Дни на Земле становятся длиннее — и впервые в геологической истории главной причиной этого могут быть не приливные силы Луны, а деятельность человека. Новое исследование учёных из Венского университета и Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich) показало, что скорость удлинения суток сегодня не имеет аналогов за последние 3,6 миллиона лет. Разница в масштабе десятых долей миллисекунды — но последствия куда серьёзнее, чем кажется на первый взгляд.
Строго говоря, 24-часовые сутки — это условность. Длина дня меняется из-за гравитационного влияния Луны, геофизических процессов в недрах планеты, на её поверхности и в атмосфере. Мы уже рассказывали, почему из-за глобального потепления дни становятся длиннее, но к этим природным механизмам в XXI веке добавился новый фактор.
С 2000 по 2020 год сутки удлинялись с темпом, эквивалентным 1,33 миллисекунды за столетие — из-за климатических факторов, и прежде всего из-за перераспределения масс между континентами и океаном в результате таяния полярных ледяных щитов и горных ледников. Механизм понятен даже без формул: когда лёд тает у полюсов, вода растекается к экватору. Масса планеты смещается от оси вращения к «талии».
Здесь работает тот же принцип, что и у фигуристки на льду. Когда она прижимает руки к телу, вращение ускоряется. Когда разводит руки — замедляется. Земля сейчас «разводит руки»: масса, которая была сосредоточена у полюсов в виде льда, расползается к экватору в виде воды. Планета становится чуть более сплюснутой — и вращается медленнее.
Ключевой вопрос исследования был простым: а бывало ли такое раньше? Может быть, климат и прежде так же быстро удлинял сутки? До сих пор это оставалось неясным.
Чтобы ответить, команда реконструировала древние колебания длины суток, используя ископаемые остатки одноклеточных морских организмов — бентосных фораминифер. Это крошечные существа, которые строят себе раковины из минералов морской воды. Они живут на дне океанов уже сотни миллионов лет, а их окаменелости работают как природные архивы климата: химический состав раковин хранит информацию об уровне моря в эпоху, когда фораминифера была жива.
«По химическому составу ископаемых фораминифер мы можем восстановить колебания уровня моря и математически вычислить соответствующие изменения длины суток», — объясняет первый автор работы Мостафа Кьяни Шахванди из Венского университета.
Чтобы справиться с неизбежными пробелами и неточностями палеоклиматических данных, учёные применили вероятностный алгоритм глубокого обучения — физически информированную диффузионную модель.
Это первая работа, в которой ископаемые архивы были использованы для изучения истории климатического влияния на длину суток. Результаты оказались впечатляющими. За весь четвертичный период — последние 2,6 миллиона лет — рост и таяние крупных континентальных ледяных щитов неоднократно вызывали заметные изменения длины суток через колебания уровня моря. Но ни одно из этих событий не может сравниться с тем, что происходит сегодня.
«Лишь один раз — около 2 миллионов лет назад — скорость изменения длины суток была приблизительно сопоставимой, но ни до, ни после этого планетарная «фигуристка» не раздвигала руки и не поднимала уровень моря так быстро, как в 2000–2020 годах», — говорит Кьяни Шахванди.
«Это быстрое увеличение длины суток означает, что скорость современного изменения климата беспрецедентна как минимум с позднего плиоцена, 3,6 миллиона лет назад. Нынешний быстрый рост длины дня можно объяснить преимущественно влиянием человека», — подытоживает Зоя Бенедикт, профессор космической геодезии в ETH Zurich и соавтор исследования.
1,33 миллисекунды за столетие — звучит как ничто на фоне 86 400 секунд в сутках. Повседневная жизнь от этого не изменится: биологические часы человека, животных и растений настроены на примерно 24-часовой цикл и подобных сдвигов просто не заметят. Но для технологий, работающих с точным временем, даже миллисекунды имеют значение.
«К концу XXI века изменение климата вероятно будет влиять на длину суток сильнее, чем Луна. Хотя изменения составляют лишь миллисекунды, они могут вызвать проблемы во многих областях, например в точной космической навигации, которая требует точных данных о вращении Земли», — отмечает Зоя Бенедикт.
Для справки: из-за приливного трения Луна замедляет Землю примерно на 1,72 миллисекунды за столетие — и именно этот «лунный тормоз» до сих пор был главной силой, удлиняющей наши сутки.
Более пессимистичные модели предполагают ещё более тревожный сценарий. Если мир продолжит нагреваться из-за выбросов парниковых газов, к концу столетия влияние климата на длину суток может дать прибавку около 2,62 миллисекунды за столетие — и это уже больше, чем вклад Луны.
С 1972 года международные хронометристы вводили секунды координации, чтобы синхронизировать атомные часы с замедляющимся вращением Земли. Из-за таких поправок 1972-й вообще стал самым длинным годом в истории. Но эти корректировки были рассчитаны на предсказуемое торможение. Скорость вращения, которая меняется нерегулярно и всё больше зависит от человеческого влияния, делает систему секунд координации сложнее в управлении. Именно поэтому в далёком будущем сутки могут длиться 25 часов.
Стоит подчеркнуть: исследование не утверждает, что мы находимся на пороге какой-то катастрофы из-за удлинения суток. Речь идёт о том, что скорость климатического воздействия на вращение Земли сейчас уникально высока по сравнению с геологическим прошлым. Это, в свою очередь, служит ещё одним индикатором того, насколько быстро меняется климат в наши дни.
Вращение Земли — чрезвычайно сложная система. На неё влияют приливное трение Луны, перестройка мантии после ледниковых периодов, движение жидкого ядра, атмосферные потоки и даже крупные землетрясения.
Показательный пример: в середине 2010-х — начале 2020-х вращение Земли даже временно ускорилось из-за краткосрочных колебаний. А 29 июня 2022 года был зафиксирован самый короткий день за всю эру атомных часов — примерно на 1,59 миллисекунды короче обычного. Именно поэтому авторы подчёркивают, что их метод — сравнение палеоклиматических данных за миллионы лет — позволяет отделить долгосрочный климатический тренд от краткосрочных флуктуаций.
Это первая работа, связавшая ископаемые архивы с историей климатического влияния на длину суток, и она прокладывает мост между прошлыми и будущими климатическими эффектами на вращение Земли. Исследование опубликовано в журнале Journal of Geophysical Research: Solid Earth.
Мы привыкли думать о последствиях изменения климата в терминах температуры, уровня моря и экстремальной погоды. Но оказывается, что деятельность человека способна менять и кое-что более фундаментальное — скорость вращения целой планеты. Это не повод для паники, но повод осознать масштаб: впервые за миллионы лет вращение планеты формируется не орбитальной механикой и не природными ледниковыми циклами, а движением воды, которое запустили люди.
Планктонные фораминиферы, обитающие у поверхности океана — природные хранители климатической информации