Zmiany klimatu dosłownie spowalniają Ziemię. Dni stają się dłuższe

Globalne ocieplenie nie tylko podnosi poziom mórz i topi lód.

Naukowcy pokazują, że zaczyna też majstrować przy długości dnia.

Nowe badania geofizyków pokazują, że rosnące oceany spowalniają obrót naszej planety. To zjawisko jest tak silne, że zaczyna przebijać naturalne, wewnętrzne procesy zachodzące w Ziemi i wymusza korektę tego, jak mierzymy czas.

Jak topniejący lód zmienia prędkość obrotu Ziemi

W ostatnich dekadach naukowcy mierzyli lekkie skracanie się dni, co wiązano głównie z ruchami jądra i płaszcza Ziemi. Te głębokie procesy potrafią odrobinę przyspieszyć lub spowolnić obrót planety. Globalne ocieplenie powinno działać odwrotnie: przesuwając masy wody z lodu polarnego do oceanów, powinno obrót hamować.

Nowa analiza pokazuje, że równowaga się odwróciła. Coraz większa ilość wody w oceanach faktycznie spowalnia ruch obrotowy Ziemi. Dni stają się dłuższe, choć na razie mówimy o ekstremalnie małych różnicach mierzalnych tylko precyzyjnymi instrumentami.

Naukowcy szacują, że długość dnia rośnie obecnie o około 1,33 tysięcznej milisekundy na każde sto lat – tempo „prawie bez precedensu” w dziejach niedawnej geologicznej przeszłości.

To pozornie śmiesznie mało, ale w geofizyce i technologii, która pracuje w skali mikrosekund, takie wartości zaczynają mieć realne znaczenie.

Efekt „łyżwiarki figurowej” w skali planety

Jednym z autorów badań jest geofizyk, który opisuje zjawisko prostą metaforą. Wyobraźmy sobie łyżwiarkę: gdy zbliża ramiona do ciała, obraca się szybciej, gdy je rozkłada – zwalnia. Działa tu zasada zachowania momentu pędu.

Dokładnie to samo dzieje się z Ziemią:

• gdy więcej masy znajduje się blisko osi obrotu (lód na biegunach), planeta kręci się odrobinę szybciej,
• gdy masa przesuwa się ku równikowi (woda w oceanach), obrót zwalnia, a dzień minimalnie się wydłuża.

Topnienie lądolodów i lodowców przenosi biliony ton wody z regionów polarnych właśnie w rejony bliżej równika. W efekcie Ziemia zachowuje się tak, jakby „wyciągała ręce na boki”. Moment bezwładności rośnie, prędkość obrotu maleje.

Od początku XXI wieku długość dnia zwiększa się w tempie, do którego naturalne procesy wewnętrzne potrzebowałyby tysięcy lat. To sygnał, że klimat zaczął dominować nad głębokimi procesami geologicznymi.

Naturalne wahania zawsze były, lecz trwały znacznie dłużej

Ziemia nigdy nie obracała się jak idealny zegarek. Jej ruch od dawna korygują różne zjawiska: pływy wywoływane przez Księżyc, ruchy płyt tektonicznych, powolne „odbijanie” skorupy po zlodowaceniach czy przepływy materii w jądrze i płaszczu.

Te czynniki zmieniają długość dnia, ale zwykle mówimy o skali setek tysięcy albo milionów lat. Obecne tempo zmian mieściło się dotąd raczej w domenie bardzo powolnych, naturalnych cykli astronomicznych.

Teraz obraz się zmienił. W ciągu zaledwie kilku dekad udało nam się wywołać efekt podobny do tego, który w przeszłości zajmował liczne tysiące lat. I to właśnie niepokoi badaczy najbardziej.

Podróż 3,6 mln lat wstecz: co mówią skamieniałości

Aby zrozumieć, jak wyjątkowa jest obecna sytuacja, zespół badawczy sięgnął do geologicznej „pamięci” planety. Naukowcy cofnęli się aż o 3,6 miliona lat, w głąb epoki zwanej pliocenem, a dokładniej jej późnej części.

Klucz do tej podróży stanowiły mikroskopijne skamieniałości – otwornice denne. To jednokomórkowe organizmy, które żyły na dnie oceanów. Ich szkieleciki zachowały w swoim składzie chemicznym ślad po warunkach środowiskowych, w tym po poziomie mórz.

Badacze odtworzyli dawne poziomy oceanów, analizując zmiany w składzie chemicznym tych skamieniałości. Poziom morza zależał od zasięgu dawnych lądolodów: gdy lód był rozległy, wody w oceanach ubywało, gdy topniał – poziom rósł. Z tego można wywnioskować, jak rozkładała się masa na Ziemi i jak mogło to wpływać na prędkość obrotu planety.

Sztuczna inteligencja w służbie paleoklimatu

Dane z dawnych epok są pełne luk. Dlatego zespół sięgnął po narzędzia AI – konkretnie po probabilistyczny algorytm deep learning. Uczono go rozpoznawania wzorców w niepełnych danych i szacowania brakujących fragmentów wraz z poziomem niepewności.

