Tající ledovce mění rychlost otáčení naší planety
Nejnovější poznatky geofyziků přinášejí znepokojivé zjištění: ubývající ledovce a stoupající hladiny oceánů skutečně brzdí rotaci Země. Změna se sice pohybuje v tisícinách sekundy, ale její narůstající tempo vážně znepokojuje odborníky na přesné měření času.
Po desetiletí měření vycházelo najevo, že den se v posledních padesáti letech mírně zkracoval. Teď se trend otočil. Tým vědců publikující v Journal of Geophysical Research: Solid Earth prokázal, že délka dne začala růst – a to rychlostí, která nemá v geologické historii Země prakticky srovnání.
Podle odhadů výzkumníků se den v současnosti prodlužuje přibližně o 1,33 milisekundy za každých sto let, a to zejména vlivem lidské činnosti. Na první pohled to nezní dramaticky – kvůli tomu si žádný seriál navíc nepustíte. Problém ale tkví jinde: tak rychlá změna rotace planety v tak krátkém časovém úseku by se bez mimořádně silného vnějšího faktoru jednoduše neměla vůbec odehrát.
Vědci z řady světových univerzit se shodují na tom, že globální oteplování narušilo mechanismus fungující miliony let prakticky beze změny. Rozložení vodní hmoty na Zemi se mění rychleji než kdykoli v nedávné minulosti. Když se obrovské masy vody přesouvají z polárních oblastí směrem k rovníku, roste moment setrvačnosti planety a rotace se zpomaluje.
Jak funguje efekt krasobruslařky v planetárním měřítku
Vědci tento jev vysvětlují pomocí jednoduché analogie z ledové plochy. Krasobruslařka, která přitáhne paže k tělu, se začne otáčet rychleji. Jakmile je natáhne, rotace se zpomalí. Vyplývá to ze zákona zachování momentu hybnosti: hmota soustředěná blíže k ose rotace pohyb urychluje, hmota rozložená dál od osy ho zpomaluje.
Se Zemí se dnes děje něco velmi podobného. Dokud jsou ledovce a polární pokryvy rozsáhlé, obrovská masa vody zůstává soustředěna v blízkosti pólů. Jak led taje, tato hmota odtéká do oceánů a putuje k nižším zeměpisným šířkám. Výsledkem je nárůst momentu setrvačnosti planety a jemné, avšak měřitelné zpomalení jejího otáčení.
Dříve probíhaly podobné změny nesmírně pomalu a vyplývaly z přirozených procesů – gravitačního působení Měsíce, pohybů tektonických desek, pomalé deformace zemské kůry nebo výkyvů zemského jádra. Tyto geologické vlivy navíc obvykle působily opačným směrem a rotaci spíše urychlovat než brzdit.
Vědci z Massachusetts Institute of Technology a dalších pracovišť zdokumentovali, že od roku 2000 se tempo těchto změn dramaticky zrychlilo. V žádném geologickém záznamu nenašli srovnatelnou proměnu odehravší se v tak krátkém časovém úseku. Objev vzešel z analýzy dat ze satelitů GRACE a GRACE-FO, které nepřetržitě monitorují gravitační pole naší planety.
Co odhalují záznamy z hlubin geologického času
Aby vědci pochopili, jak výjimečný dnešní okamžik skutečně je, museli se vrátit až přibližně 3,6 milionu let do éry pliocénu. Přímé hodiny z té doby pochopitelně k dispozici nejsou – badatelé proto sáhli po „archivech“ uložených ve skalách a fosilních nálezech.
Středem jejich pozornosti se staly mikroskopické organismy – bentické foraminifery žijící kdysi na mořském dně. Jejich schránky obsahují prvky, jejichž vzájemné poměry se měnily v závislosti na výšce mořské hladiny. Čím více vody bylo uzamčeno v ledovcích, tím nižší hladina oceánů panovala. Když led tál, moře naopak stoupala.
Rozborem chemického složení fosilií z po sobě jdoucích geologických vrstev dokázali vědci rekonstruovat hned několik klíčových ukazatelů:
- jak se měnily úrovně moří v různých geologických epochách
- co se dělo s ledovcovými příkrovy v Grónsku a Antarktidě
- jak tyto přesuny hmoty ovlivňovaly rotaci Země
- jaká byla skutečná délka dne před miliony let
- ve kterém období docházelo k tempu změn srovnatelnému se současností
- jaký byl poměr přirozených a člověkem způsobených vlivů
Záznamy z dávné minulosti jsou pochopitelně neúplné. Právě zde sehrály klíčovou roli moderní matematické nástroje. Tým využil algoritmus hlubokého učení, který se „učil“ zákonitostem z dobře zdokumentovaných úseků záznamu a s určitou pravděpodobností doplňoval chybějící období. Díky tomu se podařilo zrekonstruovat vývoj délky dne v perspektivě sahající přes několik milionů let.
