det så kallade tröghetsmomentet, vilket kan leda till långsamma variationer i jordaxelns lutning.

Forskare använder nu kombinerade dataset från satelliter, havsbojar, gravitationsmätningar och geologiska arkiv för att kartlägga hur alla dessa processer hänger samman. Forskningen om dygnsförlängningen utgör en bit i det 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 förbiser. Ändå visar fenomenet med stor skärpa hur djupt mänsklig aktivitet griper in i ett till synes stabilt system.

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

För ingenjörer, dataforskare och designers av satellitsystem innebär det att de måste ta hänsyn till långsamma trender som tidigare tryggt kunde ignoreras. Mjukvara för navigation, finansiell handel och telekommunikation bygger alla på samma tids- och positionsnätverk. En algoritm som redan nu bygger in marginaler för variationer i jordens rotation förebygger framtida fel och avbrott.

För den breda allmänheten hjälper denna historia till att se begreppet ”klimatpåverkan” 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 utsläppskurvorna. Det är inte ett domedagsscenario, men det är en tydlig signal om att de fysiska ramarna för vår existens är mindre fasta än de verkar vara.