Klimatförändringar förlänger dygnet – vetenskapen chockad

Jorden snurrar långsammare – och vi är ansvariga

Banbrytande fynd från geofysiker avslöjar att smältande glaciärer och stigande havsnivåer faktiskt bromsar vår planets rotation. Visserligen rör det sig om bråkdelar av ett sekund, men takten i förändringen och de kommande konsekvenserna oroar på allvar de experter som arbetar med exakt tidmätning.

Under flera decennier visade mätningar att dygnet blivit aningen kortare under de senaste femtio åren. Nu har trenden vänt. Ett forskarlag som publicerat sina resultat i Journal of Geophysical Research: Solid Earth visar att dygnets längd börjar öka – i en takt som nästan saknar motstycke i jordens geologiska historia.

1,33 millisekunder per århundrade – vad innebär det egentligen?

Enligt forskningens beräkningar förlängs dygnet för närvarande med ungefär 1,33 millisekunder per århundrade, främst på grund av mänsklig påverkan. Vid första anblicken låter det som nästan ingenting. Du hinner inte se ett extra avsnitt av din favoritserier, och du kommer inte märka att du sover längre.

Men problemet ligger någon annanstans. En så snabb förändring av planetens rotation på så kort tid borde helt enkelt inte ske utan en mycket kraftfull yttre faktor. Forskare från flera universitet är överens om att den globala uppvärmningen gripit in i en mekanism som fungerat i miljontals år utan någon nämnvärd förändring.

Fördelningen av vattenmassa på planeten förändras snabbare än någonsin under modern tid. När vattenmassorna flyttas från polära områden mot ekvatorn förändras jordens tröghetsmoment, och rotationen saktar ner.

Konståkareffekten på planetär nivå

Forskarna förklarar fenomenet med hjälp av en enkel analogi från isbanan. När en konståkare drar in armarna mot kroppen börjar hon snurra snabbare. Sträcker hon ut dem – minskar hastigheten. Detta följer av lagen om rörelsemängdsmomentets bevarande: massa närmare rotationsaxeln ökar hastigheten, medan massa fördelad längre bort bromsar den.

Något väldigt liknande händer med jorden idag. När glaciärer och havsistäcken är utbredda förblir en enorm vattenmassa koncentrerad nära polerna. I takt med att isen smälter rör sig denna massa ut i oceanerna och förskjuts mot lägre breddgrader. Det ökar planetens tröghetsmoment och får rotationen att avta något.

Tidigare förekom sådana förändringar oerhört långsamt och härstammade från naturliga processer: månens påverkan, tektoniska plattors rörelse, långsam deformation av jordskorpan eller variationer i själva planetens kärna. Men detta geologiska bakgrundsbrus verkade vanligtvis i motsatt riktning – det accelererade snarare rotationen än bromsade den.

Forskare från Massachusetts Institute of Technology och andra institutioner har dokumenterat att förändringstakten accelererat dramatiskt sedan år 2000. I databaser över geologiska uppteckningar fann de ingen jämförbar förändring över en så kort period. Upptäckten framkom efter analys av data från satelliterna GRACE och GRACE-FO, som övervakar jordens gravitationsfält.

Vad berättar uppteckningar från geologiskt djup för oss?

För att förstå hur exceptionellt detta ögonblick är gick forskarna 3,6 miljoner år tillbaka i tiden till pliocen-epoken. Naturligtvis fanns inga klockor från den tiden, så de använde sig av ”arkiv” bevarade i bergarter och fossiler.

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

Genom att analysera den kemiska sammansättningen av sådana försteningar från successiva geologiska lager kan man rekonstruera följande:

• Hur havsnivåerna förändrades under olika epoker
• Vad som hände med istäckena i Grönland och Antarktis
• Hur denna omfördelning av massa påverkade jordens rotation
• Vad den faktiska dygnslängden var för miljoner år sedan
• Vilka perioder som visade en jämförbar förändringstakt med nutiden
• Vad skillnaden var mellan naturliga och människoskapade faktorer

Data från forntiden är naturligtvis ofullständiga. Det är här moderna matematiska verktyg trädde in. Teamet använde en deep learning-algoritm som ”lärde sig” mönster i kända fragment av uppteckningen och sedan med viss sannolikhet fyllde i de saknade perioderna. Därigenom lyckades man rekonstruera utvecklingen av dygnslängden över en lång, flermiljoner år lång tidshorisont.

Forskare från University of California analyserade sediment från Stilla havet och Atlanten. I hela denna enorma databas över tider och händelser fann de endast en episod som matchar nutidens tempo för förlängning av dygnet. Den ägde rum för cirka 2 miljoner år sedan, när jorden var på väg in i en period med kraftiga klimatsvängningar förknippade med naturliga orbitala cykler.

