En förändring som få anar
Global uppvärmning höjer inte bara havsnivåerna och påskyndar issmältningen. Forskare visar nu att den även håller på att manipulera med dygnets längd.
Ny forskning från geofysiker avslöjar att smältande isar omfördelar vattenmassorna på jorden så effektivt att planetens rotationshastighet faktiskt förändras. Resultatet är att dagen bokstavligen blir längre – om än i en skala som ingen människa kan uppfatta utan avancerade laboratorier och extremt precisa klockor.
Varför klimatförändringen påverkar dygnets längd
Sambandet mellan klimat och dygnets längd låter som science fiction, men det bygger på enkel fysik. Det handlar om hur massa fördelas på jorden – is, vatten och berggrund. När polernas istäcken smälter forsar enorma vattenmängder ut i världshaven och rör sig mot ekvatorn.
Till följd av issmältningen beter sig jorden som en konståkare som "breder ut armarna" – rotationen saktar in och dagen blir en aning längre.
Ju mer massa som befinner sig längre från rotationsaxeln, desto större blir planetens så kallade tröghetsmomentet. För att bevara energin måste rotationshastigheten då minska. Dygnet förlängs. Det här fenomenet har alltid funnits, eftersom jorden inte är en stel kula. Dess rörelse påverkas av:
- månens dragningskraft och tidvattnet i oceanerna,
- tektoniska plattors rörelser,
- jordskorpans långsamma "studs" efter istiderna,
- förändringar i planetens inre – i kärnan och manteln.
Under de senaste decennierna har dessa krafter vanligtvis påskyndat jordens rotation något snabbare än klimatet bromsade den. Nu tippar balansen åt andra hållet. Enligt en ny analys ökar dygnets längd med ungefär 1,33 millisekunder per hundra år. Det låter litet, men i geologisk skala är det enormt mycket på extremt kort tid.
Vad forskarna faktiskt mätte
Resultaten publicerades i den vetenskapliga tidskriften Journal of Geophysical Research: Solid Earth. Ett team av geodeter och geofysiker kombinerade moderna observationer med analyser av planetens avlägsna förflutna.
Forskarna bakom studien är tydliga: en så snabb förlängning av dygnet är "nästan utan motstycke" i jordens moderna historia och är till sin natur helt och hållet antropogen – det vill säga orsakad av människan.
Enligt deras beräkningar kan takten för inbromsningen, om utsläppen av växthusgaser förblir på liknande nivåer, öka till cirka 2,62 millisekunder per sekel fram till slutet av detta århundrade. Det anmärkningsvärda är att det skulle innebära en starkare effekt än månens påverkan på jordens rotation. Det är ett tydligt tecken på att mänsklig inblandning i klimatsystemet nu matchar naturliga, kosmiska krafter som format jordens rörelse sedan urminnes tider.
Hur forskarna såg 3,6 miljoner år bakåt i tiden
För att bedöma om de nuvarande förändringarna verkligen är exceptionella behövde forskarna rekonstruera hur dygnets längd varierat över en mycket lång tidsperiod. De gick hela 3,6 miljoner år tillbaka, till en epok som kallas sen pliocen. Det var en tid då klimatet var varmare än idag och havsnivåerna högre, men processerna skedde naturligt och långsamt.
Nyckeln till rekonstruktionen visade sig vara mikroskopiska fossil – bentoniska foraminiferer. Det är encelliga organismer som lever på havsbottnen. Deras skal innehåller information om de förhållanden som rådde i vattnet när de bildades, bland annat havsnivå och temperatur.
Den kemiska sammansättningen i foraminiferskal fungerar som ett historiskt register som avslöjar hur högt haven stod och hur stora de forna istäckena var.
Ju större glaciärer, desto mer vatten är "inlåst" på land och havsnivåerna sjunker. När isen smälter stiger haven och vattenmassorna förflyttas mot ekvatorn. Detta gör det möjligt att koppla samman historiska variationer i havsnivå med förändringar i jordens rotationshastighet.
Artificiell intelligens i geologins tjänst
Geologiska data är alltid ofullständiga. I bergs- och fossilregistret finns luckor, och lager kan ha förstörts eller förflyttats. Därför vände sig teamet till ett modernt verktyg: en probabilistisk algoritm av typen deep learning.