Na tej podstawie naukowcy zrekonstruowali zmiany poziomu mórz w długiej, sięgającej milionów lat skali czasowej. Następnie połączyli je z modelami fizycznymi, które opisują wpływ rozmieszczenia mas na długość dnia. Powstała chronologia pokazująca, jak długość doby zmieniała się na przestrzeni 3,6 miliona lat.

W całym badanym okresie badacze znaleźli tylko jeden epizod, w którym tempo wydłużania dnia było zbliżone do dzisiejszego – dwa miliony lat temu, w czasie wyjątkowo silnych, naturalnych cykli zlodowaceń.

Wtedy ten proces trwał dziesiątki tysięcy lat i wynikał z powolnych zmian w nasłonecznieniu Ziemi wywołanych przez jej ruch orbitalny. Obecnie człowiek osiąga podobny efekt w kilka dekad, głównie spalając paliwa kopalne.

Prognoza do 2100 roku: człowiek pokona Księżyc

Jeśli emisje gazów cieplarnianych pozostaną na dzisiejszym poziomie, modele sugerują, że wydłużanie dnia przyspieszy. Pod koniec stulecia doba może rosnąć już w tempie około 2,62 tysięcznej milisekundy na sto lat.

Dla laika to nadal niezauważalna zmiana. Dla geofizyka oznacza to jednak sytuację, w której wpływ człowieka staje się silniejszy niż efekt grawitacyjny Księżyca na obrót Ziemi. A to już naprawdę mocne stwierdzenie, pokazujące skalę ingerencji ludzkości w procesy planetarne.

Dlaczego ułamki milisekundy mają znaczenie

Ktoś mógłby wzruszyć ramionami: cóż z tego, że doba się wydłuży o tysięczne części milisekundy? Dla codziennego życia ta zmiana jest niemal niezauważalna. Problem tkwi w tym, że cała nowoczesna infrastruktura opiera się na niezwykle precyzyjnej synchronizacji czasu.

Przykłady systemów, które wymagają zgodności zegarów z obrotem Ziemi, można wymieniać długo:

• zegary atomowe utrzymujące jednolite skale czasu,
• satelity GPS i inne systemy nawigacyjne,
• sieci energetyczne równoważące popyt i podaż w czasie rzeczywistym,
• platformy finansowe wykonujące tysiące transakcji w milisekundach,
• satelity obserwujące atmosferę i oceany.

Im większy rozdźwięk między czasem atomowym a rzeczywistym obrotem Ziemi, tym częściej trzeba wprowadzać korekty, na przykład w postaci dodatkowych sekund przestępnych. To za każdym razem skomplikowana operacja dla operatorów sieci i systemów cyfrowych, która potrafi generować błędy i przerwy w działaniu.

W długiej perspektywie rosnące tempo zmian długości dnia może zmusić naukowców i inżynierów do przeprojektowania sposobu, w jaki definiujemy i dystrybuujemy czas w globalnych systemach technicznych.

Zmiany klimatu przenikają do zegarków, rachunków i nawigacji

Zwykle myślimy o globalnym ociepleniu w kontekście fal upałów, powodzi, susz czy migracji ludności. Te skutki są namacalne. Spowalnianie obrotu Ziemi to efekt z innej półki: nie widać go, ale wpływa na fundamenty cywilizacji technicznej.

Jeśli tendencja się utrzyma, inżynierowie będą musieli coraz częściej modyfikować oprogramowanie systemów satelitarnych i sieci energetycznych, dostosowywać algorytmy zarządzające ruchem lotniczym i morską nawigacją. Każda dodatkowa warstwa złożoności zwiększa ryzyko błędów, awarii czy ataków wykorzystujących luki w synchronizacji.

Warto tu podkreślić jeszcze jeden aspekt: długość dnia to tylko jeden z wielu „cichych” sygnałów, że ingerujemy w funkcjonowanie planety na poziomie dotąd zarezerwowanym dla procesów kosmicznych i geologicznych. Gospodarka, energetyka, rolnictwo czy transport już odczuwają skutki zmian klimatycznych. Teraz dochodzi do tego jeszcze drobne, ale realne rozregulowanie globalnej „metrum” czasu.

Co z tego wynika dla zwykłego człowieka

Dzisiejszy czytelnik nie zauważy, że jego dzień trwa odrobinę dłużej niż sto lat temu. To zjawisko jest zbyt subtelne dla zmysłów. Zauważalne staje się dopiero na poziomie instrumentów i systemów, z których korzystamy nieświadomie każdego dnia – od smartfona po samolot.

W dłuższej perspektywie ten typ badań ma jeszcze jedną funkcję: pokazuje, że globalne ocieplenie nie jest „tylko” problemem pogodowym. To proces, który wnika w samą fizykę naszej planety. Ten sam dwutlenek węgla, który ogrzewa atmosferę, przez łańcuch sprzężeń powoduje, że inaczej rozkłada się masa na Ziemi, inaczej kręci się planeta, inaczej musimy definiować pojęcie sekundy.

Dzięki takim pracom możemy lepiej ocenić, jak głęboko sięgają konsekwencje naszych emisji. Od poziomu lokalnej rzeki aż po ruch obrotowy całej Ziemi – to wciąż efekt jednego procesu: gwałtownie przyspieszonej działalności człowieka na planecie, która przywykła działać w znacznie dłuższych skalach czasu.