Forskare observerar något som inte hänt på miljontals år
Du känner det inte i vardagen, men extremt precisa mätningar visar att dygnets längd sakta skiftar. Orsaken är varken månen eller mystiska kosmiska krafter — det handlar främst om vad som händer med klimatet och istäckena.
Hur smältande isar vrider på jordens rotationsratt
Jorden har roterat kring sin axel i miljarder år. Den rotationen känns stabil och pålitlig. Ändå förändras hastigheten ganska subtilt, särskilt i takt med att klimatet värms upp i en tidigare aldrig skådad takt.
Nyckeln finns vid polerna. När istäckena på Grönland och Antarktis smälter, strömmar enorma mängder smältvatten ut i världshaven. Det vattnet fördelar sig inte prydligt vid polerna, utan sprider sig över alla hav och förskjuts främst mot lägre breddgrader — ner mot ekvatorn.
Därigenom ändras jordens massfördelning. Planeten blir helt enkelt lite mer ”bukig” runt mitten”. Det får direkta konsekvenser för rotationen. En välkänd jämförelse är konståkaren som gör en piruett. Drar hon in armarna, snurrar hon snabbare. Sträcker hon ut dem, faller rotationshastigheten. Jordsystemet reagerar på exakt samma naturlag: ju mer massa som befinner sig långt från axeln, desto lägre blir rotationshastigheten.
Den accelererade issmältningen förskjuter så mycket massa mot ekvatorn att jordens rotation mätbart bromsas.
Denna process har pågått sedan slutet av de senaste istiderna, men den nuvarande hastigheten med vilken isen försvinner och vatten förskjuts är utan motstycke. År för år tillförs miljarder ton extra sötvatten till haven. Precisionssatelliter visar att tyngdkraftsfördelningen förändras mätbart och att jordens klotform sakta förskjuts.
En förändring som inte observerats på 3,6 miljoner år
För att förstå hur exceptionellt 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, ända tillbaka till sen Pliocen.
De använde fossila rester av minuskula havsinvånare: bentiska foraminiferer. Dessa encelliga organismer bygger skal av kalk som efter deras död lägger sig på havsbotten. I dessa skal finns information om tidigare klimatförhållanden och subtila variationer i jordens ban- och rotationsparametrar bevarad.
Genom att koppla dessa data till astronomiska modeller kunde forskarna beräkna hur ett dygns varaktighet varierade i det förflutna. Resultatet är anmärkningsvärt: för närvarande förlängs dygnet med cirka 1,33 millisekunder per århundrade. Det kanske låter obetydligt, men i geologiska termer sker det förvånansvärt 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 istäcken smälte naturligt, gick det inte lika snabbt som nu.
Dagarna blir nu cirka två gånger så snabbt längre som under de mest intensiva naturliga upptiningperioderna i den närliggande geologiska historien.
Om utsläppen av växthusgaser förblir på nuvarande nivå förväntar forskarna att denna process intensifieras ytterligare. Innan slutet av detta århundrade kunde förlängningen av dygnet per århundrade ungefär fördubblas. Vid det laget kommer klimatförändringarna att utgöra en viktigare faktor för rotationen än månens tidvattenverkan, som normalt sätter takten.
Varför ett par millisekunder kan förvirra vår teknologi
Du förlorar inte nattsömnen över att ett dygn om hundra år är en bråkdel av en millisekund längre. Men flera teknologier är beroende av just den precisionen. Särskilt system som arbetar med exakta tidssignaler kommer att märka det.
GPS och navigation: position beror på perfekt timing
En GPS-mottagare i din telefon eller bil bestämmer din position genom att mäta tidsskillnaden i ankomsten av signaler från flera satelliter. Dessa satelliter använder extremt precisa atomur. Även en minimal tidsskillnad resulterar i meters avvikelse i den beräknade positionen.
När jordens rotation ändras förändras förhållandet mellan den officiella tiden — definierad av atomur — och planetens faktiska omlopp. Lokala tidszoner, navigation och satellitbanor är alla kopplade till förutsättningar om jordens rotation. Forskare övervakar kontinuerligt dessa förändringar och bygger in korrigeringar i navigationssystem, men det kräver alltmer komplexa modeller.
Satelliter i ett skiftande referenssystem
Rymdorganisationer och kommersiella satellitoperatörer beräknar sina banor och manövrar utifrån jordens tyngdkraftsfördelning och rotation. När massan förskjuts och planeten roterar lite långsammare ändras det referenssystem som satelliterna rör sig inom.
Det innebär att uppdragsplanerare oftare måste omberäkna och korrigera kursen. För vetenskapliga satelliter som mäter minimala variationer i tyngdkraft, havsnivå eller atmosfär kan ett litet beräkningsfel på sikt få stora konsekvenser för datas tillförlitlighet.
Atomtid och skottsekunder under press
Sedan 1972 har tidsinstitut emellanåt lagt till en skottsekund till den officiella världstiden. Denna extra sekund korrigerar skillnaden mellan de extremt stabila atomuren och jordens något ojämna rotation.
Om rotationen ändras på ett oregelbundet sätt till följd av klimatförändringar blir det svårare att förutsäga när en sådan 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 tidsunderlag och beräkningssystem.
Vad mer som kan förskjutas i jordsystemet
Bromsningen av rotationen är bara en manifestation av en större bild: den totala massan av vatten, is och berggrund på jorden fördelas annorlunda. Det kan påverka andra delar av jordsystemet.
- Magnetfältet: förändringar i rotation och massfördelning kan subtilt påverka strömmarna i den flytande yttre kärnan, där magnetfältet uppstår.
- Djupa havsströmmar: tyngdkraftsfältets form bidrar till att styra djuphavströmmars förlopp, som i sin tur påverkar klimatet och kollagringen.
- Jordaxelns stabilitet: när massan förskjuts förskjuts även det så kallade tröghetsmomentum, vilket kan leda till långsamma variationer i jordaxelns lutning.
Forskare använder nu kombinerade dataset från satelliter, havsbojar, tyngdkraftsmätningar och geologiska arkiv för att kartlägga sambanden mellan alla dessa processer. Forskningen om dygnets förlängning har blivit en pusselbit som plötsligt är betydligt tydligare än tidigare.
Varför denna historia räcker långt utöver en kuriositet
För många människor känns en förlängning på 1,33 millisekunder per århundrade som en detalj man lätt kan förbise. Ändå illustrerar detta fenomen med stor tydlighet hur djupt mänsklig aktivitet griper in i ett till synes stabilt system.
Klimatförändringar diskuteras vanligtvis i termer som temperatur, nederbörd och havsnivå. Men detta ämne berör 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, datavetare och konstruktörer av satellitsystem betyder det att de måste ta hänsyn till långsamma trender som tidigare tryggt kunde ignoreras. Programvara för navigation, finanshandel och telekommunikation är alla beroende av samma tids- och positionsnätverk. En algoritm som redan nu bygger in marginaler för variationer i jordens rotation förebygger framtida fel och störningar.
För den breda allmänheten hjälper denna historia till att se begreppet ”klimatpåverkan” i ett nytt ljus. 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 en signal om att de fysiska ramar vi lever inom är betydligt mindre fasta än de verkar vara.
