Videnskabere ser noget, der ikke er sket i millioner af år
Du mærker det ikke i hverdagen, men ekstremt præcise målinger afslører, at længden af et døgn langsomt forskydes. Årsagen er hverken månen eller mystiske kosmiske kræfter — det handler primært om, hvad der sker med klimaet og iskapperne.
Hvordan smeltende iskapper drejer på jordens rotationsknap
Jorden har roteret om sin akse i milliarder af år. Den rotation føles stabil og pålidelig. Alligevel ændrer hastigheden sig ganske subtilt, særligt i takt med at klimaet opvarmes i et hidtil uset tempo.
Nøglen ligger ved polerne. Når iskapperne på Grønland og Antarktis smelter, strømmer enorme mængder smeltevand ud i verdenshavene. Det vand fordeler sig ikke pænt ved polerne, men spreder sig over alle have og forskydes primært mod lavere breddegrader — ned mod ækvator.
Derved ændres jordens massefordeling. Planeten bliver ganske enkelt lidt mere "buet" omkring midten. Det har direkte konsekvenser for rotationen. En velkendt sammenligning er kunstskøjteløberen, der laver en pirouette. Trækker hun armene ind, drejer hun hurtigere. Strækker hun dem ud, falder rotationshastigheden. Jordsystemet reagerer på nøjagtig samme naturlov: jo mere masse der befinder sig langt fra aksen, desto lavere er omdrejningshastigheden.
Den accelererede issmeltning forskyver så meget masse mod ækvator, at jordens rotation målbart bremses.
Denne proces har stået på siden slutningen af de sidste istider, men den nuværende hastighed, hvormed isen forsvinder og vand forskydes, er uden fortilfælde. År for år tilføjes der milliarder af tons ekstra ferskvand til havene. Præcisionssatellitter viser, at tyngdekraftsfordelingen ændrer sig målbart, og at jordens kugleform langsomt forskydes.
En forandring, der ikke er set i 3,6 millioner år
For at forstå, hvor exceptionelt dette er, kiggede forskere fra Universitetet i Wien og ETH Zürich tilbage i tiden — ikke blot et par hundrede eller tusinde år, men hele 3,6 millioner år, helt tilbage til det sene Pliocæn.
De anvendte fossile rester af bittesmå havbeboere: benthiske foraminiferer. Disse encellede organismer bygger skaller af kalk, som efter deres død lejrer sig på havbunden. I disse skaller er information om tidligere klimaforhold og subtile variationer i jordens bane- og rotationsparametre bevaret.
Ved at koble disse data til astronomiske modeller kunne forskerne beregne, hvordan et døgns varighed varierede i fortiden. Resultatet er bemærkelsesværdigt: i øjeblikket forlænges døgnet med cirka 1,33 millisekund per århundrede. Det lyder måske ubetydeligt, men i geologiske termer sker det forbløffende hurtigt.
Ifølge undersøgelsen er det nuværende tempo for forlængelse af døgnet højere end under alle naturlige klimasvingninger i de seneste 3,6 millioner år. Selv i tidligere varme perioder, hvor store iskapper smeltede naturligt, gik det ikke så hurtigt som nu.
Dagene bliver nu cirka to gange så hurtigt længere som under de mest intense naturlige optøningsperioder i den nære geologiske fortid.
Hvis udledningen af drivhusgasser forbliver på det nuværende niveau, forventer forskerne, at denne proces intensiveres yderligere. Inden udgangen af dette århundrede kunne forlængelsen af døgnet pr. århundrede omtrent fordobles. På det tidspunkt vil klimaforandringer udgøre en vigtigere faktor for rotationen end månens tidevandsvirkning, som normalt sætter tempoet.
Hvorfor et par millisekunder kan forvirre vores teknologi
Du mister ikke nattesøvnen over, at et døgn om hundrede år er en brøkdel af et millisekund længere. Men adskillige teknologier er afhængige af netop den præcision. Særligt systemer, der arbejder med nøjagtige tidssignaler, vil mærke det.
GPS og navigation: position afhænger af perfekt timing
En GPS-modtager i din telefon eller bil bestemmer din position ved at måle tidsforskellen i ankomsten af signaler fra flere satellitter. Disse satellitter anvender ekstremt præcise atomure. Selv en minimal tidsforskel resulterer i meters afvigelse i den beregnede position.
