Klimatförändringarna bromsar jordens rotation – forskare varnar för tekniskt kaos

Jorden beter sig plötsligt annorlunda – och det kan sätta vår teknik på prov

Vid första anblicken verkar varje dag lika lång. Men extremt noggranna mätningar avslöjar något oroande: Jorden tappar fart. Klimatförändringarna förflyttar enorma vattenmängder, bromsar planetens rotation – och tvingar forskare att kalibrera om navigationssystem och tidmätning.

Jordens tyngdkraft ökar: Vad klimatförändringar har med rörelsemängd att göra

Vår planet roterar ett varv runt sin egen axel på 24 timmar. Den siffran verkar stabil – närmast lugnande i en kaotisk värld. Men strängt taget stämmer det inte längre. Dygnet blir längre – omärkligt, men mätbart och ihållande.

Huvudorsaken finns i polarkapporna. När isen smälter på Grönland och i Antarktis rinner vattnet ut i haven och fördelar sig markant längre mot ekvatorn. Det förändrar massfördelningen på planeten.

Ju mer massa som rör sig mot ekvatorn, desto trögare blir Jorden – den roterar långsammare.

Det kan enkelt illustreras fysiskt: En konståkare som sträcker ut armarna roterar långsammare, trots att hon har samma rörelsemängd. Drar hon in armarna mot kroppen accelererar hon. Jorden gör just det motsatta nu – den ”sträcker ut armarna”.

Planeten ”buktar ut” vid ekvatorn

Den extra vattenmassan får planeten att välva sig minimalt vid ekvatorn. Jorden var redan lätt tillplattad, men obalansen växer. Geodetiska satelliter mäter denna ”svullnad” med enorm precision – ner till nanometerområdet.

Dessa data visar att allt mer massa vandrar från polerna till mellersta och låga breddgrader. För det mänskliga ögat förblir effekten osynlig, men för fysiken är den enormt betydelsefull.

• Polara ismassor smälter allt snabbare.
• Haven tar upp miljarder ton sötvatten varje år.
• Jordens form förändras mätbart, och ekvatorn blir minimalt tjockare.
• Rotationshastigheten sjunker, och dygnen blir längre.

3,6 miljoner år tillbaka – och inget jämförbart funnet

Ett internationellt forskarteam från Universität Wien och ETH Zürich har rekonstruerat Jordens klimathistoria och rotationsdynamik över 3,6 miljoner år. För detta ändamål använde forskarna ett ovanligt verktyg: bittesmå fossiler från havsbotten.

Det handlar om så kallade bentiska foraminiferer – encelliga organismer vars kalkskal bevaras i sediment. Deras kemiska sammansättning speglar hur klimat och hav har förändrats i det förflutna.

Genom analys av dessa sediment och jämförelse med astronomiska modeller kunde forskarna uppskatta hur kraftigt dygnslängden har förändrats sedan det sena Pliocen.

Resultatet: Den nuvarande trenden mot förlängning av dygnet överträffar alla naturliga svängningar under de senaste 3,6 miljoner åren.

1,33 millisekunder per århundrade – och trenden accelererar

Enligt studien, som publicerats i facktidskriften Journal of Geophysical Research: Solid Earth, förlängs dygnslängden för närvarande med cirka 1,33 millisekunder per århundrade. Det låter blygsamt, men är dramatiskt sett ur ett geofysiskt perspektiv.

Under naturliga värmeperioder genom de senaste miljoner åren – till exempel under kraftiga avisningsfaser – blev visserligen dygnen också längre, men betydligt långsammare än idag. Den nuvarande ökningen ligger på ungefär det dubbla av tidigare toppunkter under sådana värmeperioder.

Forskarna drar slutsatsen: Ingen naturlig klimatsvängning i den senare jordhistorien har bromsat Jordens rotation så kraftigt som de människoskapade klimatförändringarna gör nu.

Därtill kommer att utvecklingen accelererar. Modellberäkningar antyder att förlängningen av dygnen kan fördubblas igen innan slutet av detta århundrade, om utsläppen av växthusgaser förblir höga.

När tiden tappar takten: Konsekvenser för GPS och satelliter

Det som låter som teoretisk geofysik drabbar vardagen snabbare än många vill kännas vid. För modern teknik lever på exakt tid.

GPS fungerar exempelvis bara för att satelliter och mottagare på jorden använder klockor som är synkroniserade till miljarddels sekund. Varje tidsavvikelse innebär en positionsavvikelse.

