Door de opwarming van de aarde verandert zelfs de snelheid waarmee de aarde draait. Voor elke graad stijging van de gemiddelde temperatuur op aarde kunnen onze dagen met ongeveer een tiende van een milliseconde langer worden. Een verschil dat uiteraard niemand zal opmerken als je naar de klok kijkt, maar dat wel aangeeft in welke mate de klimaatverandering zelfs verschijnselen kan beïnvloeden die ogenschijnlijk ver van het klimaat verwijderd zijn, zoals de rotatie van de aarde.
Dit blijkt uit een onderzoek gepubliceerd in npj Klimaat- en atmosferische wetenschapwaarin een internationale groep onderzoekers analyseerde hoe stijgende temperaturen de atmosferische circulatie zodanig kunnen wijzigen dat de beweging van de planeet enigszins wordt vertraagd. Het mechanisme heeft vooral betrekking op de wind: terwijl de atmosfeer aan rotatiesnelheid wint, heeft de aarde de neiging een heel klein deel van haar eigen snelheid te verliezen.
Hoe vertragen winden de rotatie van de aarde?
We zijn eraan gewend de atmosfeer te beschouwen als iets dat de aarde omhult, bijna alsof het een aparte laag is. Toch nemen de enorme luchtmassa’s die rond de planeet bewegen ook deel aan de rotatie ervan. Wanneer ze van snelheid of richting veranderen, kunnen ze het zogenaamde impulsmoment veranderen, een fysieke grootheid die verband houdt met rotatiebeweging.
Aarde en atmosfeer wisselen dit moment voortdurend uit. Als de atmosfeer wat wint, moet de rotatie van het vaste deel van de planeet dit compenseren, door iets te vertragen. Het is een fenomeen dat al enige tijd bekend is en ook wordt waargenomen tijdens natuurlijke klimatologische gebeurtenissen zoals El Niño.
Onderzoekers hebben geprobeerd te begrijpen wat er kan gebeuren als de opwarming van de aarde deze bewegingen wijzigt. Hiervoor gebruikten ze drie klimaatmodellen en 190 algemene simulaties, waarbij ze een scenario in beschouwing namen waarin de uitstoot van broeikasgassen tot het einde van de eeuw hoog blijft.
De simulaties geven aan dat stijgende temperaturen enkele van de belangrijkste atmosferische stromingen wijzigen. Daartoe behoort de Hadley-cel, het grote luchtcirculatiesysteem dat tropische gebieden treft en helpt de warmte naar hogere breedtegraden te verspreiden.
Door de opwarming van de aarde heeft deze circulatie de neiging zich richting de polen te verbreden. Tegelijkertijd verzwakken de tropische passaatwinden en worden bepaalde bijzonder sterke stromingen die op grote hoogte stromen, de zogenaamde jetstreams, sterker of verschoven. Alles bij elkaar vergroten deze veranderingen het impulsmoment van de atmosfeer. Ook de drukverdeling draagt, zij het in mindere mate, bij. Kortom, de lucht wijzigt zijn beweging rond de planeet en de rotatie van de aarde wordt beïnvloed.
Dagen kunnen per graad 0,1 milliseconde langer worden
De cijfers zijn klein. Volgens de drie geanalyseerde modellen zou elke graad Celsius opwarming van de aarde overeenkomen met een toename van de daglengte tussen 0,09 en 0,11 milliseconden, waarbij alleen rekening wordt gehouden met de bijdrage van atmosferische veranderingen. Ter referentie: één milliseconde is gelijk aan een duizendste van een seconde. We hebben het dus over een variatie die in het dagelijks leven onmogelijk waar te nemen is, ook al kan deze met uiterst nauwkeurige wetenschappelijke instrumenten worden gemeten.
Het fenomeen kan in de tweede helft van de eeuw herkenbaarder worden. In twee van de drie modellen overschrijdt het signaal dat kan worden toegeschreven aan de opwarming van de aarde de natuurlijke variabiliteit in respectievelijk 2057 en 2080. In het derde geval wordt deze drempel in 2100 echter niet bereikt. De projecties zijn mede afhankelijk van het gehanteerde klimaatscenario, gekenmerkt door hoge emissies. Bij een andere trend in de emissies zou de omvang van de vertraging ook kunnen veranderen.
Dan is er nog een interessant feit. Tussen 2050 en 2099 zou het effect van atmosferische veranderingen op de daglengte een omvang kunnen bereiken die gelijk staat aan 10-18% van de seculiere vertraging als gevolg van getijdenwrijving op de maan. Dit betekent niet dat de dagen 10 of 18% langer zullen worden, maar het percentage wordt gebruikt om twee bijdragen aan de variatie van de rotatie van de aarde te vergelijken, beide zeer klein.
Smeltend ijs vertraagt ook de planeet
Het verband tussen de opwarming van de aarde en de rotatie van de aarde was al vastgesteld via een ander fenomeen: het smelten van ijs. Een studie gepubliceerd in PNAS had aangetoond dat het verlies van ijs uit poolijskappen en continentale gletsjers bijdraagt aan de herverdeling van enorme hoeveelheden water op het aardoppervlak.
Terwijl een deel van deze massa zich van de poolgebieden naar lagere breedtegraden verplaatst, verandert ook het traagheidsmoment van de planeet. Om het mechanisme te begrijpen, moeten we eens denken aan een schaatser die op zichzelf draait: als hij zijn armen dicht bij zijn lichaam houdt, draait hij sneller, als hij ze spreidt, vertraagt hij. De aarde reageert op een soortgelijk natuurkundig principe.
De nieuwe studie voegt aan dit proces het effect toe van atmosferische circulatie, die volgens simulaties een invloed zou kunnen hebben die vergelijkbaar is met die van het smelten van grote ijsmassa’s. Uiteraard hangt de rotatiesnelheid van de aarde ook af van andere verschijnselen, waaronder de interacties tussen de kern en de mantel, die een overheersende rol zullen blijven spelen in de variaties van de komende decennia.
De lengte van de dag zal daarom om verschillende redenen blijven fluctueren. Onderzoekers hebben echter een verdere bijdrage geïdentificeerd die verband houdt met menselijke activiteiten, die duidelijker zou kunnen worden bij stijgende temperaturen. Voor ons blijven de gebruikelijke 24 uur bestaan, met alle respect voor degenen die beweren nooit genoeg tijd te hebben. Om de effecten van de opwarming van de aarde op de rotatie van de aarde te meten, zullen we echter ook naar de decimalen van een milliseconde moeten kijken.