Modellen tränades för att känna igen mönster i tillgängliga data och med en viss säkerhetsnivå uppskatta de saknade delarna av havsnivåns historia. Genom att sedan kombinera dessa uppskattningar med kunskap om hur forntida glaciärer betedde sig kunde forskarna rekonstruera hur dygnets längd förändrats under miljontals år.
| Tidsperiod | Förändring av dygnets längd | Huvudorsak |
|---|---|---|
| 3,6–2 miljoner år sedan | Långsamma, naturliga variationer | Astronomiska cykler, glaciärförändringar |
| Ca 2 miljoner år sedan | Liknande takt som idag | Mycket intensiva naturliga glaciärcykler |
| 2000-talet | Kraftig förlängning av dygnet på decennier | Antropogen global uppvärmning |
Under hela den undersökta tidsperioden var det bara en enda epok – för cirka 2 miljoner år sedan – som uppvisade en liknande förändringstakt för dygnets längd. Skillnaden är att den processen tog tiotusentals år. Idag åstadkommer vi en jämförbar effekt på bara några decennier, huvudsakligen genom förbränning av kol, olja och gas.
Spelar ett längre dygn någon roll för vanliga människor?
En förlängning av dygnet med en bråkdel av en millisekund innebär inte att vi plötsligt får några extra minuters sömn eller arbetstid. I vardagslivet är skillnaden helt omärkbar. Problemen uppstår där extrem tidsprecision är avgörande.
Den moderna civilisationen vilar på atomklockor. Internet, GPS, energisystem och finansiella nätverk – allt kräver synkronisering ner till mikrosekunden.
Om jordens rotation i allt högre grad avviker från den sekund-definition som fysiker använder måste den officiella universella tiden korrigeras. Det sker med hjälp av så kallade skottsekunder – extra sekunder som med jämna mellanrum läggs till i den koordinerade universella tiden UTC. Alltför frekventa eller oregelbundna korrigeringar skapar förvirring i IT-system och nätverk som hittills vant sig vid en relativt stabil rytm.
Med klimatets växande påverkan på jordens rotation kan sådana korrigeringar bli mer komplexa. Det finns risk för störningar i navigationssatelliter, synkroniseringsfel i elnät och avbrott i snabba börstransaktioner. Det är scenarier som utspelar sig långt fram i tiden, men ingenjörer måste redan nu ta hänsyn till dem när de utformar framtidens system.
När klimatet konkurrerar med månen
I miljarder år har månen varit jordens viktigaste "klockmakare". Dess gravitation skapar tidvatten som mycket långsamt avleder energi från planetens rotation och driver satelliten allt längre bort. Det är därför dygnen var kortare i det avlägsna förflutna och gradvis har blivit längre.
Nu kliver en ny aktör in på arenan – människan. Utsläpp av växthusgaser och den därav följande issmältningen håller på att modifiera detta urgamla samspel. Den prognostiserade förlängningen av dygnet mot slutet av 2000-talet kan, om trenden inte vänder, komma att överträffa månens effekt.
Ur ett fysikaliskt perspektiv innebär det att den industriella civilisationen inför en störning i systemet jord–måne som är jämförbar med påverkan från ett enormt himlakropp. Ur ett klimatperspektiv är det ytterligare ett bevis på hur långt mänsklig inblandning i processer som en gång ansågs vara fullständigt naturliga faktiskt har gått.
Vad mer kan förändras
En modifiering av rotationshastigheten är bara en av konsekvenserna av planetens överhettning. Förändringen i massfördelning påverkar också:
- satellitbanor – även minimala skillnader i gravitationsfältet ackumuleras i deras långvariga omloppsbanor,
- vattenmassors fördelning i oceanerna – vilket hänger samman med kustnära erosion och frekvensen av stormfloder,
- spänningar i jordskorpan – och därmed indirekt risken för jordbävningar i vissa regioner.
Det handlar inte om katastrofscenarier rakt ur en actionfilm, men det visar tydligt att klimatförändringen fungerar som en reglage som är kopplad till ett helt paket av geofysikaliska fenomen. Man förlorar kontrollen inte bara över lufttemperaturen, utan också över rörelserna hos vatten, is, berggrund och – på sikt – planetens egen rotationsaxel.
Tid som klimatförändringens dolda offer
Vi talar ofta om smältande glaciärer, torka och extrema värmeböljor. Mer sällan uppmärksammar vi att klimatförändringen tränger in i själva definitionen av hur vi räknar minuter och sekunder. Den geologiska klockan och atomklockan, som vanligtvis håller ungefär samma takt, börjar sakta glida isär.
För en genomsnittlig jordbo kommer dessa bråkdelar av millisekunder att förbli omärkbara under mycket lång tid framöver. För ingenjörer inom navigationssystem, operatörer av elnät och team ansvariga för internets infrastruktur är det ytterligare en källa till komplexitet som måste beaktas när man planerar decennier framåt.
Hela den här historien är också en stark påminnelse om att global uppvärmning inte stannar vid "vädret utanför fönstret". Den når mycket djupare – ner till de fysikaliska grunderna för hur vår planet fungerar, inklusive hur snabbt den snurrar kring sin egen axel. Det är inte bara klimatet som förändras, utan själva rytmen i dygnet som vi alltid har anpassat vårt liv, vår teknik och vår ekonomi efter.
