Global opvarmning bremser jordens rotation: dagene bliver længere

Smeltende iskapper forskyder vand — og sætter jordens rotation i stå

Noget, der normalt kun sker over titusinder af år, udspiller sig nu inden for ét menneskeliv. Nye geofysiske målinger viser, at klimaopvarmningen har en målbar indvirkning på jordens rotation — med konsekvenser for vores tidsregning, satellitter og teknologiske systemer.

Større oceaner, langsommere jord

Forskere har længe vidst, at jorden ikke er et perfekt ur. Døgnets længde varierer let på grund af naturlige faktorer som tidevand, bevægelser i jordens indre og tektoniske plader. En nylig undersøgelse, offentliggjort i Journal of Geophysical Research: Solid Earth, viser nu, at menneskets udledning af drivhusgasser accelererer smeltningen af iskapper og gletsjere.

Det smeltevand fordeler sig ikke jævnt tilbage mod polerne — det spreder sig ud over verdenshavene, særligt omkring ækvator. Det ændrer, hvordan masse er fordelt over planeten. Denne omfordeling bremser jordens rotation, præcis ligesom en kunstskøjteløber roterer langsommere, når han strækker armene ud.

Klimaforandringerne gør vores dage målbart længere — om end der er tale om millisekunder pr. århundrede.

Forskerne har beregnet, at døgnets længde i øjeblikket øges med cirka 1,33 millisekund pr. århundrede som følge af disse klimadrevne processer. Det mærkes ikke i hverdagen, men er enormt på geofysisk skala.

En kamp mellem jordens indre og klimaet

Interessant nok var klimaforandringernes effekt i en periode skjult. For nogle år siden viste målinger faktisk, at dagene var blevet en smule kortere sammenlignet med 1970'erne. Det skyldes, at der sker noget helt andet dybt inde i jorden.

Bevægelser i jordens kerne og kappe skaber subtile ændringer i rotationshastigheden. I de seneste årtier accelererede denne interne dynamik planetens rotation, mens smeltende is omvendt skabte en opbremsning.

• Jordens kerne og kappe: fremskyndede midlertidigt rotationen
• Smeltende iskapper: bremser rotationen
• Resultatet indtil for nylig: begge effekter holdt nogenlunde hinanden i skak

Ifølge den nye undersøgelse er denne balance nu brudt. Indflydelsen fra smeltende is begynder at overskygge processerne i jordens indre. Siden begyndelsen af det 21. århundrede vokser døgnets længde i et tempo, der normalt ville kræve tusindvis af år under naturlige forhold.

Den nuværende acceleration i dagenes forlængelse er "bemærkelsesværdig" hurtig sammenlignet med naturlige variationer, fastslår forskerne.

Tilbage til for 3,6 millioner år siden

For at afgøre, hvor exceptionel denne udvikling er, kiggede forskerne ikke kun på moderne satellitdata og atomure. De dykede også ned i jordens dybe geologiske fortid. Her analyserede de fossiler af mikroskopiske encellede organismer — såkaldte bentiske foraminiferer — fundet i gamle havbunde.

Den kemiske sammensætning af disse organismers kalkskaller hænger sammen med havniveauet på det tidspunkt, de levede. Når iskapperne er store, er meget vand bundet på land, og havniveauet falder. Når isen smelter, stiger havniveauet igen. Ved at rekonstruere disse mønstre præcist kunne forskerne udlede, hvordan massen af is og vand fordelte sig over planeten historisk.

For at udfylde huller i fossildata anvendte de et probabilistisk deep learning-algoritme. Det genkender mønstre i ufuldstændige data og estimerer med beregnede margener, hvordan havniveauet udviklede sig i manglende perioder. Disse rekonstruerede havniveauer koblet de derefter til kendte fysiske modeller for jordens rotation.

Et sjældent historisk præcedens

Med denne tilgang kunne de kigge 3,6 millioner år tilbage i tiden. Over hele denne periode fandt de kun én episode, hvor dagene blev ligeså hurtigt længere som nu. Den fandt sted for cirka 2 millioner år siden under en fase med ekstremt kraftige cyklusser af voksende og svindende iskapper.

