Klimatförändringarna förlänger dygnet – det här händer nu

Jordens rotation bromsas av global uppvärmning

Forskare har dokumenterat något anmärkningsvärt: den globala uppvärmningen börjar nu påverka själva dygnets längd. Smältande glaciärer och stigande havsnivåer saktar ner planetens rotation på ett sätt som geofysiker aldrig tidigare har registrerat.

Det låter som science fiction, men det handlar om ren geofysik. När stora mängder vatten och is förflyttas påverkar det jordens rotationsrörelse på ett subtilt sätt. Processen är för långsam för att märkas i vardagen — men tillräckligt snabb för att ingenjörer med ansvar för tidmätning, GPS och energinät redan måste förhålla sig till den.

Flera forskargrupper har i en erkänd vetenskaplig tidskrift beskrivit hur dygnet under de senaste årtiondena har börjat bli längre. Fenomenet hänger nära samman med avsmältning av glaciärer och istäcken samt stigande havsnivåer. För den enskilde är det omärkligt — men för geodeter, satellitnavigeringsspecialister och atomur är det en mätbar utmaning.

Så bromsar klimatförändringarna jordens rotation

Beräkningarna visar att dagens längd för närvarande ökar med cirka 1,33 millisekunder per hundra år. Innan slutet av detta sekel kan dock tempot stiga till 2,62 millisekunder per hundra år. För de flesta är det obetydligt, men för teknologiska system är det ett mätbart problem.

För att förklara mekanismen jämför forskare jorden med en konståkare på isen. När åkaren drar in armarna mot kroppen roterar hon snabbare. Sträcker hon ut dem sänks farten. Detta styrs av lagen om rörelsemängdsmomentets bevarande.

Samma princip gäller för vår planet. När stora ismassor befinner sig vid polerna ligger en större del av massan nära rotationsaxeln, och jorden snurrar något snabbare. När isen smälter rinner vattnet ut i oceanerna och sprider sig mot ekvatorn. Massan förflyttas bort från axeln, och rotationen saktas omärkligt.

Just detta andra scenario blir allt tydligare i en tid med intensiv människoskapad klimatuppvärmning. Forskarna understryker att sedan början av 2000-talet sker förlängningen av dygnet i en takt som naturliga processer skulle ha behövt tusentals — eller till och med tiotusentals — år för att åstadkomma.

Naturliga processer kan inte hänga med

I tiotusentals år har dygnets längd primärt påverkats av naturliga faktorer: månens tyngdkraft, rörelser i tektoniska plattor, deformationer av jordskorpan samt den så kallade postglaciala landresningen efter tillbakadragandet av tidigare istäcken. Dessa processer verkar normalt långsamt och förutsägbart.

Under tidigare årtionden verkade jordens flytande inre kärna och mantel i motsatt riktning mot klimatet. De accelererade planetens rotation mer än vad smältande is bromsade den. Resultatet blev att dygnet faktiskt blev kortare. Men denna fina balans har börjat tippa.

Forskare har analyserat data som sträcker sig 3,6 miljoner år tillbaka i tiden, till den sena delen av den geologiska epoken kallad pliocen. De ville undersöka om liknande fenomen har skett tidigare. Nyckeln visade sig vara mikroskopiska organismer kallade bentiska foraminiferer.

Dessa encelliga varelser levde på havsbotten, och i deras skal finns en kemisk historia om forntida oceaner inskriven. Sammansättningen av mineraler i förstenade foraminiferer avslöjar bland annat tidigare vattentemperaturer och havsnivåer — och havsnivån berättar i sin tur något om hur ismassan var fördelad på jorden.

Vad fossil från havsbotten avslöjar

Ju mer is som fanns vid polerna, desto lägre stod oceanerna. När isen smälte steg haven. Genom att jämföra data från foraminiferer med modeller för jordens rotationsfysik har forskare rekonstruerat förändringar i dygnets längd över 3,6 miljoner år.

Själva observationen av fossil var dock inte tillräcklig. Geologiska data är fyllda med luckor, och därför tog forskarna till ett verktyg från modern datavetenskap: probabilistisk djupinlärning. En algoritm baserad på artificiell intelligens tränades för att känna igen mönster i ofullständiga uppteckningar och uppskatta saknade fragment med en viss grad av säkerhet.

