Globalne ocieplenie spowalnia Ziemię. Naukowcy: nasze doby się wydłużają

Topniejące lody na biegunach nie tylko podnoszą poziom mórz.

Nowe badania pokazują, że wpływają też na samą długość dnia.

Brzmi jak scenariusz filmu science fiction: ludzie zmieniają klimat tak mocno, że planeta zaczyna obracać się wolniej. Naukowcy pokazują jednak, że to realny efekt topnienia lodowców i rosnących oceanów. Zmiana jest mikroskopijna w skali dnia, ale ogromna w skali geologicznej i technicznej cywilizacji.

Ziemia zwalnia przez przemieszczenie mas wody

Badanie opublikowane w Journal of Geophysical Research: Solid Earth opisuje zaskakujący skutek globalnego ocieplenia. Wraz z tym, jak lód z Grenlandii i Antarktydy zamienia się w wodę, ogromne masy przemieszczają się z rejonów polarnych w stronę równika. A to zmienia sposób, w jaki obraca się nasza planeta.

Zmiana długości dnia jest szacowana na 1,33 milisekundy na każde sto lat – i to głównie z powodu działalności człowieka.

Żeby to lepiej wyobrazić, badacze porównują Ziemię do łyżwiarki figurowej. Gdy łyżwiarka przyciąga ręce do siebie, obraca się szybciej. Gdy wyciąga je na boki, zwalnia. Z planetą dzieje się coś podobnego: gdy masa jest bliżej osi obrotu (w pobliżu biegunów), Ziemia wiruje minimalnie szybciej. Gdy masa przesuwa się ku równikowi, ruch zwalnia.

Do tej pory na prędkość obrotu wpływały głównie procesy naturalne: siła grawitacji Księżyca, ruchy płyt tektonicznych, odkształcenia skorupy pod wpływem pływów czy powolne „odbicie” lądów po epokach lodowcowych. Te procesy działały tysiące lub miliony lat. Teraz człowiek wprowadził do tego układu zmianę, która w zaledwie kilka dekad potrafi przebić naturalne tempo.

Tempo zmian zaskoczyło badaczy

Już wcześniejsze analizy sugerowały, że w ostatnich dekadach długość dnia lekko się skracała. Wtedy silniej działały procesy w głębi planety, które przyspieszały ruch obrotowy. Teraz równowaga się odwróciła: efekt klimatu przeważa i doby zaczynają się wydłużać.

Naukowcy podkreślają, że tak szybka zmiana jest „prawie bez precedensu” w historii geologicznej. W ich ocenie można ją w zasadzie w całości powiązać z działalnością człowieka: emisją gazów cieplarnianych, przyspieszonym topnieniem lodu i wzrostem poziomu mórz.

To, co naturalne procesy osiągałyby przez tysiące lat, my generujemy w skali jednego pokolenia.

Jak to w ogóle zmierzono? 3,6 miliona lat historii Ziemi

Aby sprawdzić, czy obecna sytuacja jest wyjątkowa, zespół badawczy cofnął się niezwykle daleko: aż 3,6 miliona lat w przeszłość. Ten okres geologiczny, zwany pliocenem, był cieplejszy od współczesności, a poziom mórz wyższy. Dawał więc dobry punkt odniesienia.

Kluczową rolę odegrały mikroskopijne organizmy – otwornice denne żyjące na dnie oceanów. Ich pancerzyki zachowane w osadach zawierają zapis chemiczny warunków panujących w dawnych morzach. Z ich analizy można wywnioskować, jak bardzo były w danym czasie rozbudowane lądolody, a więc i jaki był poziom oceanów.

Im więcej lodu na biegunach, tym większa masa skupiona jest bliżej osi obrotu i tym niższy poziom mórz. Gdy pokrywy lodowe topnieją, woda trafia do oceanów, poziom rośnie, a masa przesuwa się ku równikowi. Ta zmiana rozmieszczenia mas wpływa na prędkość obrotu naszej planety.

AI w służbie geologii

Dane z osadów są niepełne – w wielu okresach brakuje ciągłego zapisu. Zespół zastosował więc algorytmy typu deep learning, które potrafią odtwarzać brakujące fragmenty na podstawie istniejących wzorców. Model probabilistyczny wyliczał najbardziej prawdopodobne wartości poziomu mórz tam, gdzie brakowało próbek.

Na tej podstawie badaczom udało się odtworzyć zmiany długości dnia na przestrzeni 3,6 miliona lat.