Vědci z University of California analyzovali mořské sedimenty z Tichého oceánu i Atlantiku. V celé rozsáhlé databázi nalezli jediný případ srovnatelný s dnešním tempem prodlužování dne. Odehrál se přibližně před dvěma miliony let, kdy Země vstupovala do období silných klimatických výkyvů řízených přirozenými orbitálními cykly.
Proč současná změna nemá v nedávné historii obdoby
Tehdy se ledovcové příkrovy rozpínaly a smršťovaly v cyklech trvajících desítky tisíc let. Hmota vody se přesouvala mezi póly a zbytkem planety, což rotaci skutečně zpomalovalo. Zásadní rozdíl spočívá v tom, že tehdejší proces probíhal v rámci dlouhých astronomických cyklů – zatímco ten dnešní pohání lidská činnost v čase počítaném na dekády.
Autoři studie zdůrazňují, že od počátku 21. století nastalo něco bezprecedentního v celém měřítku lidské civilizace. Během pouhých dvou dekád začala délka dne narůstat tempem, k němuž by přirozené faktory potřebovaly celá tisíciletí.
Vědci to říkají naprosto otevřeně: současná anomálie má antropogenní charakter – tedy vychází z lidské činnosti a emisí skleníkových plynů. Klima přestalo pouhé „přispívat“ k přirozeným výkyvům a stalo se hlavním aktérem, který mění způsob, jakým se naše planeta otáčí. Tempo prodlužování dne srovnatelné se současným výzkumníci v posledních 3,6 milionu let nalezli pouze jedinkrát.
Pokud emise skleníkových plynů zůstanou na nynější trajektorii, vědci odhadují, že do konce 21. století by mohlo tempo prodlužování dne vzrůst na přibližně 2,62 milisekundy za století. To je hodnota převyšující samotný vliv Měsíce na rotaci Země.
Z hlediska každodenního života jsou tyto milisekundy zcela nepostřehnutelné. Z pohledu technologií, na nichž stojí moderní civilizace, jde však o úplně jiný příběh. Klimatologové varují, že kumulované účinky se budou projevovat rychleji, než se původně předpokládalo.
Kdy přestanou atomové hodiny souhlasit s rotací planety
Dnešní svět funguje na principu sdíleného, nesmírně přesného časového referenčního bodu. Počítačové sítě, internet, navigační družice, finanční trhy – všude jsou rozhodující zlomky sekundy. Jejich základem jsou atomové hodiny synchronizované celosvětově a propojené s koordinovaným světovým časem UTC.
Sebemenší odchylka mezi atomovým časem a skutečnou rotací Země si vyžaduje nákladné korekce v celé digitální infrastruktuře. Doposud toto řešily takzvané přestupné sekundy, přidávané příležitostně, aby „doháněly“ proměnlivou rychlost otáčení Země. Rozsah změn, o nichž hovoří nové studie, ale naznačuje, že v budoucnu taková záplata nemusí stačit nebo ji bude stále obtížnější aplikovat v dosavadní podobě.
Potenciální dopady pocítí celá řada systémů:
- systémy GPS a další satelitní navigace vyžadující extrémně přesnou synchronizaci
- energetické sítě balancující produkci a spotřebu elektřiny v reálném čase
- satelitní komunikace a klimatická pozorování z oběžné dráhy potřebující nové kalibrace
- burzovní algoritmy provádějící transakce v řádu milisekund
Inženýři pracují na systémech schopných tyto změny automaticky kompenzovat. Vědci uklidňují, že skutečně kumulované problémy se projeví spíše ve vzdálenější budoucnosti. To však nic nemění na nutnosti zohledňovat tyto proměny již dnes při navrhování systémů, které mají spolehlivě fungovat po celá desetiletí.
Milisekundy jako varování pro příští generace
Zpomalení rotace Země lze snadno odbýt jako „kosmický detail“ zajímavý výhradně pro geofyziky. Takový způsob uvažování ale vede k chybnému závěru, že jde jen o vědeckou kuriozitu. Ve skutečnosti máme před sebou další zřetelný signál toho, jak hluboce lidstvo zasahuje do chodu celé planety.
Přestavujeme nejen klima, ale i rozložení hmoty na Zemi, její pohyb a hodiny, podle nichž se měří čas. Příští generace budou muset obsluhovat stále složitější časovou infrastrukturu přizpůsobenou planetě, která se otáčí jinak než ve 20. století.
Z praktického hlediska přináší každý další stupeň oteplení nejen extrémní výkyvy počasí a migraci milionů lidí ze zaplavených oblastí. Jde také o sérii tichých, těžko zvratitelných posunů v samotném „mechanismu“ Země. Vliv na délku dne je jedním z nich – na hodinkách neviditelný, ale ve vědeckých datech naprosto zřetelný. Zbývá jen doufat, že tyto signály dokážeme včas vzít vážně a podle toho jednat.
