Konkret verlängert sich ein Tag aktuell um rund 1,33 Millisekunden pro Jahrhundert. Was nach einer kaum wahrnehmbaren Größe klingt, ist aus geophysikalischer Sicht bemerkenswert – und laut den Forschenden ein deutliches Signal des menschengemachten Klimawandels. Die Studie wurde im Fachjournal veröffentlicht.

Wenn die Erde zur „Eiskunstläuferin“ wird

Die Erdrotation wird von verschiedenen Faktoren beeinflusst: von der Anziehungskraft des Mondes, von Prozessen im Erdinneren – und von Veränderungen an der Oberfläche. Eine zentrale Rolle spielt dabei die Verteilung von Masse auf dem Planeten.

„Man kann sich die Erde wie eine Eiskunstläuferin vorstellen“, erklärt Studienleiter Mostafa Kiani Shahvandi vom Institut für Meteorologie und Geophysik der Universität Wien. „Wenn sie die Arme ausstreckt, dreht sie sich langsamer – zieht sie sie an, rotiert sie schneller.“

Durch das Abschmelzen der polaren Eisschilde und Gebirgsgletscher steigt der Meeresspiegel. Große Wassermassen verlagern sich von den Kontinenten in die Ozeane. Diese Umverteilung verändert das Trägheitsmoment der Erde – und bremst ihre Rotation. Die Folge: Die Tage werden länger.

Bereits frühere Studien hatten gezeigt, dass der Klimawandel im 21. Jahrhundert messbare Auswirkungen auf die Tageslänge hat. Unklar war bislang jedoch, ob es in der Erdgeschichte Phasen gab, in denen sich die Tagesdauer ähnlich schnell verändert hat.

Fossilien als Klimaarchiv

Um diese Frage zu beantworten, griff das Forschungsteam tief in die Erdgeschichte zurück. Grundlage waren fossile Überreste sogenannter benthischer Foraminiferen – einzelliger Meeresorganismen, die am Meeresboden lebten.

Die chemische Zusammensetzung ihrer Kalkgehäuse liefert Hinweise auf frühere Meeresspiegelstände. Aus diesen Daten rekonstruierten die Wissenschafter Schwankungen der globalen Wassermassen – und leiteten daraus mathematisch Veränderungen der Erdrotation ab.

Unterstützt wurde die Analyse durch ein sogenanntes physik-informiertes Diffusionsmodell, einen probabilistischen Deep-Learning-Algorithmus. Dieses Modell verbindet physikalisches Wissen über Meeresspiegelveränderungen mit statistischen Methoden und ist robust gegenüber Unsicherheiten in Paläoklimadaten.

Rascher Anstieg der Tageslänge: Beispiellos seit 3,6 Millionen Jahren

Das Ergebnis: Zwar kam es während der quartären Eiszeit – also in den vergangenen 2,6 Millionen Jahren – immer wieder zu deutlichen Schwankungen der Tageslänge, ausgelöst durch das Wachsen und Abschmelzen großer Eisschilde.

Doch die aktuelle Geschwindigkeit der Veränderung sticht deutlich hervor. Nur einmal, vor rund zwei Millionen Jahren, war die Rate annähernd vergleichbar. „Nie zuvor oder danach hat die planetare ‚Eiskunstläuferin‘ ihre Arme und den Meeresspiegel so schnell angehoben wie zwischen 2000 und 2020“, sagt Kiani Shahvandi.

Laut Benedikt Soja, Professor für Weltraumgeodäsie an der ETH Zürich, ist die gegenwärtige Entwicklung zumindest seit dem späten Pliozän vor 3,6 Millionen Jahren ohne Beispiel. Der rasche Anstieg der Tageslänge lasse sich daher hauptsächlich menschlichen Einflüssen zuschreiben.

Klimawandel führt zu Millisekunden mit Folgen

Bis zum Ende des 21. Jahrhunderts könnte der Einfluss des Klimawandels auf die Tageslänge sogar stärker sein als jener des Mondes, der traditionell als wichtigster externer Faktor für Veränderungen der Erdrotation gilt.

Auch wenn es sich „nur“ um Millisekunden handelt, sind diese Veränderungen nicht trivial. Präzisionskritische Systeme – etwa die Satellitennavigation oder die Weltraumforschung – sind auf exakte Informationen über die Erdrotation angewiesen. Schon kleinste Abweichungen können hier relevante Auswirkungen haben.

Die aktuelle Studie ist die erste, die fossile Archive systematisch nutzt, um klimabedingte Veränderungen der Tageslänge über Millionen Jahre hinweg zu rekonstruieren. Sie schlägt damit eine Brücke zwischen Erdgeschichte und Gegenwart – und zeigt, dass der Klimawandel nicht nur Temperatur und Meeresspiegel verändert, sondern selbst den Takt unseres Planeten.

(Red.)