På denna grund var det möjligt att rekonstruera förändringar i havsnivån i detalj och indirekt kartlägga hur massan har varit fördelad på jorden. Kombinationen av fossil, geofysik och maskininlärning gjorde det möjligt att se hur ofta planeten i sin historia har upplevt en förlängning av dygnet i en takt motsvarande den vi ser idag.

Resultaten var överraskande. Det visade sig att det under hela de 3,6 miljoner åren bara en gång förekom en period då dygnet förlängdes i en jämförbar takt. Det skedde för cirka 2 miljoner år sedan, under en tid med särskilt kraftiga glaciala cykler drivna av förändringar i jordens omloppsbana och axellutning.

Ett jämförbart precedensfall på miljoner år

Skillnaden är avgörande. Under den perioden sträckte sig förändringarna över tiotusentals år och berodde på den naturliga dynamiken i solsystemet. Idag uppstår en effekt av motsvarande omfattning under bara några få årtionden som följd av utsläpp av växthusgaser.

Om mänskligheten upprätthåller den nuvarande utsläppsnivån kan klimatets inflytande på dygnets längd innan slutet av detta sekel överskrida månens inflytande på jordens rotationsrörelse. För lekmän låter det abstrakt, men för forskare inom jordens dynamik är det ett tecken på att vi har trätt in i en period med allvarlig överbelastning av naturliga processer.

Det är inte bara själva förändringen som skiljer den nuvarande epoken från geologisk historia — det är dess hastighet och källa: mänsklig aktivitet. Forskarna understryker att naturliga processer i stort sett aldrig har visat en motsvarande hastighet.

Varför några få millisekunder gör skillnad

Att dygnet förlängs med ett par millisekunder per hundra år får dig inte att sova bättre eller ger dig tid till en extra kopp kaffe. Problemet uppstår någon annanstans: hela den moderna civilisationen bygger på extremt precis tidmätning.

System som är känsliga för även små tidsförändringar omfattar:

• Atomur som utgör grunden för den globala tidsskalan och synkroniserar telekommunikationsnät
• GPS och andra satellitnavigeringssystem som kräver nanosekunds precision för att bestämma positioner med meters noggrannhet
• Styrning av energinätet som kräver perfekt synkroniserade mätningar för att upprätthålla balansen mellan elproduktion och elkonsumtion
• Högfrekvenshandel på de finansiella marknaderna med tusentals transaktioner under millisekunder
• Sonder och satelliter som övervakar klimat och väder och är beroende av mycket precis positionering och tidsstyrning
• Infrastruktur för mobilnät och internet som är beroende av synkronisering av tidsservrar
• Vetenskapliga experiment som kräver koordinering mellan olika laboratorier världen över

När jorden saktar ner börjar den faktiska rotationstiden långsamt avvika från den tid som atomuren beräknar. För att utjämna detta har man i åratal använt så kallade skottsekunder — små korrigeringar som då och då läggs till den officiella tiden.

Om förändringstakten fortsätter att öka kommer tillägg och borttagning av sådana sekunder att bli både oftare och mer komplicerat. En del IT-system har redan haft problem vid tidigare korrigeringar, vilket visar hur sårbar denna infrastruktur är.

Vad det betyder för den vanliga medborgaren

I vardagen kommer du inte att märka att jorden snurrar en bråkdel av en tusendels sekund långsammare. Långt mer märkbart är det faktum att detta är ännu en signal om omfattningen av mänsklighetens ingrepp i planetens funktion.

Global uppvärmning förknippas normalt med värmeböljor, torka, översvämningar, skogsbränder eller sjunkande jordbruksutbyte. Ett förlängt dygn är en mindre spektakulär, men mycket talande bieffekt. Den visar att vi inte bara förändrar vädret — vi påverkar något så grundläggande som själva planetens rotationsrörelse.

Ur ett tekniskt perspektiv blir det allt viktigare att utveckla flexibla tidsstandarder och modernisera system som ska fungera pålitligt vid oftare korrigeringar. Det är en uppgift för internationella institutioner med ansvar för tid, navigering och digital infrastruktur.

För klimatdebatten tillför detta ämne ytterligare ett argument på listan över konsekvenser av förbränning av fossila bränslen — ett argument som är svårt att avfärda med en axelryckning. Om uppvärmningen kan bromsa jordens rörelse i en takt som naturen nästan aldrig har sett är det svårt att hävda att det bara handlar om naturliga variationer. Det kan verka som en kuriositet från vetenskapen — men det är ett tyst vittnesbörd om hur djupgående vi håller på att omforma vår planets funktion.