Varför den nuvarande förändringen är utan motstycke i nyare historia

Då expanderade och krympte istäckena i en rytm med ett förlopp på tiotusentals år. Som en följd av detta flyttade vattenmassorna sig mellan polerna och resten av planeten, vilket faktiskt bromsade rotationen. Skillnaden är att den dåvarande processen pågick i mycket långa astronomiska cykler, medan den nuvarande drivs av oss – i tid mätt i årtionden.

Författarna till studien understryker att det från början av 2000-talet har skett något hittills osett i den mänskliga civilisationens måttstock. Under bara två årtionden började dygnets längd öka i en takt som naturliga faktorer skulle ha behövt hela årtusenden för att uppnå.

Forskarna säger det rakt ut: den nuvarande anomalin är av antropogen natur – den härstammar från mänsklig aktivitet och utsläpp av växthusgaser. Det betyder att klimatet slutat att bara ”bidra” till naturliga svängningar. Det har blivit den primära aktören som förändrar sättet vår planet roterar på. I den grad att en förlängningstakt för dygnet som är jämförbar med nutidens endast hittats en gång under de senaste 3,6 miljoner årens historia.

Om utsläppen av växthusgaser förblir på nuvarande nivå uppskattar forskarna att takten för förlängning av dygnet före utgången av 2000-talet kan stiga till cirka 2,62 millisekunder per århundrade. Det är en storlek som överträffar månens inflytande på vår planets rotation.

Sett från vardagslivets perspektiv är dessa millisekunder omärkliga. Från perspektivet av de teknologier som civilisationen bygger på är det en helt annan historia. Klimatologer från Goddard Institute for Space Studies varnar för att effekterna kommer att ackumuleras snabbare än ursprungligen antagits.

När slutar atomur att stämma överens med planetens rotation?

Den moderna världen fungerar eftersom nästan allt delar en gemensam, exakt tidsreferenspunkt. Datornätverk, internet, satelliter, finansmarknader – överallt är bråkdelar av sekunder avgörande. Grunden är atomur som är synkroniserade globalt och kopplade 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. Hittills har lösningen varit så kallade skottsekunder, som tillfälligt läggs till för att ”ta igen” den skiftande rotationshastigheten. Omfattningen av störningarna som de nya studierna redogör för antyder att sådana tillfälliga lösningar i framtiden möjligen inte kommer att räcka eller blir svåra att tillämpa i sin nuvarande form.

De potentiella konsekvenserna kommer bland annat att beröra:

• GPS-system och annan satellitnavigering som kräver extremt exakt synkronisering
• Elnät som i realtid balanserar produktion och förbrukning av elektricitet och måste justera sina algoritmer
• Satellitbaserad kommunikation och klimatobservationer från omloppsbana som kräver ny kalibrering
• Börsalgoritmer som utför transaktioner i millisekunder och måste ta nya parametrar i beaktande

Ingenjörer från European Space Agency arbetar redan på system som automatiskt kan kompensera för dessa förändringar. Forskarna lugnar med att de ackumulerade problemen snarare kommer att uppstå i en mer avlägsen framtid än under de nuvarande generationernas livstid. Det förändrar dock inte att man redan idag måste ta dessa förändringar i beaktande vid design av system som ska fungera felfritt i årtionden framöver.

Millisekunder som varning till kommande generationer

En inbromsning av jordens rotation kan avfärdas som en ”kosmisk detalj” som uteslutande intresserar geofysiker. Detta tankesätt leder lätt till den felaktiga slutsatsen att det bara handlar om en vetenskaplig kuriositet. I verkligheten har vi att göra med ytterligare en mycket tydlig signal om hur djupgående mänskligheten griper in i hela planetens funktion.

Vi omformar inte bara klimatet, utan också fördelningen av massa på jorden, dess rörelse och de ur som tiden fastställs efter. Kommande generationer måste hantera en alltmer komplex tidsinfrastruktur, anpassad till en planet som inte längre roterar som under 1900-talet.

Från ett praktiskt perspektiv betyder varje ytterligare grad av uppvärmning inte bara extrema väderfenomen och migration av miljontals människor från översvämlade områden. Det är också en serie tysta, nästan irreversibla förskjutningar i själva jordens ”mekanism”. Påverkan på dygnets längd är en av dem – osynlig på armbandsuren, men mycket tydlig i vetenskapliga data. Det återstår bara att hoppas att vi förmår att ta dessa signaler på allvar i tid och anpassa våra handlingar därefter.