En oroande upptäckt från världens geofysiker

Geofysiker från flera internationella universitet har presenterat alarmerande resultat: smältande glaciärer och stigande världshav förändrar faktiskt hastigheten på vår planets rotation. Förändringen mäts visserligen i tusendels sekunder, men takten i detta skifte har nästan inga motsvarigheter i jordens geologiska historia.

Mätningar genomförda under de senaste decennierna visade att dygnet på jorden blev något kortare. Den trenden har nu vänt. Forskare som publicerat i Journal of Geophysical Research: Solid Earth dokumenterar att dygnet istället har börjat växa — och det i en takt som hör till de högsta i planetens samlade geologiska förflutna.

Enligt forskarnas beräkningar förlängs dygnet för närvarande med cirka 1,33 millisekunder per hundra år, och den primära orsaken är mänsklig aktivitet. Vid första anblicken verkar förändringen obetydlig. Du kan varken se ett extra avsnitt av din favoritserie eller sova märkbart längre. Det verkliga problemet ligger någon annanstans: en så snabb förändring av planetens rotation under så kort tid borde helt enkelt inte inträffa utan en mycket stark yttre faktor.

Så här förändrar den globala uppvärmningen jordens rotationshastighet

Forskarna förklarar hela mekanismen med hjälp av en enkel analogi med en konståkare på isen. Drar hon armarna mot kroppen börjar hon snurra snabbare. Sträcker hon ut dem bromsar hon in. Detta fenomen följer av lagen om rörelsemängdsmomentets bevarande: massa nära rotationsaxeln ökar rörelsen, medan massa längre från axeln bromsar den.

Något mycket liknande händer med jorden idag. Issmältning orsakar massiva förskjutningar av vattenmängder över hela planeten. När det finns stora glaciärer eller havsis vid polerna förblir enorma mängder vatten koncentrerade nära polerna. När isen smälter strömmar denna massa ut i världshaven och förskjuts mot lägre breddgrader.

Resultatet är en ökning av planetens så kallade tröghetsmoment och en svag inbromsning av dess rotation. Liknande förändringar har skett tidigare, men alltid extremt långsamt och som följd av naturliga processer: månens gravitationskraft, rörelse av tektoniska plattor, långsam deformation av jordskorpan eller fluktuationer inne i själva planetens kärna. Detta geologiska ”brus” verkade dock normalt i motsatt riktning och accelererade jordens rotation snarare än att bromsa den.

Varför den nuvarande takten oroar det internationella forskarteamet

Studiens författare understryker att det sedan början av 2000-talet har skett något helt utan motstycke i mänsklig civilisations måttstock. På bara två decennier har dygnet börjat växa i en takt som naturliga faktorer skulle ha behövt årtusenden för att nå. Forskarna säger det rakt ut: den nuvarande anomalin har antropogen karaktär — den härstammar från mänsklig aktivitet och utsläpp av växthusgaser.

Det betyder att klimatet har upphört att vara bara en av många faktorer som påverkar naturliga fluktuationer. Det har blivit den viktigaste aktören som förändrar det sätt vår planet roterar på. Och i sådan grad att forskarna endast en gång under de senaste 3,6 miljoner åren har funnit en takt för dygnsförlängning som motsvarar den nuvarande.

De viktigaste faktorerna som för närvarande påverkar jordens rotation:

Smältning av kontinentala glaciärer på Grönland och i Antarktis
Stigande vattennivå i världshaven, inklusive Stilla havet och Atlanten
Förskjutning av enorma vattenmängder från polerna mot ekvatorn
Förändring av massfördelningen i planetens hydrosfär
Störning av den långsiktiga balansen mellan glaciärer och havsreservoarer
Tillväxt av hela planetens tröghetsmoment
Antropogena utsläpp av koldioxid och metan som orsakar uppvärmning

Andra naturliga faktorer som månens inverkan eller tektoniska plattors rörelse fortsätter att verka, men deras inflytande överskuggas nu av den människoskapade klimatförändringen. Forskarna framhåller att detta utgör ett avgörande skifte i planetens geofysik.

Vad uppteckningar från miljoner år tillbaka avslöjar

För att förstå hur exceptionellt det nuvarande ögonblicket är reste forskarna tillbaka i tiden ända till pliocen-epoken för 3,6 miljoner år sedan. De hade naturligtvis inga direkta klockor från den perioden till sitt förfogande, så de vände sig till ”arkiv” gömda i klippor och fossil.

I centrum för deras uppmärksamhet stod mikroskopiska organismer — bentiska foraminiferer, som en gång levde på havsbotten. Deras skal innehåller grundämnen vars förhållande förändrades beroende på havsnivån. Ju mer vatten som var fångat i glaciärer, desto lägre var havsnivån. När isen smälte steg haven.