W tak szerokim oknie czasowym znaleziono tylko jeden okres, w którym tempo wydłużania doby przypominało to mierzone obecnie. Około 2 miliony lat temu lądolody przechodziły wyjątkowo intensywne cykle narastania i topnienia. Zmieniało to rozmieszczenie mas na Ziemi na tyle mocno, że wpływało na jej ruch obrotowy w skali tysięcy lat. Dziś człowiek odtwarza podobny efekt w tempie wielokrotnie szybszym.

Co się stanie do końca wieku?

Jeśli emisje gazów cieplarnianych utrzymają się na obecnym poziomie, badacze przewidują, że do 2100 roku doby będą dłuższe o około 2,62 milisekundy na każde sto lat. To więcej niż wpływ samego Księżyca na obrót naszej planety.

Dla pojedynczego człowieka różnica jest praktycznie niewyczuwalna. Nie dostaniemy dodatkowej minuty snu ani nie obejrzymy dłuższego odcinka serialu. Problem leży gdzie indziej: cała nowoczesna infrastruktura zakłada, że zegar jest absolutnie precyzyjny, a obrót Ziemi przewidywalny.

Kiedy ułamki sekund zaczynają mieć znaczenie

Niewielkie różnice w długości dnia mają wpływ na systemy bazujące na ekstremalnej precyzji czasu. Nawet milisekundy mogą się kumulować i tworzyć realne zagrożenia, jeśli nie uwzględnimy ich w odpowiednio wczesnych korektach.

• Internet: serwery na całym globie synchronizują zegary z pomocą czasu atomowego i odniesienia do obrotu Ziemi.
• GPS: satelity nawigacyjne obliczają pozycję na podstawie pomiaru czasu z dokładnością do nanosekund.
• Lotnictwo i żegluga: trasy i systemy bezpieczeństwa korzystają z precyzyjnych danych nawigacyjnych i czasowych.
• Energetyka: sieci elektroenergetyczne równoważą produkcję i zużycie w czasie rzeczywistym.
• Rynki finansowe: algorytmy wykonują tysiące transakcji w ciągu jednej milisekundy.

Jeśli czas astronomiczny „ucieknie” względem czasu atomowego, trzeba będzie coraz częściej wprowadzać poprawki, by systemy nie zaczęły działać niespójnie.

Równanie czasu: sekundy przestępne i dalsze modyfikacje

Już dziś naukowcy regularnie korygują różnice między czasem odmierzanym przez obrót Ziemi a czasem atomowym. Służą do tego tzw. sekundy przestępne – co pewien czas dopisuje się jedną sekundę do oficjalnego czasu, aby wyrównać narastające opóźnienie lub przyspieszenie.

Jeśli spowalnianie obrotu Ziemi przyspieszy z powodu zmian klimatycznych, kalendarz takich korekt stanie się bardziej napięty. Każda z nich wymaga dostosowania oprogramowania, systemów satelitarnych, sieci telekomunikacyjnych czy urządzeń wrażliwych na czas. To z pozoru drobne zmiany, które niosą duże koszty i ryzyko błędów.

Zmiana klimatu uderza nawet w pojęcie czasu

Dla wielu osób globalne ocieplenie kojarzy się głównie z falami upałów, suszami, powodziami czy zanikaniem gatunków. Nowe badanie pokazuje, że skala ingerencji człowieka sięga głębiej: dotyka samej mechaniki planety i tego, jak odmierzamy czas.

Wydłużanie doby nie jest bezpośrednim zagrożeniem dla zdrowia, ale odsłania rozmiar wpływu cywilizacji na Ziemię. Jeśli ludzkość potrafi przyspieszyć zmiany, które normalnie trwają tysiące lat, to równie gwałtowne mogą okazać się inne skutki – od destabilizacji ekosystemów po większe ryzyko awarii infrastruktury krytycznej.

Dla inżynierów i specjalistów od systemów czasu to dodatkowe wyzwanie: uwzględnić w projektach nie tylko naturalne czynniki, lecz także klimat zmieniający się w tempie niespotykanym w historii. Coraz częściej pojawia się pytanie, jak długo obecny sposób definiowania i korekty czasu pozostanie praktyczny, jeśli proces spowalniania będzie przybierał na sile.

Z drugiej strony ten pozornie abstrakcyjny efekt daje dość obrazową lekcję. Pokazuje, że spalając paliwa kopalne i wycinając lasy, nie tylko podnosimy poziom mórz i zmieniamy pogodę. Przestawiamy dosłownie tryby ogromnego zegara, jakim jest planeta, a każda dodatkowa tona CO₂ w atmosferze to kolejny, drobny impuls spychający ten zegar z naturalnego rytmu.