Der Klimawandel bremst die Erdrotation: Durch die rasante Eisschmelze verschieben sich große Wassermassen von den Kontinenten in die Ozeane. Das lässt den Meeresspiegel steigen – und verlängert die Dauer eines Tages so stark wie seit 3,6 Millionen Jahren kaum mehr.
In der Grundschule lernt jedes Kind, dass der Tag exakt 24 Stunden dauert, weil sich die Erde in dieser Zeit einmal um die eigene Achse dreht. Allerdings entspricht dies nicht ganz den Tatsachen, weil die Erde für eine reine 360-Grad-Drehung um ihre eigene Achse lediglich 23 Stunden, 56 Minuten und vier Sekunden benötigt. Die restlichen knapp vier Minuten werden gebraucht, damit sie auf ihrer elliptischen Bahn um die Sonne wieder die ideale Position zu ihrem Leitstern einnehmen kann.
Um es darüber hinaus noch ein bisschen komplizierter zu machen, wird der 24-Stunden-Takt keineswegs immer ganz genau eingehalten. Sprich, die Tageslänge kann sich wegen verschiedener Einflussfaktoren wie der Gravitationswirkung des Mondes oder geophysikalischer Prozesse im Erdinneren, an der Oberfläche und in der Atmosphäre zusätzlich verändern. Ob dabei auch der Klimawandel eine Rolle spielt, insbesondere infolge der Massenverschiebung zwischen Kontinenten und Ozeanen durch das rasante Abschmelzen polarer Eisschilde und globaler Gletscher sowie daraus resultierender Veränderungen im terrestrischen Wasserhaushalt, ist laut einer neuen, im Fachmagazin „Journal of Geophysical Research: Solid Earth“ veröffentlichten Studie bislang nur unzureichend erforscht.
Allerdings hatten die beiden Hauptverantwortlichen, der Geowissenschaftler Mostafa Kiani Shahvadi, der inzwischen am Institut für Meteorologie und Geophysik der Universität Wien tätig ist, und Prof. Benedikt Soja vom Departement Bau, Umwelt und Geomatik der ETH Zürich, schon vor zwei Jahren in einer gemeinsamen Studie wichtige Grundlagen bezüglich des zunehmenden Einflusses des Klimawandels auf die Tageslängenschwankungen erarbeiten können. Nach Auswertung von Satellitendaten und unter Zuhilfenahme von Computermodellen konnte das Team damals berechnen, dass die Tageslänge durch Abbremsung beziehungsweise Verlangsamung der Erdrotation klimabedingt allein in den ersten zwei Jahrzehnten des 21. Jahrhunderts durchschnittlich um 1,33 Millisekunden pro Jahrhundert zugenommen und damit den diesbezüglichen Wert des gesamten 20. Jahrhunderts übertroffen hatte. Im Wesentlichen konnten die Eisschmelze auf Grönland und die in der Antarktis als ursächlich ermittelt werden. „Diese Ergebnisse zeigen durch ihre Auswirkung auf die Tageslänge, dass der Massentransport von den Polen zum Äquator infolge des Klimawandels in den vergangenen zwei Jahrzehnten im Vergleich zu den vorhergehenden 100 Jahren beispiellos war“, so die Forscher.
Schwankungen früher geringer
Mit ihrer neuen Studie wollten die Wissenschaftler überprüfen, ob es auch schon in früheren Klimaphasen der Erdgeschichte ähnlich gravierende Verschiebungen der Tageslänge gegeben hatte. „In unserer früheren Arbeit hatten wir gezeigt, dass aufgrund der beschleunigten Schmelze der polaren Eisschilde und der Gebirgsgletscher im 21. Jahrhundert der Meeresspiegel steigt, was die Erdrotation verlangsamt und daher die Tage verlängert – vergleichbar einer Eiskunstläuferin, die sich langsamer dreht, wenn sie die Arme ausstreckt, und schneller, wenn sie diese nah am Körper hält. Unklar blieb damals jedoch, ob es auch früher schon Phasen gab, in denen das Klima die Tageslänge ähnlich rasant erhöht hat.“ Für den Blick in lange zurückliegende Zeitalter, auf das sogenannte Paläoklima (also auf die klimatischen Verhältnisse vor Jahrmillionen ohne verfügbare Messdaten), wertete das Team erstmals Relikte von Fossil-Archiven aus. Dabei handelte es sich um einzellige Meeresorganismen, in deren Kalkgehäuse chemische Informationen über früheste Meeresspiegelschwankungen konserviert sind. Auf Basis dieser Schwankungen ließen sich mathematisch die entsprechenden Veränderungen der Erdrotation und der Tageslänge ableiten. Um robustere Schlussfolgerungen ziehen zu können, verwendete das Team einen speziellen Deep-Learning-Algorithmus namens „physik-informiertes Diffusionsmodell“. „Dieses Modell erfasst die Physik der Meeresspiegelveränderung, ist aber gleichzeitig robust gegenüber den großen Unsicherheiten in den Paläoklimadaten“, so die Forscher.
Die Erkenntnisse waren ebenso erhellend wie erschreckend. Zwar hatte es im Laufe der Quartären Eiszeit, die vor etwa 2,6 Millionen Jahren begonnen hat und bis zur Gegenwart reicht, häufiger erhebliche Schwankungen von Meeresspiegel und Tageslänge im Rhythmus der wachsenden und schmelzenden Eisschilde gegeben. Doch gemessen an den heutigen Veränderungsraten waren diese Schwankungen gering.
Nur einmal hatten sich die Werte dem heutigen Tempo der Tageslängenzunahme und der Rotationsverlangsamung angenähert. „Nur einmal – vor etwa zwei Millionen Jahren – war die Veränderungsrate der Tageslänge fast vergleichbar, aber nie zuvor oder danach hat die planetare ,Eiskunstläuferin‘ ihre Arme und den Meeresspiegel so schnell angehoben wie zwischen 2000 und 2020“, sagt Mostafa Kiani Shahvandi.
Laut den Forschern sticht die aktuelle Zunahme der Tageslänge in der Klimageschichte der letzten 3,6 Millionen Jahre, seit dem späten Ende des Pliozäns, deutlich hervor: „Dieser rasche Anstieg der Tageslänge impliziert, dass die Rate des modernen Klimawandels zumindest seit dem späten Pliozän vor 3,6 Millionen Jahren beispiellos ist. Daher kann der derzeitige rasche Tageszeitanstieg hauptsächlich menschlichen Einflüssen zugeschrieben werden. Bis zum Ende des 21. Jahrhunderts wird sich der Klimawandel sogar stärker auf die Tageslängen auswirken als der Mond. Auch wenn es sich nur um Millisekunden handelt, kann der Anstieg der Tageszeit in vielen Bereichen Probleme verursachen, etwa bei der präzisen Navigation im Weltraum, die genaue Informationen über die Erdrotation erfordert“, so Prof. Soja. Im normalen Alltag wird die winzige Tageslängenverschiebung im Unterschied zu Satellitensystemen oder Raumfahrtmissionen hingegen wohl niemanden tangieren. Dennoch stellen die Studienergebnisse einen weiteren, geophysikalischen Beleg dafür dar, wie menschengemachte Einflüsse die Erde in einem Umfang beeinträchtigen können, der in der jüngeren Erdgeschichte kein Vorbild hat. „Was wir beobachtet haben, ist durch den Klimawandel verursacht.“