Genom att analysera den kemiska sammansättningen av sådana fossil från på varandra följande geologiska lager kan man rekonstruera flera saker samtidigt. Forskarna kunde fastställa hur havsnivåerna förändrades, vad som hände med istäcket och hur denna massförskjutning påverkade jordens rotation och dygnslängden.

Data från det förflutna är naturligtvis ofullständiga. Det är här moderna matematiska verktyg kom i spel. Teamet tillämpade en deep learning-algoritm som ”lärde sig” mönstren i kända avsnitt av uppteckningen och sedan med viss sannolikhet fyllde i de saknade perioderna. Det lyckades därmed att rekonstruera dygnsländens utveckling i ett långt perspektiv över flera miljoner år.

Ett sällsynt föregångsfall från för två miljoner år sedan jämfört med nutiden

I hela denna enorma databas över tider och händelser fann forskarna endast en episod som matchar nutidens takt för dygnsförlängning. Den ägde rum för cirka två miljoner år sedan, när jorden trädde in i en period med kraftiga klimatfluktuationer förbundna med naturliga orbitala cykler.

Istäckena utvidgades och drog sig då tillbaka i en rytm som varade tiotusentals år. Konsekvensen var en förskjutning av vattenmängder mellan polerna och resten av planeten, som faktiskt bromsade rotationen. Skillnaden är att den processen pågick över mycket långa astronomiska cykler, medan den nuvarande drivs av människoskapade utsläpp — i tid mätt i decennier.

Om växthusgasutsläppen förblir på nuvarande kurs uppskattar forskarna att takten för dygnsförlängning före slutet av 2000-talet skulle kunna stiga till cirka 2,62 millisekunder per sekel. Det är ett värde som överstiger månens inverkan på vår planets rotation. Sett från vardagslivets perspektiv är dessa millisekunder omärkliga. Sett från de teknologiers perspektiv som civilisationen vilar på är det däremot en helt annan historia.

När klockorna slutar stämma överens med jordens rotation och hotar infrastrukturen

Den moderna världen fungerar eftersom nästan allt delar en gemensam, precis tidsreferens. Datornätverk, internet, satelliter, finansmarknader — överallt är bråkdelar av sekunder avgörande. Grunden för dem är atomklockor, globalt synkroniserade och knutna till den så kallade koordinerade universaltiden UTC.

Även den minsta avvikelsen mellan atomtid och jordens faktiska rotation kan kräva kostsamma korrigeringar i hela den digitala infrastrukturen. Lösningen hittills har varit de så kallade skottsekunder som då och då läggs till för att ”inhämta” jordens skiftande rotationshastighet. Omfattningen av de störningar de nya undersökningarna beskriver tyder på att sådana lösningar i framtiden möjligen inte kommer att vara tillräckliga eller blir svåra att tillämpa i sin nuvarande form.

Potentiella konsekvenser kommer bland annat att drabba dessa system:

GPS och andra satellitnavigationssystem som kräver extremt precis synkronisering
Energinätverk som i realtid balanserar produktion och förbrukning av elektricitet
Satellittelekommunikation och klimatövervakning från omloppsbana
Börsalgoritmer som genomför transaktioner i millisekunds-intervaller
Astronomiska observatorier i Chile samt radioteleskop i Australien
Servernätverk hos Google, Amazon Web Services och Microsoft Azure

Forskarna lugnar oss med att de kumulativa problemen snarare kommer att uppstå i en fjärmare framtid än under den nuvarande generationens livstid. Det förändrar emellertid inte det faktum att dessa förändringar redan idag måste tas i beaktande vid utformningen av system som ska fungera felfritt i decennier.

Varför dessa millisekunder är en varning och inte bara en kuriositet

Jordens inbromsning kan lätt avfärdas som en ”kosmisk detalj” som uteslutande intresserar geofysiker. Ett sådant tankesätt leder lätt till den felaktiga slutsatsen att det bara handlar om en vetenskaplig kuriositet. I verkligheten har vi att göra med ännu en mycket tydlig signal om hur djupt mänskligheten ingriper i hela planetens funktion.

Vi omformar inte bara klimatet utan också massfördelningen på jorden, dess rörelse och de klockor som bestämmer tiden. Framtida generationer kommer att behöva styra en alltmer komplex tidsinfrastruktur, anpassad till en planet som inte längre roterar som under 1900-talet. Varje ytterligare grad uppvärmning medför inte bara extrema väderfenomen och migration av miljoner människor från översvämmade områden.

Det handlar också om en rad tysta, nästan oundvikliga förskjutningar i själva jordens ”mekanism”. Inverkan på dygnslängden är en av dem — osynlig på ditt armbandsur, men mycket tydlig i vetenskapliga data. Det är värt att överväga hur långt vi är villiga att gå i experimentet med den planet vi lever på.