Topniejące lodowce zmieniają kształt Ziemi. Ocieplenie wydłuża dobę i zagraża systemom komputerowym

Naukowcy z ETH Zurich ustalili , w jaki sposób zmiana klimatu zmienia kształt planety. Mechanizm jest w zasadzie dość prosty – rosnąca globalna temperatura sprawia, że topnieją czapy lodowe na biegunach. Woda spływa więc do oceanów i gromadzi się głównie przy równiku. Zmienia się więc rozłożenie masy na planecie, co wpływa na ruch obrotowy Ziemi. W efekcie planeta obraca się wolniej, a doba na Ziemi się wydłuża.

Jak wyjaśnił jeden z autorów badania, Benedikt Soja , profesor geodezji kosmicznej na Wydziale Inżynierii Lądowej, Środowiska i Geomatycznej w ETH Zurich: „to tak, jakby łyżwiarka figurowa wykonywała piruet, najpierw trzymając ręce blisko ciała, a następnie je rozciągając. Początkowo szybki obrót staje się wolniejszy, ponieważ masy oddalają się od osi obrotu, zwiększając bezwładność fizyczną. W fizyce mówimy o prawie zachowania momentu pędu i to samo prawo rządzi również obrotem Ziemi. Jeśli Ziemia obraca się wolniej, dni stają się dłuższe. Zmiana klimatu wpływa zatem również na długość dnia na Ziemi, choć tylko w minimalnym stopniu”.

Do tej pory na prędkość obrotu wpływał głównie Księżyc poprzez siły pływowe. Taka siła pojawia się, gdy siła grawitacji istotnie się zmienia na długości ciała niebieskiego. Część tego ciała, która znajduje się bliżej źródła siły – w tym przypadku Księżyca – jest przyciągana silniej, a część bardziej odległa – słabiej. To powoduje wybrzuszenie powierzchni wód i rozciągnięcie kształtu planety. Badacze wskazali , że jeśli antropogeniczne emisje gazów cieplarnianych będą wciąż rosły, to w końcu będzie to miało większy wpływ na prędkość obrotową Ziemi niż Księżyc, który determinował wzrost długości dnia przez miliardy lat. Na prędkość obrotu planety wpływają też pojedyncze zjawiska. Przykładowo trzęsienie ziemi w Indonezji w 2004 r. sprawiło, że nasza planeta stała się nieco mniej spłaszczona, a dzień skrócił się o 2,68 mikrosekundy (0,00268 milisekundy).

Obecnie doba na Ziemi trwa mniej więcej 86,4 tys. sekund, a ocieplenie wydłuża dzień o kolejne milisekundy. Ustalono , że przy tempie ocieplenia klimatu z lat 1900-2000 dzień wydłużał się w tempie  0,3–1 milisekundy na stulecie. Począwszy od roku 2000, ze względu na przyspieszające globalne ocieplenie, tempo wydłużania dnia wzrosło do 1,3 milisekundy na stulecie. Przy wzroście emisji gazów cieplarnianych tempo może wynieść nawet 2,6 milisekundy na stulecie.

Naukowcy wykazali również, że zmiana klimatu zachodząca na powierzchni planety może zmieniać też dynamikę jądra Ziemi. Inny autor badania, Mostafa Kiani Shahvandi , dodał : „trwające zmiany klimatu mogą zatem wpływać nawet na procesy zachodzące głęboko wewnątrz Ziemi i mieć większy zasięg niż wcześniej zakładano”. Wciąż jest to bardzo niewielka skala i jest mało prawdopodobne, by stwarzało to jakiekolwiek zagrożenie.

Wpływ na funkcjonowanie cywilizacji

Obecnie stosowane systemy cyfrowe opierają się na precyzyjnym pomiarze czasu. Dlatego niezwykle istotne jest, aby zrozumieć sumaryczny wpływ wszystkich czynników determinujących prędkość obrotu Ziemi. Ponieważ długość doby na Ziemi jest zmienna, trzeba było wyznaczyć standard pozwalający na precyzyjne programowanie systemów. W 1958 r. stworzono więc międzynarodowy czas atomowy (TAI). Zgodnie z definicją: to precyzyjny standard czasu atomowego oparty na hipotetycznym upływie czasu właściwego na geoidzie Ziemi. TAI jest średnią ważoną czasu odmierzanego przez około 400 zegarów atomowych na całym świecie. Są tak dokładne%20is%20a%20time%20scale%20that%20uses,refers%20to%20the%20Earth’s%20rotation.) , że w skali 100 mln lat odchylają się tylko o 1 sekundę. Opierają się na definicji sekundy. Według Międzynarodowego Układu Jednostek Miar (SI) sekunda to czas, w którym atom cezu-133 w stanie podstawowym oscyluje dokładnie 9 192 631 770 razy.

Tak precyzyjne określenie czasu jest konieczne np. w przypadku nowoczesnych systemów kontroli ruchu lotniczego, które opierają się na nawigacji satelitarnej. Na uniwersalny czas koordynowany (Coordinated Universal Time, UTC) składają się dwie składowe: TAI oraz czasu uniwersalnego (UT1), znanego również jako czas astronomiczny. Odnosi się on do prędkości i wyznacza rzeczywistą długość dnia na Ziemi, która jest zmienna. Zanim różnica między TAI i UT1 osiągnie 0,9 sekundy, do UTC jest dodawana tzw. sekunda przestępna. Od 1972 r. do 2020 r. dodano już 28 takich sekund przestępnych.

Jaki wpływ może mieć taka jedna sekunda dodana do dnia? Okazuje się, że naprawdę istotny. W 2012 r. spowodowało to problemy z popularnymi stronami internetowymi, w tym Redditem, LinkedInem czy Yelp oraz wpłynęło na odprawy lotów w Australii. W 2015 r. kolejna sekunda przestępna utrudniła korzystanie z Twittera i systemów Android, a w 2017 r. uderzyła w serwery Cloudflare.

Wyniki otrzymane przez badaczy z ETH Zurich dostarczają cennych informacji dla planowania lotów kosmicznych. Jak wyjaśnił Soja: „Nawet jeśli obrót Ziemi zmienia się tylko powoli, efekt ten należy wziąć pod uwagę podczas nawigacji w kosmosie – na przykład podczas wysyłania sondy kosmicznej do lądowania na innej planecie”. Nawet niewielkie, jednocentymetrowe odchylenie na Ziemi może oznaczać różnicę setek metrów na odpowiednio dużych odległościach. „W przeciwnym razie nie będzie możliwe wylądowanie w konkretnym kraterze na Marsie” – podsumował .