// SCINEXX — SPAZIO & SCIENZA
Klimawandel könnte die Erdrotation messbar abbremsen
Die Erdatmosphäre könnte die Rotation unseres Planeten bei weiterer Erwärmung messbar stärker abbremsen, weil veränderte Windmuster in Klimamodellen den atmosphärischen Drehimpuls erhöhen. Bis zum späten 21. Jahrhundert erreicht dieser zusätzliche Effekt in den Modellrechnungen 10 bis 18 Prozent der langfristigen Bremswirkung durch die Mondgezeiten.
Busan (Südkorea). Ein Erdentag dauert im Mittel 86.400 Sekunden, doch die Rotation unseres Planeten schwankt fortwährend um kleine Beträge. Gezeitenkräfte, Prozesse im Erdinneren sowie der Austausch von Drehimpuls mit Ozeanen und Atmosphäre können die Tageslänge verändern.
Auch Winde tragen Drehimpuls, weil sich die Luft relativ zur festen Erde bewegt und ihre Masse unterschiedlich über den Globus verteilt ist. Kurzfristige Schwankungen dieses atmosphärischen Drehimpulses sind gut bekannt, weniger klar war bisher jedoch die Wirkung einer langfristig wärmeren Atmosphäre.
Forscher des Institute for Basic Science (IBS) um Susmit Subhransu Satpathy haben dafür große Ensembles von drei gekoppelten Klimamodellen ausgewertet, die insgesamt 190 Simulationen von 1850 bis 2100 umfassen. Für die Zukunft verwenden sie das emissionsreiche Szenario SSP3-7.0, sodass sich der durch äußere Antriebe verursachte Trend besser von der natürlichen Klimavariabilität trennen lässt.
In allen drei Modellsystemen steigt der atmosphärische Drehimpuls mit zunehmender Erwärmung, wobei vor allem die Bewegung der Luft entscheidend ist. Die Hadley-Zirkulation dehnt sich polwärts aus, subtropische Jetstreams werden stärker und verschieben sich, während tropische Passatwinde schwächer werden. Zugleich nehmen ostwärts gerichtete Westwinde in der oberen Tropenatmosphäre am Äquator zu, während der Beitrag durch eine veränderte Verteilung der Luftmasse ebenfalls wächst, aber deutlich kleiner bleibt.
Atmosphäre und feste Erde tauschen Drehimpuls unter anderem über Gebirge und Reibung an der Oberfläche aus, doch die Modelle zeigen veränderte Drehmomente unter zunehmender Erwärmung. Dadurch überträgt die Atmosphäre weniger Drehimpuls auf den festen Planeten und behält selbst mehr davon, was wegen der Erhaltung des Gesamtdrehimpulses einer geringfügig langsameren Erdrotation entspricht.
Der Zusammenhang ist in allen drei Modellensembles positiv, und pro Grad globaler Erwärmung verlängert sich der Tag in den Ensemble-Mittelwerten rechnerisch um rund 0,09 bis 0,112 Millisekunden. Die Größenordnung ist winzig, doch sie beschreibt einen systematischen, durch die Erwärmung ausgelösten Beitrag und nicht bloß einzelne wetterbedingte Schwankungen.
Als Vergleich nutzen die Autoren die langfristige Bremswirkung der Mondgezeiten von rund 2,4 Millisekunden pro Jahrhundert. Im Zeitraum 2050 bis 2099 erreicht der modellierte atmosphärische Zusatzbeitrag im Mittel je nach Modell etwa 10 bis 18 Prozent dieses Referenztrends. Dieser Vergleich bedeutet nicht, dass die Mondgezeiten alle Rotationsänderungen auf Jahrhundertskalen bestimmen, sondern dient allein dazu, die Größenordnung des Klimaeffekts einzuordnen.
Die interne Klimavariabilität überlagert den erzwungenen Trend noch lange. Im ACCESS-ESM-1.5-Modell überschreitet das Signal den von den Forschern gewählten Schwellenwert im Jahr 2057, im CESM2-Ensemble erst 2080. MIROC6 erreicht diesen Schwellenwert bis 2100 nicht, sodass der Zeitpunkt eines klar vom Rauschen abgehobenen atmosphärischen Klimaeffekts deutlich vom Modell abhängt.
Hinzu kommt, dass die Untersuchung nur ein starkes Erwärmungsszenario betrachtet und die berechneten Werte daher weder eine direkte Messung einer heutigen zusätzlichen Tagesverlängerung noch eine szenariounabhängige Vorhersage darstellen. Nach Einschätzung der Autoren werden Prozesse zwischen Erdkern und Mantel die Rotationsschwankungen in den kommenden Jahrzehnten weiterhin dominieren, während die veränderte Atmosphäre als zusätzlicher klimabedingter Einfluss hinzukommt.