Även bittesmå fel i dygnslängden kan göra sig gällande som kilometerstora avvikelser på kartan, om de ackumuleras över år.

GPS-system måste justeras löpande

Operatörer av navigationssystem tar redan hänsyn till att Jorden inte roterar perfekt jämnt. Men den människoskapade klimattrenden förstärker avvikelserna och gör dem svårare att förutsäga.

I praktiken innebär det:

• Satellitbanor justeras oftare.
• Förutsägelsemodeller för Jordens rotation måste uppdateras löpande.
• Långsiktiga rymdfartsmissioner kräver mer komplexa korrigeringsberäkningar.

Rymdfartsorganisationer integrerar redan dessa förändringar i sina banberäkningar. Annars skulle satelliter efter år märkbart avvika från den planerade kursen, och mätdata skulle bli onoggrannare – exempelvis vid jordobservationsmissioner eller tyngdmätningar.

Skottsekunder som tidsmässigt lapptäcke

Även mänsklighetens mest exakta tidmätare – atomur – märker av Jordens inbromsning. Sedan 1972 har de ansvariga organisationerna med oregelbundna mellanrum infört så kallade skottsekunder. De tjänar till att begränsa skillnaden mellan astronomisk tid (som följer Jordens rotation) och internationell atomtid.

Ju mer oregelbundet och snabbt Jordens rotation förändras, desto mer komplicerad blir denna hantering. Varje extra skottsekund ställer IT-system världen över inför utmaningar – från finansmarknader till telekommunikationsnätverk.

De senaste åren har det redan förts diskussioner om huruvida skottsekunder på längre sikt bör avskaffas helt för att minska komplexiteten. Den nuvarande klimattrenden kastar nya frågor in i denna debatt: Hur hanterar man en tid vars astronomiska grundval själv håller på att rasa?

Mer än bara fartsänkning: Konsekvenser djupt inne i planeten

Förändringen i rotationshastighet är bara en länk i en geofysisk kedjereaktion. När massa omfördelas på Jorden påverkar det också andra system.

Forskare undersöker bland annat:

• Förändringar i Jordens gravitationsfält, som påverkar satellitmätningar och havsnivåanalyser.
• Möjliga effekter på Jordens magnetfält, som präglas av strömmar i den yttre jordkärnan.
• Långsiktiga förskjutningar av rotationsaxeln, som kan förstärka den så kallade polvandringen.
• Inverkan på djuphavsströmmar i oceanerna, som i sin tur styr klimat och väder.

Många av dessa samband är ännu inte helt klarlagda. Men det är klart: Kombinationen av snabb uppvärmning, issmältning och massförskjutning sätter en ny prägel på hela systemet Jorden.

Vad betyder det för människors vardag?

Ingen kommer imorgon att märka att dagen är några mikrosekunder längre. För den normala vardagen förblir allt vid det gamla. Konsekvenserna märks först av yrkesfolk i kontrollcentrum, datacenter och observatorier.

Ändå har utvecklingen flera mycket konkreta dimensioner:

• Infrastruktur: Navigeringsfel kan påverka logistik, luftfart och autonoma system, om korrigeringar uteblir.
• Kommunikation: Högfrekvent handel, tidsstämplar i datacenter och globala nätverk är beroende av exakt tidssynkronisering.
• Vetenskap: Långtidsdataserier inom klimatforskning och astronomi måste i allt högre grad korrigeras och tolkas på nytt.

Sammantaget växer insatsen för att tekniskt kompensera för den människoskapade oordningen i systemet Jorden. Man kan tillspetsa det: Ju mer vi förändrar klimatet, desto mer beräkningskraft kräver vi för att hålla navigering, tid och rum någorlunda stabilt.

Begrepp och bakgrund: Pliocen, millisekunder, skottsekunder

För många låter fackuttrycken från studien abstrakta. Tre nyckelbegrepp hjälper till att sätta dimensionerna i perspektiv:

Dessa storheter verkar bittesmå. Över geologiska tidsrymder handlar det dock om märkbara förändringar – exempelvis i storleksordningen minuter över miljoner år – och om ständigt växande korrigeringar i de modeller som modern teknik bygger på.

Studien avslöjar slutligen en obehaglig sanning: Klimatförändringarna förändrar långt ifrån bara temperaturer och havsnivåer – de griper djupt in i vår planets grundläggande mekanik. Jorden roterar långsammare – och vår teknik måste anpassa sig snabbare för att hänga med.