Hoe hard de aarde om haar as draait, wordt normaal gesproken voornamelijk geregeld door de maan, die al miljarden jaren de lengte van een dag bepaalt. Maar dat gaat veranderen: klimaatverandering heeft straks een nog grotere invloed op de rotatiesnelheid van onze planeet.
De opwarming van de aarde zorgt ervoor dat de ijskappen in Groenland en op Antarctica smelten. Dit water stroomt van de poolgebieden naar de oceanen, vooral richting de evenaar. “Dat betekent dat er een enorme verschuiving van massa plaatsvindt, die de rotatie van de aarde beïnvloedt”, legt hoogleraar Benedikt Soja van de ETH Zurich uit.
De pirouettes van een kunstschaatsster
“Het is net als wanneer een kunstschaatsster een pirouette maakt: eerst houdt ze haar armen dicht bij haar lichaam en vervolgens strekt ze ze uit”, vertelt Soja metaforisch. Daardoor gaat ze steeds langzamer ronddraaien, omdat de massa – in dit geval haar armen – zich verder van de rotatie-as, haar lichaam dus, bevindt. Zo gaat ook de aarde steeds langzamer draaien, doordat de massa verder wegdrijft van de polen richting de evenaar, het breedste punt van de aardbol.
In de natuurkunde noemen ze dat de wet van behoud van het hoekmoment, en die geldt ook voor de rotatie van de aarde. Als de aarde langzamer draait, worden de dagen langer. Klimaatverandering verandert dus de lengte van een dag, zij het minimaal. Volgens de Zwitserse onderzoekers scheelt het enkele milliseconden, maar toch.
Niet alleen de maan
Dit komt dus enerzijds doordat water van de polen naar lagere breedtegraden stroomt en zo de rotatiesnelheid vertraagt. Een andere oorzaak is het effect van de getijden, veroorzaakt door de maan. Ooit was dat de enige invloed, nu lijkt het van secundair belang te worden. De studie komt namelijk tot de conclusie dat als we niets doen, klimaatverandering uiteindelijk een grotere impact heeft op de rotatiesnelheid van de aarde dan de maan, die al miljarden jaren de daglengte bepaalt. “Wij mensen hebben een grotere impact op onze planeet dan we ons realiseren”, reageert Soja. “Dit geeft ons uiteraard een enorme verantwoordelijkheid voor de toekomst van de aarde.”
De massaverschuivingen op het aardoppervlak, veroorzaakt door het smeltende ijs, veranderen niet alleen de rotatiesnelheid en de daglengte, maar ook de as van de aarde. De punten waar de rotatieas het oppervlak bereikt, zijn aan het verschuiven. Op de lange termijn leidt dit tot een verplaatsing van de as van 10 meter per 100 jaar. Dat komt overigens niet alleen door de smeltende ijskappen, ook de bewegingen in het binnenste van de aarde spelen een rol.
Stroperig gesteente
Diep in de aardmantel, waar het gesteente door hoge druk stroperig wordt, verschuift eveneens het een en ander in de loop van duizenden jaren. Verder zorgen hittestromen van vloeibaar metaal in de buitenkern van de aarde voor massaverschuivingen. De verplaatsing van de polen en de afnemende rotatiesnelheid worden dus veroorzaakt door processen in de aardkern, de mantel en door het klimaat aan het oppervlak, blijkt uit het grootste model tot nu toe.
“Voor het eerst is er een volledige verklaring voor de oorzaken van de polaire beweging”, zegt hoofdonderzoeker Mostafa Kiani Shahvandi. “Met andere woorden, we weten nu waarom en hoe de rotatie-as van de aarde verschuift ten opzichte van de aardkorst.”
Een opvallende bevinding is dat de processen op en in de aarde met elkaar verbonden zijn en elkaar beïnvloeden. “Klimaatverandering zorgt ervoor dat de as van de aarde beweegt, en het lijkt erop dat de terugkoppeling van het behoud van het hoekmoment ook de dynamiek van de aardkern verandert”, legt Soja uit. Kiani Shahvandi voegt toe: “Aanhoudende klimaatverandering kan dus zelfs de processen diep in de aarde beïnvloeden en een grotere reikwijdte hebben dan eerder aangenomen.”
Nieuwe AI geeft kijkje in de toekomst
Voor hun studie gebruikten de onderzoekers nieuwe AI-methoden waarbij ze de wetten en principes van de natuurkunde toepasten om bijzonder krachtige en betrouwbare algoritmen voor machinelearning te ontwikkelen. Daarmee was het voor het eerst mogelijk om alle verschillende effecten op het aardoppervlak, in de mantel en in de kern vast te stellen en hun mogelijke interacties in kaart te brengen. Het resultaat van de berekeningen laat zien hoe de rotatiepolen van de aarde sinds 1900 zijn verschoven. Dit sluit uitstekend aan bij satellietwaarnemingen van de afgelopen dertig jaar, waardoor er nu ook goede prognoses voor de toekomst kunnen worden gemaakt.
Hoewel een kleine verschuiving niet erg lijkt, is het ook niet geheel zonder gevolgen. “Zelfs als de rotatie van de aarde maar langzaam verandert, moet daarmee rekening worden gehouden bij het navigeren in de ruimte, bijvoorbeeld als een ruimtevaartuig op een andere planeet moet landen. Een kleine afwijking van slechts 1 centimeter op aarde kan al leiden tot een afwijking van honderden meters over de enorme afstanden in de ruimte. Anders zal het niet mogelijk zijn om in een specifieke krater op Mars te landen”, klinkt het.
De invloed van klimaatverandering is dus complexer dan gedacht, stellen de onderzoekers. Zelfs bij landingen op andere planeten miljoenen kilometers hiervandaan moeten we er rekening mee houden.