Dengang handlede det om naturlige astronomiske cyklusser, styret af små ændringer i jordens bane om solen og jordaksens hældning. Disse processer krævede titusinder af år for at opnå den samme effekt på døgnlængden, som menneskeheden nu er ved at nå på blot nogle få årtier.

Den hastighed, hvormed mennesket nu matcher planetens gamle rytme, er ifølge forskerne uden fortilfælde i den nære geologiske historie.

Fremtidsudsigt: længere dage end månen forårsager

Hvis udledningen af drivhusgasser forbliver på det nuværende niveau, kan dagene vokse endnu hurtigere mod slutningen af dette århundrede. Undersøgelsen peger på en mulig stigning på 2,62 millisekunder pr. århundrede omkring år 2100.

Til sammenligning har månen via tidevandskræfter bremset jordens rotation i milliarder af år — en proces, der også langsomt driver månen væk fra os. Den beregnede bidrag fra menneskeskabte klimaforandringer til opbremsningen af jordens rotation kan overgå månens bidrag inden udgangen af dette århundrede. Det illustrerer, hvor kraftfuld masseforskydningen fra smeltende is faktisk er.

Når tid ikke længere er præcis

For vores daglige fornemmelse betyder et par millisekunder pr. århundrede ikke meget. For moderne teknologi er det en anden sag. Vores samfund er afhængigt af ekstremt præcis tidsmåling. Atomure registrerer den officielle verdenstid, navigationssystemer som GPS aflæser denne tid og bruger den til at bestemme positioner med meters nøjagtighed.

Selv små tidsafvigelser kan udløse en kædereaktion. Tænk på:

• fly, der er afhængige af præcise GPS-signaler;
• satellitter, der skal forblive nøjagtigt synkroniserede;
• elnet, der balancerer udbud og efterspørgsel i brøkdele af sekunder;
• finansielle markeder, der behandler tusindvis af transaktioner pr. millisekund.

Når jordens rotation ændrer sig, skal den officielle tidsstandard justeres. Det sker i dag lejlighedsvis via såkaldte skudsekunder — ekstra sekunder, der indsættes for at holde atomtid og jordtid synkroniseret. Når rotationen ændres hurtigere eller langsommere, bliver planlægningen og håndteringen af sådanne korrektioner langt mere kompleks.

Hvis afvigelsen mellem atomtid og jordens fysiske rotation bliver for stor, er internationale organisationer nødt til at gribe ind hyppigere og måske på mere ubelejlige tidspunkter. Det kan forårsage softwareproblemer, uventede nedbrud og fejlagtige beregninger, hvis systemer ikke er tilstrækkeligt forberedt.

Hvad dette fortæller om klimaforandringernes styrke

At menneskeheden nu forstyrrer tempoet i jordens rotation, viser, hvor dybt opvarmningen griber ind i planetære processer. Det handler ikke kun om varmere somre, våde vintre og smeltende gletsjere i Alperne. Forandringen rækker helt ind til kernen af, hvordan jorden fysisk bevæger sig i rummet.

For mange borgere føles det måske abstrakt. Men det udgør et ekstra signal om, at opvarmningen ikke begrænser sig til synlig skade som oversvømmelser og skovbrande. De samme drivhusgasser, der får havniveauet til at stige og presser økosystemer, ændrer også længden af den dag, al vores teknologi er indstillet på.

For ingeniører og beslutningstagere bliver det relevant at tage højde for dette. Systemer, der er afhængige af superpræcis tid, skal designes mere robust. Software skal kunne håndtere hyppige justeringer af tidsstandarder. Rummissioner, klimaovervågning og luftfart nyder godt af scenarier, hvor sådanne afvigelser er eksplicit medregnet.

For dem, der ofte betragter klimadebatten som noget fjernt og abstrakt, giver dette måske en anderledes indgangsvinkel. Opvarmningen rammer ikke kun kyster, vejrrekorder og isbjørne — den forskyver også millimeter for millimeter det usynlige ur, som hele vores samfund kører på. Det gør forbindelsen mellem menneskelig udledning og vores planets mest grundlæggende egenskaber ubehageligt håndgribelig.