Når jordens rotation ændrer sig, ændres forholdet mellem den officielle tid — defineret af atomure — og planetens faktiske omdrejning. Lokale tidszoner, navigation og satellitbaner er alle koblet til forudsætninger om jordens rotation. Videnskabere overvåger løbende disse ændringer og indarbejder korrektioner i navigationssystemer, men det kræver stadig mere komplekse modeller.
Satellitter i et skiftende referencesystem
Rumfartsorganisationer og kommercielle satellitoperatører beregner deres baner og manøvrer ud fra jordens tyngdekraftsfordeling og rotation. Når massen forskydes og planeten roterer lidt langsommere, ændres det referencesystem, som satelliterne bevæger sig inden for.
Det betyder, at missionplanlæggere oftere må genberegne og korrigere kursen. For videnskabelige satellitter, der måler minimale variationer i tyngdekraft, havniveau eller atmosfære, kan en lille beregningsfejl på sigt have store konsekvenser for dataenes pålidelighed.
Atomartid og skudsekunder under pres
Siden 1972 har tidsinstitutter lejlighedsvist tilføjet et skudsekund til den officielle verdenstid. Dette ekstra sekund korrigerer forskellen mellem de ekstremt stabile atomure og jordens en smule ujævne rotation.
Hvis rotationen ændrer sig på en uregelmæssig måde som følge af klimaforandringer, bliver det sværere at forudsige, hvornår et sådant skudsekund er nødvendigt. Internationale tidsorganisationer har i årevis debatteret, om de overhovedet bør fortsætte med dette system, fordi stadig mere digital infrastruktur er følsom over for uventede ekstra sekunder.
Små afvigelser i jordens rotation tvinger ingeniører verden over til at revidere deres tidsgrundlag og beregningssystemer.
Hvad der ellers kan forskydes i jordsystemet
Bremsningen af rotationen er blot én manifestation af et større billede: den samlede masse af vand, is og bjergart på jorden fordeles anderledes. Det kan påvirke andre dele af jordsystemet.
- Magnetfeltet: ændringer i rotation og massefordeling kan subtilt påvirke strømningerne i den flydende ydre kerne, hvor magnetfeltet opstår.
- Dybe havstrømme: formen på tyngdekraftsfeltet er med til at styre dybhavsstrømmenes forløb, som igen påvirker klimaet og kulstoflagringen.
- Jordaksens stabilitet: når massen forskydes, forskydes også det såkaldte inertimoment, hvilket kan føre til langsomme variationer i jordaksens hældning.
Videnskabere anvender nu kombinerede datasæt fra satellitter, havbøjer, tyngdekraftsmålinger og geologiske arkiver for at kortlægge sammenhængen mellem alle disse processer. Forskningen i forlængelsen af døgnet er blevet et puslespilsbrik, der pludselig er langt tydeligere end tidligere.
Hvorfor denne historie rækker langt ud over en kuriositet
For mange mennesker føles en forlængelse på 1,33 millisekund per århundrede som en detalje, man nemt kan overse. Alligevel illustrerer dette fænomen med stor tydelighed, hvor dybt menneskelig aktivitet griber ind i et tilsyneladende stabilt system.
Klimaforandringer diskuteres sædvanligvis i termer som temperatur, nedbør og havniveau. Men dette emne berører noget mere grundlæggende: den måde, vores planet roterer på. Det gør det håndgribeligt, at afbrænding af fossile brændstoffer og storskala arealanvendelse ikke blot forandrer livet på overfladen, men også de fysiske egenskaber ved hele jordkloden.
For ingeniører, datavidenskabsfolk og designere af satellitsystemer betyder det, at de må tage højde for langsomme tendenser, der tidligere trygt kunne ignoreres. Software til navigation, finanshandel og telekommunikation er alle afhængige af de samme tids- og positionsnetværk. En algoritme, der allerede nu indbygger margener for variationer i jordens rotation, forebygger fremtidige fejl og forstyrrelser.
For den brede offentlighed hjælper denne historie til at se begrebet "klimapåvirkning" i et nyt lys. Det er ikke kun koralrev, gletsjere og landbrugsområder, der er under pres — selv længden af vores dag forskydes i takt med udledningsgraferne. Det er ikke et dommedagsscenarie, men et signal om, at de fysiske rammer, vi lever inden for, er langt mindre faste, end de ser ud til.
